高精度数字表揭秘系列

高精度数字表揭秘系列（一）：数字万用表的工作原理发布时间：2011-09-23 15:00:12

从事HP和安捷伦基础测量仪器的市场推广工作十多年来，我遇到了众多的工程师，也无数次共同探讨测试相关的技术问题。但有意思的是，工程师们最关心最多的实际上就是一些基础的问题，毕竟绝他们的主业不是测试测量技术。因此，我最近陆续写了几篇关于时间和频率测量的文章，大家反应还不错。这也给了我写更多高质量文章的动力。

工程师们最常问的问题是关于精确的直流和交流测量的。他们经常会经历一些困惑，如测量的误差到底是多少、数字表测量显示为什么不稳定、不同的数字表测量结果为什么差别很大、交流有效值测量结果不可信等等。就此我会写一系列的文章，和大家一起讨论这些问题。在文章中，我会以安捷伦的34401A和34410A这两款高性能数字万用表为例。34401A是H P公司在1993年的产品，至今仍然是全球销售量最大的6位半数字表，中国有近10万台的拥有量。34410A是第一款LXI标准的数字万用表。

首先介绍高精度数字万用表的工作原理。6位半的数字表有着非常高的精度和分辨率。例如，如果测量5VDC，其分辨率可以达到1uV。在读数的时候，我们希望是只有最后一位有跳动。如果在倒数第二位，甚至倒数第三位跳动，也就是6位数字显示中只有3位或4位稳定的，这时候的6位半表也就变成5位半甚至4位半了。那么是什么原因造成了测量结果不稳定呢？

如果输入的5VDC偏置是稳定的，造成很大测量不确定度的原因首先是噪声。通常情况下，噪声有两种，即串模噪声和共模噪声。

串模噪声是存在于被测件回路中的噪声，如下图所示：

串模噪声的来源是多方面的，例如电源、被测件本身、空间中电磁电磁噪声、还有50Hz

的供电线路公频噪声。对于5VDC的信号，通常会有从几毫伏到几十毫伏峰峰值的纹波加噪声。信号看上去就像下图。在50Hz 的工频噪声上夹杂着其他的高频噪声。

因此，为了得到精确的测量结果，首先要考虑到对串模噪声的抑制。以下是数字万用表的工作原理图。

被测信号从前端输入。实际上，对于绝大多数仪器来说，前端是最值钱的部分，也是衡量不同厂家仪器水平的最重要的标志。信号通过前端的调理，转换成适合ADC的信号幅度。图示中的AC RMS 是一个专用的电路，它的作用是对输入交流信号进行有效值的运算。在最新的数字表中，如34410A，这个电路已经不存在了。

与示波器不一样，高精度数字表中采用的是双积分式ADC。这种ADC的特点是分辨率极高，对噪声的抑制能力超强，适合于高分辨率、高精度的测量，但速度比较低。例如，6位半数字表采用的是22bit的ADC，8位半是28bit 的ADC. 数字表内部的工作原理如下图所示

Vi是经过前端调理后的被测电压，Vref 是内部参考电源。首先是开关（红色表示）切合到Vi端，Vi对积分器中的电容进行充电。充电的时间是公频周期的整倍数，即20ms和其整倍数，目的是抑制工频噪声（如下图）。充电结束后，电容上的电压即等于Vi的平均值。这时将开关切合到Vref 上，在Vref 的控制下，电容进行固定斜率的放电。同时，用内部计数器记录放电时间。Vi 就可以利用放电时间和斜率算得了。在这个过程中，电容的充电再放电的过程，就可以消除高频噪声。而对50Hz工频噪声的抑制方式如下图所示：

如果充电的时间在20ms （一个工频周期，即1PLC）或其整倍数的时候，就可以抑制公频噪声。因此，对高精度测量来说，20ms的时间是必须的。当然，如果测量时间越长，例如10PLC，当然会获得更高的噪声抑制比。但这样会影响到测量的速度，特别是在高精度数据采集或自动化测试系统中。所以，测试速度和精度实际上是一对矛盾。在实际使用过程中，要折中考虑。

不同的数字万用表在同样的测量时间内，对公频噪声的抑制比有区别的。例如传统的3440 1A，如果选择200ms 的测量时间，对工频抑制比是60dB. 而对于34410A 新款的产品，在40ms的测量时间，工频抑制比就可以达到120dB。有些工程师如果从二手市场上买的一些从美国舶来的旧货，就可能有问题，因为美国是60Hz工频周期。

如果供电工频周期出现不稳定，也会降低公频噪声抑制比。如下图是34410A的公频噪声抑制比和电网频率的关系。从图中可以看出，如果工频周期偏差了1Hz，工频噪声抑制比就会下降60dB

以上重点讨论的是数字万用表结构和对串模噪声的抑制。可以看出，为了确保读数的稳定性和可重复性，我们要考虑到降低并抑制输入的噪声，根据测量速度和精度的要求合理设置测量时间，并选择合适的数字万用表。关于共模噪声对测量的影响和抑制方法，我将在下一篇文章中讨论

本系列文章列表：

高精度数字表揭秘系列（一）：数字万用表的工作原理

高精度数字万用表揭秘系列（二）：接地回路对测量精度的影响

高精度数字表揭秘系列（三）：正确的接地方法和注意事项

高精度数字表揭秘系列（四）：分辨率和DC测量误差分析

高精度数字表揭秘系列（五）：AC真有效值的测量方法

高精度数字表揭秘系列（六）：信号峰值因子对AC真有效值测量精度的影响

高精度数字表揭秘系列（七）：AC有效值测量的注意事项和技巧

高精度数字万用表揭秘系列（二）：接地回路对测量精度的影响发布时间：2011-10-03 21:53:27 有不少工程师和我谈起过弱信号电压测量的问题，例如传感器的信号。他们在测量过程中经常遇到难以忍受的巨大误差和测量不确定度，特别是现场和产线上，有时甚至影响大批产品的质量。

如果出现这种情况，你务必关注一下测试设备、被测件和测量夹具的接地状况。根据以往的经验，出现这些测量问题最多的原因，就是接地出问题了。我们来看下面这张图。

在图中，虚线框中的部分就是我们的数字万用表测量电路。Vtest 是被测电压，RL 是测量线上的电阻。通常这个电阻很小。Ri 是万用表的对地阻抗，这个阻抗可以大于10G欧姆. Ci 是万用表与地之间的隔离电容。Vground 是万用表的接地点与被测件接地点之间的地噪声电压。理想状态下，如果Vground仅是直流电压，由于万用表Ri 的阻值非常高，Vgr ound造成的电流（有时我们称之为共模电流）很小，Vtest 产生的误差可以忽略不计。安捷伦的34401A和34410A，在相对湿度小于80% 的时候，都能确保该隔离电阻的阻值不小于10G欧姆。在通常的实验室环境中，该电阻还远大于10G欧姆。因此，要降低这种D C地环干扰，尽量缩短被测件和万用表之间的地线长度，是非常好的办法，特别是将其短路。我们称之为“共地”。

但在实际测量过程中，更多地环路的噪声源和测量误差是来自交流。由于数字表内部电容型器件的存在，即Ci 的存在，与Ri 是并联的，导致数字表对地的交流阻抗要低得多。Ci 是由数字表内部变压器的线圈造成的。Ci 的典型值是250pF. 因此，如果工作在50Hz公频的供电电源状态下，阻抗大约为10M欧姆，要远小于10G欧姆的直流阻抗。为了抑制这个噪声，我们通常要把数字电压表的积分时间设置在工频的整倍数。

但如果在供电电源中有其他更高频的噪声，例如马达或其它大功率继电器造成的地线上的噪声，数字万用表就很难对此进行有效的抑制。这就需要对测试系统的接地进行认真的考虑。也就是说，不要将一些大型设备的地，如空气压缩机，贴片机，波峰焊等大型设备的地和测试系统共地。如果周围又这些设备，就需要单独为测试系统拉一条干净的地线来。

总之，对于一些小信号电压的测量，例如利用热电偶测量温度，其电压基本是在微伏级。温度变化1度时，电压也就变化50微伏左右。如果我们在测量过程中，如果不考虑地回路的干扰，将有可能带来很大的误差。所以，良好的接地是确保高精度测量的前提。

建立良好接地的最基本原则是：

1. 要尽量减少被测件和测试设备之间的地线长度，最好是单点接地

2. 地线上的噪声必须尽量小，也就是我们常说的要“尽量干净”

3. 浮地可以减少地环路的影响，但易产生静电积累而导致静电放电，可能造成静电击

穿或强烈的干扰

对高精度测量来说，不仅是数字万用表，其它的测试系统同样需要良好的接地。关于接地的问题，我会在将来的文章中专门介绍

高精度数字表揭秘系列（三）：正确的接地方法和注意事项发布时间：2011-10-03 22:29:30 上篇文章中谈到了良好接地的重要性。实际上，良好的接地不仅是高精度测量的前提，更重要的是它可以避免仪器、附件、测试件及测试夹具的损坏。但良好接地的标准是什么，如何才能保证良好的接地，相信是诸位工程师感兴趣的。以下的文章中，我引用了安捷伦的维修服务部的一部名为“安捷伦电子测量仪器使用及维护建议”小册子的部分内容，即“电子测量仪器的接地”

维修中经常发现由于仪表没有保护接地而烧坏仪表。使用仪表时务必要保证要有良好的接地。为了电磁兼容的需要，绝大部分电子测试仪表都安装了电源滤波器。电源滤波器的工作原理如下图

由图可见，电源波器的共模抑制CY1 和CY2 (CY1 = CY2) 连接到了仪表的外壳和电源的保护地上。如果没有接上电源保护地，则由于CY1 和CY2 的分压作用，仪表的外壳将会带上市电电压(L, N 线之间) 220 V 的一半电压，即110 V 电压。这将会对仪表操作者人身安全造成威胁; 同时会损坏仪表的信号输入输出端口内部电路，如信号衰减器、信号放大器等; 也会损坏仪表通讯接口，如GPIB 接口、RS232 接口、USB 接口等。

需要注意的一点是如果使用的是欧标的电源插头( 如图) 插到国标的插座上，电源接地线就没有接上，此时上面描述的情况就会发生。

电源接地系统要求

1. 接地线必须同任何导线完全隔离及绝缘，且仅能在建筑物的真正接地线处和电源中性线( 零线) 相接。

2. 接地线线径至少为

3.5 mm。

3. 接地线不是电源中性线( 零线)，且必须与中性线分开( 概念上)。

4. 接地阻抗在电源插座中性线与接地线之间测量时不得大于2 欧姆( 适用于TN 系统，值仅供参考)。

5. 在电源输出插座所测得的零线与地线间的电压不得大于1.0 V，同时无论设备是否开启，电压的变化量不得超过1.0 V。

6. 不能用铁管代替接地线。

7. 在接地线的接地端测得的接地电阻不大于1 欧姆。

以上这些相关的电压和电阻值，我们可以用一个手持数字万用表测得。更为简单的方法是使用一个电源插座检测器，如下图。这种通用产品在市场上很容易买到。

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高精度数字表揭秘系列（四）：分辨率和DC测量误差分析发布时间：2011-10-10 22:28:31 您是否遇到过这样的情况：用数字表测量得到数据之后，不知道可能的测量误差是多少；本来是一个很好的数字万用表，有6位以上的显示数字，但测量过程中，看到后几位数字剧烈跳动，非常不稳定，于是不知该如何读数，进而怀疑自己的产品是否出问题了，或是仪表出故障了、自己测试方法不对等等。我将在这篇文章中谈一下这个问题，即DC测量的分辨率和误差分析。这个问题看似简单，但根据我与众多工程师交往的经历来看，这恰是长时间以来困扰他们的一个重要的问题。

首先我们从最基本的概念开始，即什么是分辨率，什么是误差

分辨率指的是仪器可以分辨出的最小物理量的大小，如多少微伏、多少纳安等等。分辨率与仪器的AD转换器的位（bit）数及设置的量程相关，例如：

1. 对于8bit 的AD，这是主流示波器的AD有效位数

a. 如果输入信号是1V，分辨率是= 1/(28) = 3.91 mV

b. 如果输入信号10V，分辨率是= 10/(28) = 39.1 mV

2. 对于21bit 的AD，这是典型的6 1/2 万用表的有效位数。

a. 如果输入信号是1V，分辨率是= 1/(221) = 0.5uV

b. 如果输入信号10V，分辨率是= 10/(221) = 5uV

通常，6 ? 位的数字表是指数字表显示的位数，所谓的半位就是第一位可以显示1，之后跟了6个数字显示，例如1.123335V，或10.12345V。因此“6 ? 位”既不是分辨率也不是精度的指标。

下面我们再来谈误差。简单得说，误差就是测量值与实际值的差别。我在关于万用表揭秘的第一篇文章中介绍了万用表的基本结构。从该结构中，我们可以看出，决定测量误差的最重要的因素就是仪器的前端，即信号调理。它要对从微伏级到数百伏级的直流或交流信号进行调理，还要保证极好线性度指标，对噪声进行有效的抑制等等。这部分是用模拟电路实现的，是衡量一个厂家水平的最重要的标准。

通常误差指相对误差和绝对误差。要减少测量的绝对误差，首先是要确保手中使用的万用表经过计量和校准的，并在其有效期内，典型的校准有效期是1年。但万用表的厂家通常会给出校准后3个时间段内的精度指标，即24小时、90天和1年。

下图显示了Agilent 34410A 6 ? 位数字万用表技术资料中给出的精度技术指标。假设我们将使用34410A 的10 V 量程，万用表在过去24 小时内经过校准，来精确测量5 VD C 的电源。使用图中用红色圆圈标记出的参数和下面的公式来计算测量的精度和有效分辨率：

测量误差= +/- (读数的% + 量程的%)。如果读数是5.0V

测量误差= +/- ((5.0 x .000015) + (10.0 x .000004)) = +/- 0.115mV，即0.023% 的相对误差。

由于Agilent 34410A 提供了 6 ? 位的分辨率，显示屏读数将介于5.00012 V 到 4.999 88 V 之间。

这个看似非常简单，是吧？但不要忘了，如果需要获得这么小的误差，对噪声的抑制是必不可少的，正如我前几篇文章中谈得那样。在误差分析中，我们需要给这个混合公式添加一个重要变量：测量时间。测量时间是指数字万用表内置的ADC 在对调理后的信号进行积分并显示结果之前，用多长时间进行电压采样。在我们刚刚进行的精度计算中，我们使用了 2 PLC 的采样时间，即40ms。34410A在2PLC的测量时间是，对常模噪声的

抑制比可以达到110dB. PLC 表示电网的周期。在中国使用的是50 Hz 交流电，1 PL C 等于20 ms（1/50s）。数字万用表的测量时间单位通常都是由PLC 决定的。每次测量的时间越长，测量误差就会越小，精度就越高。当然，测量时间越长，吞吐量就越小，因此通常要在两者之间进行折中。

如果我们看Agilent 34410A的技术手册，可以看到其最高测试速度可以达到10000/s次，但如果我们这么高的速度测量，每次测量的时间是0.1ms, 或0.005PLC, 在这种情况下，数字万用表对噪声是不能有效地抑制的。这就要给误差的计算添加了其他不确定度部分。这个不确定度与仪器本身、测试系统和周围噪声环境都会相关。即使在较为理想的状态下，测量误差有可能增加一倍。在这个例子中，测量5V电压时，误差可能会达到甚至超过+ /- 0.24mV. 这时数字表的读数将介于5.00024 和4.99976之间。这时，不确定的读数就变成了最后2位，数字表的有效显示位数降到了5 ? 位。这就是很多工程师在测量过程中经常遇到的问题，数字表在测量的时候，有时不仅最后一位在跳动，甚至有可能候2位或是后3位都在跳动，不知该如何读数。这种情况下，就必须检查一下测试系统中是否串入了过多的噪声，或是万用表设置出现了问题。这种现象在一些廉价和插卡式的6 ? 位数字表中出现的可能性更高些。

实际上，34410A 每秒10000次的测试速度，其应用并不一定是高精度的测量，而更像是一个20bit 分辨率，10kSa/s 采样率的数字化仪。这实际上是这种高性能万用表的非常有价值的应用拓展。

如果您过去一直在使用Agilent 34401A, 你大可不必担心测量时间设置的问题。因为，当你设成6 ? 位读数的时候，内部自动设成10PLC的测量时间，即每秒5次的测量速度。但34410A和34411A这种新的高性能数字万用表则是要求对测量时间进行专门设定的。

总之，6 ? 位的显示指标并不代表数字表有足够高的精度。决定测试精度的因素是多方面的，包括前端的信号调理、测试环境中噪声的大小、万用表对噪声的抑制能力、选用的测试量程、测试速度等等。重要的是要仔细查看其技术指标，并评估该数字万用表在不同测试测量速度下的测量精度和误差。

注：安捷伦的34401A是最早惠普公司1992年的产品，在全球超过50万台的销售量，是公认的行业标准。34410A和34411A是安捷伦公司2004年推出的产品。它比344 01A有更快的速度、改进的精度和更多的功能。也是业界第一款的LXI标准的高精度数字万用表。

关于安捷伦数字万用表的更多信息，请点击https://www.wendangku.net/doc/991487450.html,/find/dmm

高精度数字表揭秘系列（五）：AC真有效值的测量方法发布时间：2011-10-08 08:32:11

在写这篇文章之前，已经看到有朋友问起有效值的测量。过去也看到过有朋友在网站上发贴询问有效值测量的问题。有效值测量与DC测量有很大的不同。我将用4-5篇文章谈这个问题。在这篇文章中，我将重点关注不同类型的数字万用表测量有效值的方法。

在交流信号的测量中，真有效值表述为等效与DC电压驱动纯电阻性负载所消耗功率的值。例如，1Vpk正弦波对电阻性负载做功与0.707V直流信号相同。对信号的真有效值读数能更好了解AC信号对电路的影响

下图示出了常用的电压参数，即Vpk峰值电压、Vp-p峰峰值电压、Vavg 平均值电压和V rms有效值电压

对于正弦波，波形的负半周与正半周相抵消，一个周期的平均值为0。由于不能从平均值了解信号的有效幅度，因此大多数仪表都按波形绝对值计算Vavg. 对于正弦波，Vavg=Vpk x 0.637

真有效值是波形中各点的均方根值。对于纯正弦波来说，用最简单的计算办法就是Vrms=V pk x 0.707 或Vavg x 1.11. 很多廉价的万用表就是用这种方法获得有效值。这种方法只对纯正弦波有用，对其他的波形会产生很大的误差。因此，有时我们可能会遇到这样的现象，即用不同的数字表测量真有效值，测量的结果大相径庭。

要获得满意的真有效值测量精度，我们首先要了解您手中的数字表是用何种方法测量有效值的。归纳起来，通常有4种方法来测量有效值，即热转换、峰值或平均值计算、专用IC 模拟运算和数字直接采样。

热转换是一种古老的有效值测量技术。它是用被测交流信号加在纯电阻上，在该电阻上加个热电偶，然后由万用表的DC测量读出热电偶的输出，再转化成输入AC的有效值。这种

方法的优点是适用与高带宽、高峰值因子的信号，而且提供真有效值的测量。其缺点是成本高、难以同时兼顾测量速度和精度。在目前市场上最流行的数字表，如安捷伦的34401A，34410A中，已经不采用这种技术

第二种方法就是我们刚才提到的那种在廉价数字表中使用的峰值和平均值再乘一个系数的方法，以获得有效值。这种方法只适用于纯正弦信号

第三种方法就是目前最流行的专用IC模拟运算法。例如典型的34401A。这种方法是用一个内置的模拟IC，直接对输入信号的均方根值进行运算，从而获得有效值。这种方法适合各种类型信号的测量。但当峰值因子过大之后，其精度也将明显下降。

第四种方法是直接数字采样法。在安捷伦的34410A和34411A中，利用的就是这种方法。其优点更高的分辨率和精度，而且适用于峰值因子更高的交流信号，例如低占空比的脉冲串。

因此，在您测量交流有效值的时候，首先要看看自己手中的万用表是用什么方法测量的。其次，测量精度与信号的峰值因子有着密切的关系。关于这个话题，我们将在下一篇文章中讨论

高精度数字表揭秘系列（六）：信号峰值因子对AC真有效值测量精度的影响发布时间：2011-10-08 08:40:53

Vpk 与Vrms的比值通常称为波峰因子。它对有效值测量精度的影响很大。波峰因子越高，就越难以进行精确的测量。原因主要有两个：一是输入范围。设想一个由非常低占空比、但峰值因子相对较高的脉冲串，这样的信号要求万用表同时测量高的峰值和非常低的有效值。这有可能在高端出现过载，而低端出现分辨率不足的问题。二是信号中的高频分量。通常高波峰因子表明有更高的谐波，而即使高性能的万用表带宽限制也不超过1MHz 。廉价万用表要精确测量这种信号几乎是不可能的

利用不同方法实现真有效值测量的万用表对峰值因子有不同的适应范围。例如，安捷伦的3 4401A是利用一个专用的IC芯片来实现均方根值的计算，在其说明书中就有这样的注释：

从中我们可以看到，34401A 指标保证的峰值因子为5:1. 随着峰值因子的上升，其误差也随之增大。

但34410A 由于采用的是直接数字采样法，它可以适应更高的峰值因子。从34410A的说明书中可以看到：

因此，即使信号的峰值因子在10：1，34410A 测量的时候也不会有附加的误差

如果测量的信号是一个三角波，如下图所示。峰值为500mV, 从数学计算上可以得出，有效值应该是288.68mV, 峰值因子应该是1.732. 我们用34401A和34410A测量，得到的读数都288.68mV. 但如果使用廉价的数字表用，利用一个系数乘峰值或平均值，得到的有效值将是276mV, 存在约4%的误差

我们在举一个极端的例子，即脉冲串。峰值为2V, 占空比是2%。如下图所示：

利用理论公式来计算该信号的均方根值，可以得出该信号的有效值Vrms=280mV。波峰因子大约为7:1

对于这个信号，如果利用34401A测量，可以得到Vrms 为275.9mV的读数，误差大约为1.5%。这是由于该信号的峰值因子已经超出了34401A保证的峰值因子为5:1，但误差也不算大。如果利用34410A测量，可以得到读数约为279.2mv的Vrms，误差要小得多。要是使用廉价的数字表，就很难想象是什么读数了

总之，万用表测量交流有效值时，测量精度与信号的峰值因子有着密切的关系。先进的数字表可以适应的更高的峰值因子信号高精度的测量。

有一点要说明的是，数字万用表通常有300KHz的信号带宽限制。如果要测得更高带宽信号的有效值，例如开关电源高频纹波和噪声的有效值，其要求信号带宽可能要到10MHz，这时就要考虑使用示波器或高速数字化仪这些高带宽仪器了

高精度数字表揭秘系列（七）：AC有效值测量的注意事项和技巧发布时间：2011-10-23

12:25:18

具备真有效值（True RMS）能力的数字万用表可以测量所施加电压的“热”电位。电阻器功耗与所施加的电压的平方成比例，与信号波形无关。但对于万用表来说，测量精度和信号的波形与带宽有着密切的联系。在这篇文章中，我们将和大家一起分享提高交流镇有效值测量的技巧

目前，对于高性能的数字万用表来说，只要输入信号在万用表的有效带宽上保持很小的能量，它可以精确测量真有效值电压或电流。主流的数字万用表采用AC耦合的方式测量ACV 和ACI的真有效值，在AC耦合的状态下，信号中的直流成分被隔离。对于正弦波、三角波和方波等对称波形，由于不含直流偏置，交流耦合值与交流+直流值是相等的。在很多应用中，隔离直流是必须的。例如当测量直流电源输出的交流纹波时，就需要隔离直流。如果您想要知道信号AC+DC真有效值，可以通过合并DC和AC测量结果来确定该值，如下所示：

信号的形状对测量结果有直接的影响。我们经常会产生这样的误解：“由于万用表测得的是交流真有效值，其正弦波精度技术指标适用于所有波形” 。实际上，输入信号的波形对任何万用表的测量精度都有极大影响，当输入信号包含的高频分量超过万用表带宽时尤为显著。以脉冲信号为例。这是使用万用表最难以测量的一种波形。脉冲波形的脉宽在很大程度上决定了其高频分量，即脉宽越窄，信号中包括的高频分量可能就越丰富。单个脉冲的频谱由其傅立叶积分决定，而脉冲串频谱是通过以输入脉冲重复频率（PRF）的倍数频率对傅立叶积分进行采样，再计算傅立叶级数得到的。

下图显示了两个不同脉冲信号的傅立叶积分：一个较宽（200 μs），另一个较窄（6.7 μs）。Agilent 34410A/11A 系列数字万用表具有300 KHz 的有效交流测量带宽。如果我们使用这些数字万用表来测量图中这两个脉冲的RMS ACV 值，宽脉冲的测量值将比窄脉冲的测量值更精确，因为窄脉冲的频谱在数字万用表带宽范围之外还具有较大幅度的高频分量。

下面列出了进行真有效值交流测量时的其他注意事项和测试技巧：

1. 为了获得最高精度，应尽量使用满量程进行测量。有时，您可能需要改变数字表自动定标所确定的量程。在测量高峰值因数（Crest Factor）信号时务必小心，不要使万用表的输入电路过载和饱和。

2. 确定为您的数字万用表选择了适当的低通滤波器，以便捕获基频信号。信号频率越低，需要滤波器的频率就越低，测量需要的时间越长。

3. 首次测得的值可能有较大的误差，因为许多数字万用表在输入通道中都有较大的隔直流电容器。在测量开始的时候首先要让这个电容器可以充足电，特别是当测量低频信号，或是在两个具有较大直流偏置的测量点之间进行切换时。

4. 当测量小于100 mV 的交流电压时，特别要注意这些测量特别容易受到外来噪声源的干扰，会给测量结果带来额外的误差。如果使用的测量引线没有有效的屏蔽，也没有绞合，这些测量引线就可能成为“天线”，接收着周围各种干扰。因此，测量引线的双绞或是有效的屏蔽是减少干扰的必要手段。还有一点必须要注意的是，要确保被测件和数字万用表连接到同一个电气插座，也就是共地，可以尽量减少接地环路。

5. 交流负载误差：数字万用表的输入阻抗往往处于10 MΩ和100 pF 的范围内。当使用引线或探头将信号输入万用表，引线和探头本身增加了额外的电容和负载。随着频率的增加，负载阻抗将发生变化。例如，在1 kHz 时，输入阻抗大约为850 kΩ；在100 kHz 时，输入阻抗则下降到了16 kΩ。

因此，交流有效值的测量要比直流测量更为复杂。掌握一些这方面的知识有助于我们理解这些复杂性，并采取正切的手段提高测量精度，减少不必要的麻烦。

https://www.wendangku.net/doc/991487450.html,/BLOG_ARTICLE_9970.HTM

高精度数字表揭秘系列（八）- 利用数字表进行峰值检测发布时间：2011-11-28 13:40:25

如果提到信号的峰值检测，相信工程师们想到的第一个仪器就是示波器。这肯定是没错的。但我们要注意一下，示波器是宽带的仪器，所显示噪声尖峰所包含了从低频到高频的几乎所有信号，其中有我们有用的信号、工频干扰、以及由EMI引起的高频噪声等。如果我们将所以信号都捕获进来,噪声可能会淹没掉我们所感兴趣的信号。例如, 一个火灾探测器的输出信号，或是对地雷达的回波信号,这些信号的频率从几赫兹到几百赫兹，信号幅度在毫伏甚至微伏级; 在汽车电子中，汽车引擎就会产生很大的电磁干扰。而所需测量的信号,如温度和油量传感器的信号, 变化速度不高,而且信号也比较微弱。对于这些信号的测量，利用示波器等宽带仪器就很难测量。有的工程师就采用了滤波器,希望滤除不需要的高频信号.这样做比较麻烦,而且可能造成被测信号的失真

有经验的工程师会用分辨率很高,但采样率不高的数字化仪来替代示波器.例如,一个18bit的数字化仪，采样率可能是在4MSa/s, 其数字带宽在1MHz以下，这样就会滤除掉信号中1 MHz以上的噪声，而且分辨率比示波器高出了1000倍，有更高的信噪比和更小的量化误差。

更为简单的办法是利用具有数字化仪功能的数字万用表,例如安捷伦的34410A 或34411A.一方面,高性能的数字万用表能提供比示波器更好的信号调理，如增益、衰减和低通滤波,测试范围也从微伏级至千伏级,而无须特殊的探头.另一方面,他们能提供1k-50kSa/s，16bi t-22bit分辨率的采样，而且提供实时的运算功能，在得到DC电压的同时，还可以看到叠加在DC上纹波信号的最大值、最小值和峰峰值的显示。由于采样率不高，纹波的被限制在8 kHz或更低，因此，当您要测量信号的带宽又比较低，您就不必要满世界去找数字化仪和探头，利用数字表的数字化仪的功能就可以完成峰值检测。

利用万用表测量信号的峰值，可以有三种不同的测量和显示方法：

第一种：每次测量都更新读数。如下图所示，在每次DC测量时，都同时读取这次测量的峰值。

第二种：设置一组读数，例如连续测量1000次，在1000次测量结束后，输出一个最大的峰值测量结果。如下图所示。

第三种：改变万用表的测量时隙时间，进行一次长时间的测量，之后读出信号的最高峰值。

总之, 如果您手中有类似Agilent 34410 或34411A这样的数字万用表，您可以利用其数字化仪的功能，测量信号的峰值，或者将采集到的数据输入电脑，在电脑中显示出信号的波形。在测量低频信号的应用中，其测量精度、分辨率和噪声特性，要远高于普通示波器。

高精度数字表揭秘系列（九）：消除内部偏置和引线造成的误差发布时间：2011-11-28 16:17:44 相比于我们最常看到的手持式数字表，高精度数字表的精度和分辨率要高出10-100倍。因此，即使是很细微的地方，都可能引起测量的不稳定，带来测量误差。在这篇文章中，我将和诸位分享一下这方面的经验，即如何减少和消除仪器内部连接误差和测量引线带来的误差。

1. 仪器的内偏置产生的误差和消除方法

不知您是否有这样的经验：将数字万用表的电压输入端口短路，启动万用表DC测量功能，发现其读数可能不是0。根据我们的常识，既然已经短路了，这时两端的电压应该是0V，这是什么原因呢？

当不同金属连接时，就会构成一个热偶结。热偶结产生随温度变化的电压。这一电压虽然很低，可能在微伏级，但数字表也能显示出来。但如果您正在测量小电压，这是可能会带来足够大的误差。事实上，数字万用表内部就有诸多的热偶结，如下图所示。这些热偶结造成了即使电压测量回路短路，电压显示可能不是0的情况.

可以用仪器自动归零的功能消除该误差源。在自动归零被启用时，数字万用表在每次测量前，从内部断开输入信号，得到一个零读数，在之后的测量中减去该零读数，从而消除偏置电压对测量精度的影响。这种方法的缺点就是会降低测试速度。例如，在自动化测试系统中，每测量一个数据都要进行两次测量，从而使测试速度降低50%。一个有效的办法就是在开始一组测量之前，程序控制仪表做一次自动归零，之后关闭这个功能，直到下一组测量的开始。这样既保证了精度，又不影响测试速度。

2. 外部引线造成的测量误差

外部引线可能带来两方面的误差，一是接线的热偶结，二是引线电阻。前者会对DC和电阻测量带来影响，后者会影响电阻的测量。

克服接线热偶结误差的方法之一是采用相同材质接线，可以最大程度降低热偶结带来的偏置误差；另外一个办法就是调零测量。对于直流电压或电阻测量，要选择适合的测量量程，然后把探头短路并等待一个测量，读数稳定后按调零(null)按钮。之后测量的读数将扣除调零测量的结果。调零测量非常适合直流和电阻测量功能。

电阻测量过程中通常会用到2线和4线连接方法，这在中学的物理课上就学过。2线测量用于较大电阻测量，这也是最简单的电阻测量方法。这种测量中，引线的电阻会被引入到测量结果中:

如果被测电阻远远大于引线电阻，引线电阻带来的误差可以忽略不计。但是如果被测电阻只有几欧姆，甚至更小，引线误差必须要考虑了。最简单的方法就是前面讲过的调零测量。但要获得更为稳定的读数，特别是在自动测试系统中，4线电阻测量法是必须的。

在4线测量中，电压测量和电流测量分别由两个独立的测量单元测量完成。电压测量端接在电阻端，而且又是高阻输入，通过的电流微乎其微。因此可以消除引线电阻。

在进行电阻测量时，有时电阻两端可能有偏置电压。您可使用偏置补偿测量任何偏置电压，并扣除这项误差。下图示出在偏置补偿测量中进行的两次测量，第一次测量带有电流源，第二次测量没有电流源。把第

一个读数减第二个读数，再除以已知的电流源电流值，就得到实际电阻值。由于测量中要取两个读数，因此读数速度会降低，但测量精度将提高。偏置补偿既可用于两线，也可用于四线电阻测量。安捷伦的344 10A, 34411A 和3458A就具备这种功能。

3. 探头和接线的带宽，阻抗匹配

有些工程师会用万用表测量信号的有效值。这些信号的带宽可能从几十赫兹到兆赫兹级。例如在几个月之前，有位老师就打电话找我，反映利用安捷伦的3458A 8位半数字表测量8MHz正弦波信号有效值时，出现了巨大的误差。后来经过分析和验证，发现了该误差来自两个方面，即阻抗匹配和探头的带宽。万用表输入是高阻状态，而信号源是50欧姆低阻输出。如果不进行阻抗匹配，就会造成信号在传输线中的反射，因此要采用相关附件进行匹配。当阻抗匹配问题解决后，就要考虑探头带宽了。万用表配备的标准探头只有百KHz级，如果信号带宽超过1MHz，信号幅度就会造成很大衰减。因此要考虑选用高带宽探头，同时要考虑探头的阻抗匹配的问题。

高精度数字表揭秘系列（十）：用可靠的探头最大发挥数字表功能发布时间：2011-11-29 14:11:41

这是高精度数字表系列揭秘系列的最后一篇文章了.这篇文章也将让我们回到高精度测量的起点, 就是探头. 高品质的探头和可靠的连接是一切测量工作的起点. 在市场上最流行的万用表供应商通常在包装箱中

放入一对标准探头.他们也会提供一些价格并不太高的可选探头.在很多测试过程中,这些选件可能是很有用的. 下面我给大家推荐几个

带有弹簧的精细探头

工程师往往要把双手和双眼都用于电路板的检测, 有时观看万用表显示都可能造成探头的滑动。Agilent 3 4133A精密测试线和探头会帮工程师解决这个问题。这种探头的测试线又小又轻，并配有使用冠状弹簧触针的Agilent 专利点测头。弹簧压着触针可帮助吸收小的滑动，冠状触针可刺入焊点中有些万用表. 该探头的价格大约为人民币270元左右.另外,有些数字万用表,34401A、34410A 和34411A 提供锁定有效读数的读数保持功能。锁定的读数使工程师集中关注于探测。

2位十进制高精度数字频率计设计

广州大学学生实验报告 实验室：电子信息楼 317EDA 2017 年 10 月 2 日 学院机电学院年级、专 业、班 电信 151 姓名苏伟强学号1507400051 实验课 程名称 可编程逻辑器件及硬件描述语言实验成绩 实验项 目名称 实验4 2位十进制高精度数字频率计设计指导老师 秦剑 一实验目的 1 熟悉原理图输入法中74系列等宏功能元件的使用方法，掌握更复杂的原理图层次化设计技术和数字系统设计方法。 2 完成2位十进制频率计的设计，学会利用实验系统上的FPGA/CPLD验证较复杂设计项目的方法。 二实验原理 1 若某一信号在T秒时间里重复变化了N 次，则根据频率的定义可知该信号的频率fs 为：fs=N/T 通常测量时间T取1秒或它的十进制时间。 三实验设备 1 FPGA 实验箱，quarteus软件 四实验内容和结果 1 2位十进制计数器设计 1.1 设计原理图：新建quarteus工程，新建block diagram/schematic File文件，绘制原理图，命名为conter8,如图1，保存，编译，注意：ql[3..0]输出的低4位（十进制的个位）， qh[3..0]输出的高4位（十进制的十位） 图片11.2 系统仿真：如图2建立波形图进行波形仿真，如图可以看到完全符合设计要求，当clk输入时钟信号时，clr有清零功能，当enb高电平时允许计数，低电平禁止计数，当低4位计数到9时向高4位进1 图2 1.3 生成元件符号：File->create/updata->create symbol file for current file,保存，命名为conter8,如图3为元件符号（block symbol file 文件）： 图3 2 频率计主结构电路设计 2.1 绘制原理图：关闭原理的工程，新建工程，命名为ft_top,新建原理图文件，在project navigator的file 选项卡，右键file->add file to the project->libraries->project library name添加之前conters8工程的目录在该目录下，这样做的目的是因为我们会用到里面的conters8进行原理图绘制，绘制原理图，如图4，为了显示更多的过程信息，我们将74374的输出也作为output,重新绘制了原理图，图5 图4

高精度数字压力表

高精度数字压力表技术特点: 5位数字显示,主副屏双屏设计 低功耗设计,5号电池供电,可续航长达3600小时 产品认证:CE 认证 本安防爆认证 Exib IICT4 产品应用: 技术参数: 量 程 过载压力背光颜色表盘尺寸精度等级长期稳定性产品附件 供电电压工作温度 补偿温度电气保护采样频率测量介质压力接口 接头材质外壳材质150 %(＞10MPa ) ;200%(≤10MPa ) 白色背光 80mm 典型：±0.1%FS/年 0～ 40℃ 0 ～ 40℃ 1-10次/秒(用户可设) 与316不锈钢兼容的气体或液体M20*1.5 G1/4或定制螺纹 常规：0~0.2...0.6...1...2.5...10...25...40...60...100MPa 4.5V (2节7号电池）或USB 供电304不锈钢 304不锈钢 抗电磁干扰设计 该款高精度数字压力表采用了55x55mm 超大尺寸液晶屏，采用主屏和副屏的分频显示，在显示实时压力的同时，可以同时显示现场温度、压力最大值/最小值等参考数据。 产品功能强大，预设了10种常见的压力单位可供选择，压力采集速率可调，电池电量显示，产品同时配备了USB 外供电和电池双供电模式。 本产品采用三节5号电池供电，采用了超低功耗设计，最高可续航超过3600小时。 产品采用了高精度ADC 和高速微处理器，全数字化设计，产品精度高，稳定性好，产品采用304不锈钢材质,配备了便携箱和电源附件,美观实用。 MD -S210◇ 机械电子行业 ◇ 仪器仪表配套 ◇ 压力实验室 ◇ 工程机械自动化 0.1%FS 0.2%FS 产品功能 开机/关机 背光 清零 单位切换 极值显示 温度显示105mm 直径，304不锈钢表壳 微型：0~5...10...25...40...60...100kPa 负压及复合:(-10~10 -25~25 -40~40 -60~-60 -100~100)kPa (-0.1~0...0.1..0.25..04..0.6...1...1.6...2.5)MPa 便携箱/USB 电源线 Shanghai Meokon Sensing Technology Co.,Ltd 产品认证 CE 认证 防爆认证()Exib IICT410种单位可选:MPa/kPa/psi/BAR/Pa/mBAR/mmHg/mH2O/Torr/Kgf/cm 2

全国大学生电子设计大赛题一等奖数字频率计

2015 年全国大学生电子设计竞赛 全国一等奖作品 设计报告部分错误未修正，软 件部分未添加 竞赛选题：数字频率计（F 题）

摘要 本设计选用FPGA 作为数据处理与系统控制的核心，制作了一款超高精度的数字频率计，其优点在于采用了自动增益控制电路（AGC）和等精度测量法，全部电路使用PCB 制版，进一步减小误差。 AGC 电路可将不同频率、不同幅度的待测信号，放大至基本相同的幅度，且高于后级滞回比较器的窗口电压，有效解决了待测信号输入电压变化大、频率范围广的问题。频率等参数的测量采用闸门时间为1s 的等精度测量法。闸门时间与待测信号同步，避免了对被测信号计数所产生±1 个字的误差，有效提高了系统精度。 经过实测，本设计达到了赛题基本部分和发挥部分的全部指标，并在部分指标上远超赛题发挥部分要求。 关键词：FPGA 自动增益控制等精度测量法

目录

1. 系统方案 1.1. 方案比较与选择 宽带通道放大器 方案一：OPA690 固定增益直接放大。由于待测信号频率范围广，电压范围大，所以选用宽带运算放大器OPA690，5V 双电源供电，对所有待测信号进行较大倍数的固定增益。对于输入的正弦波信号，经过OPA690 的固定增益，小信号得到放大，大信号削顶失真，所以均可达到后级滞回比较器电路的窗口电压。 方案二：基于VCA810 的自动增益控制（AGC）。AGC 电路实时调整高带宽压控运算放大器VCA810 的增益控制电压，通过负反馈使得放大后的信号幅度基本保持恒定。 尽管方案一中的OPA690 是高速放大器，但是单级增益仅能满足本题基本部分的要求，而在放大高频段的小信号时，增益带宽积的限制使得该方案无法达到发挥部分在频率和幅度上的要求。 方案二中采用VCA810 与OPA690 级联放大，并通过外围负反馈电路实现自动增益控制。该方案不仅能够实现稳定可调的输出电压，而且可以解决高频小信号单级放大时的带宽问题。因此，采用基于VCA810 的自动增益控制方案。 正弦波整形电路 方案一：采用分立器件搭建整形电路。由于分立器件电路存在着结构复杂、设计难度大等诸多缺点，因此不采用该方案。 方案二：采用集成比较器运放。常用的电压比较器运放LM339 的响应时间为1300ns，远远无法达到发挥部分100MHz 的频率要求。因此，采用响应时间为4.5ns 的高速比较器运放TLV3501。 主控电路 方案一：采用诸如MSP430、STM32 等传统单片机作为主控芯片。单片机在现实中与FPGA 连接，建立并口通信，完成命令与数据的传输。 方案二：在FPGA 内部利用逻辑单元搭建片内单片机Avalon，在片内将单片机和测量参数的数字电路系统连接，不连接外部接线。 在硬件电路上，用FPGA 片内单片机，除了输入和输出显示等少数电路外，其它大部分电路都可以集成在一片FPGA 芯片中，大大降低了电路的复杂程度、减小了体积、电路工作也更加可靠和稳定，速度也大为提高。且在数据传输上方便、简单，因此主控电路的选择采用方案二。

高精度单片机频率计的设计

《综合课程设计》 一．数字频率计的设计 姓名：万咬春学号2005142135 一、课程设计的目的 通过本课程设计使学生进一步巩固光纤通信、单片机原理与技术的基本概念、基本理论、分析问题的基本方法；增强学生的软件编程实现能力和解决实际问题的能力，使学生能有效地将理论和实际紧密结合，拓展学生在工程实践方面的专业知识和相关技能。 二、课程设计的内容和要求 1．课程设计内容 （硬件类）频率测量仪的设计 2．课程设计要求 频率测量仪的设计 要求学生能够熟练地用单片机中定时/计数、中断等技术，针对周期性信号的特点，采用不同的算法，编程实现对信号频率的测量，将测量的结果显示在LCD 1602 上，并运用Proteus软件绘制电路原理图，进行仿真验证。 三．实验原理 可用两种方法测待测信号的频率 方法一：（定时1s测信号脉冲次数） 用一个定时计数器做定时中断，定时1s，另一定时计数器仅做计数器使用，初始化完毕后同时开启两个定时计数器，直到产生1s中断，产生1s中断后立即关闭T0和T1（起保护程序和数据的作用）取出计数器寄存器内的值就是1s内待测信号的下跳沿次数即待测信号的频率。用相关函数显示完毕后再开启T0和T1这样即可进入下一轮测量。 原理示意图如下：

实验原理分析： 1．根据该实验原理待测信号的频率不应该大于计数器的最大值65535，也就是说待测信号应小于65535Hz。 2．实验的误差应当是均与的与待测信号的频率无关。 方法二（测信号正半周期） 对于1：1占空比的方波，仅用一个定时计数器做计数器，外部中断引脚作待测信号输入口，置计数器为外部中断引脚控制（外部中断引脚为“1”切TRx=1计数器开始计数）。单片机初始化完毕后程序等待半个正半周期（以便准确打开TRx）打开TRx，这时只要INTx （外部中断引脚）为高电平计数器即不断计数，低电平则不计数，待信号从高电平后计数器终止计数，关闭TRx保护计数器寄存器的值，该值即为待测信号一个正半周期的单片机机器周期数，即可求出待测信号的周期：待测信号周期T=2*cnt/(12/fsoc) cnt为测得待测信号的一个正半周期机器周期数；fsoc为单片机的晶振。所以待测信号的频率f=1/T。 原理示意图如下： 实验原理分析： 1．根据该实验原理该方法只适用于1：1占空比的方波信号，要测非1：1占空比的方波信号 2．由于有执行f=1/（2*cnt/(12/fsoc)）的浮点运算，而数据类型转换时未用LCD 浮点显示，故测得的频率将会被取整，如1234.893Hz理论显示为1234Hz，测 得结果会有一定程度的偏小。也就是说测量结果与信号频率的奇偶有一定关 系。 3．由于计数器的寄存器取值在1~65535之间，用该原理时，待测信号的频率小于单片机周期的1/12时，单片机方可较标准的测得待测信号的正半周期。故用 该原理测得信号的最高频率理论应为fsoc/12 如12MHZ的单片机为1MHz。 而最小频率为f=1/（2*65535/(12/fsoc)）如12MHZ的单片机为8Hz。 四．实验内容及步骤 1. 仿真模型的构建 数字方波频率计的设计总体可分为两个模块。一是信号频率测量，二是将测得的频率数据显示在1602液晶显示模块上。因此可搭建单片机最小系统构建构建频率计的仿真模型。原理图，仿真模型的总原理图如下：

DIY 数字多用表参考(上)

DIY 数字多用表参考（上） 关键字：数字多用表万用表自己做制作六位半基准电流源放大器保护 声明： 作者完全处于业余爱好撰写该文，由于能力有限疏漏乃至错误在所难免，因此作者不对该文章的正确性负责，同时也不对因援引该文导致的信誉损失、 商业利益损失、财产损失、人身伤亡负任何连带责任。 本文涉及的内容涵盖危及生命的电学测量，特别提醒实验者确保人身安全。 作者联系方式 E-Mail: mengxin@https://www.wendangku.net/doc/991487450.html, 目录： 前言（上） 功能选择（上） 输入放大（上） 欧姆电流源（上） 电压基准（上） ADC（上） 交流通道 （下） 电源（下） 逻辑控制与软件（下） 校验与调试（下） 参考文献（下）

1：前言 开始自己一直准备DIY 一台6-1/2 DMM ，主要想可以通过实际项目提高自己的能力，后来蒙BG2VO 老师指点，从研究HP34401公开的电路图做起，从此一发不可收拾，不久前又买了台二手的HP3457A（我能找到公开电路原理图的最好性能的DMM），亲自开机看了看，又对照维修指南上的电路图试着进行分析觉得受益非浅，有些想法不敢独享所以把一些分析写出来，于是有了本文。 这里我打算从功能选择、直流放大电路与欧姆电流源、电压基准与ADC、交流通道、逻辑控制与软件这几个方面分析，每一部分后面附有自己的DIY计划，以及一些想法与困惑希望大家讨论批评同时期待着高手指点。

2：功能选择 功能选择部分，指DMM从输入端口到放大器的部分，这部分较杂，包括输入选择、电流到电压转换、交直流切换、保护等等。 开关： 一般DMM要测量1000V – 100mV , 10A - 1mA , 非常大的动态范围，必然要求输入回路进行分压，分流，放大，同时在错误量程选择，或测量输入超量程的情况下进行有效的保护，保证后级精密放大器、ADC等不会损坏失效，先说说可行的几种开关方式：手动机械式量程开关：多用于廉价的DMM，优点是廉价；可以将量程组合逻辑用连线实现；同时作为量程选择和量程指示；缺点是不能自动化。 部分量程的外部插件化：这也是一种广义的开关方式，对于电气性能要求很高的量程（1000V以上的高绝缘性，10A以上的大电流，uV , nA , G? , m?级测量的高精度，以及多路程控开关等）使用单独制作为其特性优化的模块，这样一来可以降低整体的设计要求，销减成本，二来可以应对不同的需求，并为将来的扩展预留空间。 继电器：这个用的较多，所以详细说说，优点：极小且稳定的漏电流（基本可以不考虑）大电流，高耐压，控制隔离；缺点：噪声，速度中等，有限的寿命，驱动耗电严重（选择锁定型号可以避免连续通电，但是相对较贵），有接触电势，在测量微小信号（100mV以下）可能由于表面有氧化膜或其他薄膜增加电阻（即所谓的干电阻）； 根据触电合金分类主要有金-银-钯系，热电势低，触点表面不易成膜，但是抗烧蚀差，多用于小信号；铂-铑-钌系正好相反，多用于功率控制。 Fig1（截取自松下继电器选型手册） 注意Fig1中第4列的参数，就不适合微小信号用途。 此外还有一种湿簧继电器，触点上有毛细管浸润水银,须直立安装，接触时靠水银导电所以不存在干电阻，但是由于环保原因已经比较少见了，在HP3457A的输入通路有特制的舌簧继电器，可能有特殊的性能要求。 （Fig2湿簧管，可见被水银浸润的簧片，）

详细解释压力表精度等级

详细解释压力表精度等级 引入： 精密压力表精度有级、级、级； 普通压力表精度级、级（原级）、级、级（基本没有了） 60以上表面的压力表基本是级、级 60及以下表面的压力表基本是级 膜盒及膜片压力表一般也是级 ? 压力表精度和分度的区别 压力表的最小分度可以通俗的认为是它的分辨率，但不一定就是表的精度。因为压力表是检测仪表，所以显示给我们的是测量值，测量值和真实值之间是存在一定的误差的，这个误差的范围其实就是精度，所以精度的数值越小就说明检测仪表显示值与真实值越接近，也就可信度越高。 ? 压力表精度等级知识介绍 一．压力表精度等级是压力表精确度等级或准确度等级的简 称,(GB/T1226-2001《一般压力表》国家标准称之为仪表的精确度等 级,JJG52-1999《弹簧管式一般压力表、压力真空表和真空表》称之为仪表的准确度等级.? 压力表的精度等级分为:级;级;级;级,各等级仪表的外壳公称直径应符合下表的规定。? 外壳公称直径(mm)精确度等级? 表面40和60：;? 表面100：;? 表面150;200;250：;? 注:使用中的级压力表允许误差按级计算,准确度等级可不更改。? 在参比工作条件下,压力表精度等级检验应包括以下四个项目:? 1、示值误差? 在测量范围内,示值误差应不大于表二所规定的允许误差.? 2、回程误差? 在测量范围内,回程误差应不大于表二所规定的允许误差的绝对值.? 3、轻敲位移? 轻敲表壳后,指针示值变动量应不大于表二所规定的允许误差绝对值的1/2.? 4、指针偏转平稳性? 在测量范围内,指针偏转应平稳,无跳动和卡住现象.? 压力表精度等级含义是什么？? 压力表的精度等级，是以允许误差占压力表量程的百分率来表示的，一般分为、1、、2、、3、4七个等级（锅炉上不用3级和4级），数值越小，其精度越高。例如，表盘量程0～2．5MPa精度2．5级的压力表，它的指针所示压力值与被测介质的实际压力值之间的允许误差，不得超过上2．5MPa×2．5％

等精度频率计的实验报告

数字频率计 摘要 以FPGA（EP2C8Q208C8N）为控制核心设计数字频率计，设计采用硬件描述语言Verilog 该作品主要包括FPGA控制、数码管模块、信号发生器、直流电源模块、独立按键、指示灯模块。主要由直流电源供电、数字信号发生器输出信号，FPGA 控制信号的采集、处理、输出，数码管显示数据，按键切换档位，指示灯显示档位。作品实现了测频、测周、测占空比，能准确的测量频率在10Hz 到100kHz之间的信号。 关键字: 频率计等精度 FPGA （EP2C8Q208C8N）信号发生器Verilog语言

一、系统方案论证与比较 根据题目要求，系统分为以下几个模块，各模块的实现方案比较选择与确定如下： 1．主控器件比较与选择 方案一：采用FPGA（EP2C8Q208C8N）作为核心控制，FPGA具有丰富的I/O 口、内部逻辑和连线资源，采集信号速度快，运行速度快，能够显示大量的信息，分频方便。 方案二：采用SST89C51作为主控器件，虽然该款单片机较便宜，但运行速度较慢，不适合对速度有太大要求的场合，并且不带AD，增加了外围电路。 综上所述，主控器件我选择方案一。 2.测量方法的比较与选择 方案一：采用测频法测量。在闸门时间内对时钟信号和被测信号同时计数，由于在闸门闭合的时候闸门时间不能是被测信号的整数倍，导致计数相差为一个被测信号时间，所以测频法只适合频率较高的测量。 方案二：采用测周法测量。用被测信号做闸门，在闸门信号内对时钟信号计数，由于在闸门闭合的时候闸门时间不能是时钟信号的整数倍，导致计数相差为一个时钟信号时间，所以测周法只适合较低频率的测量。 方案三：采用等精度法和测周法结合的方法。用等精度发测量1KHZ以上的频率，测周法测量1KHZ一下的频率。这种方法取长补短，既能准确的测高频又能测低频。 综上所述，测量方法我选用方案三。 3. 界面显示方案的选择 方案一：采用数码管显示，控制程序简单，价格便宜，显示直观。 方案二：液晶5110，虽然体积小，可以显示各种文字，字符和图案。 考虑到数码管完全可以满足数据显示要求，所以显示部分我选用方案一。 二、理论分析与计算 1、键盘设计 系统中我们采用独立键盘，用2个I/O控制2个键。原理是将2个I/O口直接接键盘的2个引脚，低电平有效，这种键盘的优点反应的速率快。 2、计算公式 （1）测频： 1khz以上：被测频率=时钟频率*（被测频率计数/时钟频率计数） 1khz以下：被测频率=时钟频率/（时钟频率在被测信号高电平计数+时钟频率在被测信号低电平计数）

全国大学生电子设计大赛F题一等奖数字频率计

2015 年全国大学生电子设计竞赛 全国一等奖作品
设计报告 部分错误未修正，软 件部分未添加
竞赛选题：数字频率计（F 题）
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摘要
本设计选用 FPGA 作为数据处理与系统控制的核心，制作了一款超高精度 的数字频率计，其优点在于采用了自动增益控制电路（AGC）和等精度测量法， 全部电路使用 PCB 制版，进一步减小误差。
AGC 电路可将不同频率、不同幅度的待测信号，放大至基本相同的幅度， 且高于后级滞回比较器的窗口电压，有效解决了待测信号输入电压变化大、频率 范围广的问题。频率等参数的测量采用闸门时间为 1s 的等精度测量法。闸门时 间与待测信号同步，避免了对被测信号计数所产生±1 个字的误差，有效提高了 系统精度。
经过实测，本设计达到了赛题基本部分和发挥部分的全部指标，并在部分指 标上远超赛题发挥部分要求。
关键词：FPGA 自动增益控制 等精度测量法
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目录
摘 要....................................................................................................................1 目录........................................................................................................................ 2 1. 系统方案...................................................................................................3
1.1. 方案比较与选择................................................................................3 1.1.1. 宽带通道放大器.........................................................................3 1.1.2. 正弦波整形电路.........................................................................3 1.1.3. 主控电路.....................................................................................3 1.1.4. 参数测量方案.............................................................................4
1.2. 方案描述............................................................................................4 2. 电路设计...................................................................................................4
2.1. 宽带通道放大器分析........................................................................4 2.2. 正弦波整形电路................................................................................5 3. 软件设计...................................................................................................6 4. 测试方案与测试结果...............................................................................6 4.1. 测试仪器............................................................................................6 4.2. 测试方案及数据................................................................................7
4.2.1. 频率测试.....................................................................................7 4.2.2. 时间间隔测量.............................................................................7 4.2.3. 占空比测量.................................................................................8 4.3. 测试结论............................................................................................9 参考文献................................................................................................................ 9
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量程自选的数字频率计

等精度量程自选数字频率计

摘要 51系列单片机是国内目前应用最广泛的一种8位单片机之一，随着嵌入式系统、片上系统等概念的提出和接受及应用，51系列单片机还会在继后很唱一段时间占据嵌入式系统产品的 低端市场，因此，作为新世纪的大学生，在信息产业高速发展的今天，掌握单片机的基本结构、原理和使用时非常重要的。随着电子技术的发展，当前数字系统的设计正朝着速度快、容量大、体积小、重量轻的方向发展。 频率测量是电子学测量中最为基本的测量之一。本次课设使用单片机At89C52为核心，使用等精度测频原理，设计量程自选的数字频率计。采用C语言编写程序，测量范围0.01Hz~400KHz，测量精度能达到0.01。测量结果在1602液晶上显示。 关键字：AT89C52单片机，量程自选数字频率计，等精度测频

Summary 51 series is the currently the most widely used one 8-bit microcontrollers with embedded systems, the concept of on-chip systems, and applications made and whips acceptable, 51 series will be singing in the subsequent period of time is occupied low-end embedded system products market, therefore, as the new century, college students, high-speed development in the information industry today, the master microcontroller's basic structure, principles and use is very important. With the development of electronic technology, the current design of digital systems is moving fast, large capacity, small size, light weight and direction. Frequency measurement is the measurement electronics, one of the most basic measurements. The class is located using the microcontroller At89C52 core, use of precision frequency measurement principle, the design range of optional digital frequency meter. Using C language program, measuring range 0.01Hz ~ 400KHz, measurement accuracy can reach 0.001. Measurements in 1602Displayed on the LCD. Keywords: AT89C52 microcontroller, range-demand digital frequency meter, and otherprecisionfrequencymeasurement

高精度16位AD电压电流表

本科毕业设计（论文）题目：高精度16位AD转换器应用 High precision 16 bit AD converter application 学院 专业 班级 学号 姓名 指导教师职称 完成日期2011年12月05

诚信承诺 我谨在此承诺：本人所写的毕业论文《高精度16位AD转换器应用》均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）： 年月日

摘要 【摘要】本文介绍了一种基于单片机技术的新型高精度数字式电压电流表，该设计采用STC公司生产的STC89C52微处理器作为整个设计的核心单元，通过施加外围电路来实现直流电压和直流电流的精确测量，该系统的设计思想是通过输入端电阻采集被测信号，由于采集到的电压、电流信号较弱需要经运算放大器对信号进行放大，本文采用LM124对采集到的信号进行放大，经放大处理后的信号为模拟信号不能直接被单片机识别，需要将采集到的模拟电压信号送到模数转换芯片 ADS1110 来进行 A/D 转化，最后将转换后的数字信号送到 MCU 进行数据处理并通过液晶屏幕（1602或者12864）来显示被测值。本文对整个设计流程做了详细的阐述并制作了样机，实际测试表明该数字式电压电流表可以精确的测量直流电压，直流电流，理论设计精度可达到16位，显示精度达到0.0001，测试结果证明测试精度达到了设计要求。 【关键词】单片机；STC89C52；高精度数字电压表；数字电流表；ADS1110

High precision 16 bit AD converter application Abstract 【ABSTRACT】Abstract: This article introduced a new digital voltmeter of high precision,which was basing on single-chip technic,the design adopted STC89C52 microprocessor produced by A TMEAL company as the core unit of the whole design,to reach the precisly measurement of volts d.c by putting peripheral circuit.,and the idea of the system was to gather the signal of the under measured volts through the inputing resister.As the volts signal gathered was very weak,it needed to be magnified,here the LM24 was used to do this. The magnified signal was taken as analog signal,which cannot be identified by single-chip,so the analog signal needed to be transferred to ADS1110 to get the A/D transferation,then the transferred signal would be conveyed to MCU for digtal processing and through LCD1602 to get the volum of the volts. The whole design process was described in details and sample was also made,and the actul test result showed this voltmeter was able to measure volts d.c very precisely,the volum can reach 0.0001,which can meet the requirement well. 【KEYWORDS】Single-chip;STC89C52;High precision digital voltmeter; ADS1110 Digital ammeter

数字压力表使用说明书

YS-100型数字压力表使用维护说明书 本数字压力表结合了世界领先的微处理技术和先进的模数转换算法，达到高精度，低功耗的要求。采用大屏幕的液晶显示技术，使数据清晰易读。独特的背景灯技术夜晚也能正常使用，采用进口芯片，对仪表数据采集、记忆、测量保持最高峰值，手动回零，外壳采用不锈钢，耐腐蚀，抗机械压力，机体整体采用密封技术，可以应用在多种复杂的环境中。陶瓷传感器经久耐用，安全卫生，可应用在食品卫生行业。本产品是国外名牌数字压力表的中国OEM产品，拥有和国外数字压力表同样性能，是替代传统机械表的理想选择。 一工艺特性 ●电气特性：工作电源：3.6VDC; 功率消耗：100微瓦 工作温度：-20℃~+80℃ -40℃~+80℃ 工作湿度：10%～90%（不凝结）;连续工作时间：大于3年 精度等级：0.25%；0.5%；1%； 测量范围：0～100Mpa（可选）；0～5Kpa～600Kpa （可选）； 真空：-100Kpa～0Kpa（可选）-0.1～ 0 Mpa 压力真空：-0.1～2.4Mpa（可选）；- 100～2400Kpa 压力单位可选：Mpa 、Kpa、Kgf/cm2、Bar、mBar、Psi KN、mmAq mmHo、Torr mmhg、atm （特殊要求可定做成Psi、Mpa 、Kpa自由切换） 屏幕信息量：4位9段; 报警输出电压：2.7V-3.0V（5mA） ●机械特性 振动特性：40g（最大）；4g（最大）15-200Hz 外形尺寸：

主要用途： 1、油田注水，井口容器设备压力测量： 2、原油外输：动力设备管道泵进出口压力测量; 3、石油化工：生产工艺中的真空，微压及腐蚀性的气体，液体压力测量; 4、液压系统、制冷、过程监控OEM应用; 5、高温介质，粘稠介质，液体高度测量; 6、空调、气体处理设备、呼吸机、医疗设备、实验室、压缩机等压力的测量; 二操作说明 本产品的传感器与显示处理部分采用一体化的设计结构，使用简便，该仪表与被测机构使用螺纹直接连接的方式，对仪表的摆放角度不做任何要求。在使用测量以前应该估算被测量目标的大致压力范围，以免由于压力过大超出测量范围对传感器造成机械上的损坏。本产品的压力响应时间为2S。 三注意事项 本产品属于机电产品，使用了液晶显示技术，在强光下使用会减少液晶屏幕的使用寿命，而且可能会使数据辨认不清楚，由此造成的事故后果，本厂不负任何责任。仪表接液部分为不锈钢金属材料和陶瓷传感器，测量强酸，强碱的介质应选取用隔膜型数字压力表。本产品使用不可充电的锂电池，使用过后的电池应妥善处理（可邮寄回本厂统一处理）以免造成环境污染。在高温或低温的情况下使用（大于85℃，小于-30℃）时，超过85℃应加散热器，否则测量精确度无法保证，而且过高的温度情况下锂电池有爆炸的危险，在存储或运输的过程中也应该注意仪表温度。由于本产品为电子产品在强电磁场中使用会使仪表产生故障，造成示值不准确或根本无法显示等情况，但是不会对仪表造成本质的损坏。不同的仪表有不同的压力测量范围，正常情况下可以在超过量程的10%以内使用，进一步超量程使用可能会造成传感器的机械损坏，进而造成测量气体或液体的泄露，这种损坏是不可恢复的，由此造成的后果本厂不承担任何连代责任。 四故障与排除 本产品属于机电产品，在运输过程和使用过程中，由于环境干扰，人为操作使用不当的原因，可能造成仪表不能正常工作和显示。对于简单的故障用户可以自行排除，其他的故障

等精度数字频率计的设计

等精度数字频率计的设计 李艳秋 摘要 基于传统测频原理的频率计的测量精度将随着被测信号频率的下降而降低，在实用中有很大的局限性，而等精度频率计不但有较高的测量精度，而且在整个测频区域内保持恒定的测试精度。运用等精度测量原理，结合单片机技术设计了一种数字频率计，由于采用了屏蔽驱动电路及数字均值滤波等技术措施，因而能在较宽定的频率范围和幅度范围内对频率，周期，脉宽，占空比等参数进行测量，并可通过调整闸门时间预置测量精度。选取的这种综合测量法作为数字频率计的测量算法，提出了基于FPGA 的数字频率计的设计方案。给出了该设计方案的实际测量效果，证明该设计方案切实可行，能达到较高的频率测量精度。 关键词等精度测量，单片机，频率计，闸门时间，FPGA Ⅱ

ABSTRACT Along with is measured based on the traditional frequency measurement principle frequency meter measuring accuracy the signalling frequency the drop but to reduce, in is practical has the very big limitation, but and so on the precision frequency meter not only has teaches the high measuring accuracy, moreover maintains the constant test precision in the entire frequency measurement region. Using and so on the precision survey principle, unified the monolithic integrated circuit technical design one kind of numeral frequency meter, because has used the shield actuation electric circuit and technical measure and so on digital average value filter, thus could in compared in the frequency range and the scope scope which the width decided to the frequency, the cycle, the pulse width, occupied parameter and so on spatial ratio carries on the survey, and might through the adjustment strobe time initialization measuring accuracy. Selection this kind of synthesis measured the mensuration took the digital frequency meter the survey algorithm, proposed based on the FPGA digital frequency meter design proposal. Has produced this design proposal actual survey effect, proved this design proposal is practical and feasible, can achieve the high frequency measurement precision Keywords Precision survey, microcontroller, frequency meter, strobe time，field programmable gate array Ⅱ

等精度数字频率计

江西理工大学应用科学学院 SOPC/EDA综合课程设计报告 完成时间2012年01月03日

目录 第一章设计项目的分析: 1.1 设计原理 1.2 设计要求 1.3 设计思路 第二章项目工作原理及模块工作原理 2.1 项目工作原理 2.2 频率测量模块的工作原理 2.3 周期测量模块的工作原理 2.3.1 直接周期测量法 2.3.2 等精度周期测量法 2.4 脉宽测量模块的工作原理 2.5 占空比测量模块的工作原理 第三章系统设计方案 3.1 等精度数字频率计项目设计方案 3.1.1等精度数字频率计的原理图 3.1.2系统的主要组成部分 3.1.3系统的基本工作方式 3.1.4 CPLD/FPGA测频专用模块的VHDL程序设计 3.2 测频/测周期的实现 3.3 控制部件设计 3.4 计数部件设计 3.5 测量脉冲宽度的工作步骤 第四章主要VHDL源程序 4.1 频率计测试模块 4.2 计数模块 4.3 测频、周期控制模块 4.4 测脉宽、占空比控制模块 4.5 自校/测试频率选择模块 4.6 计数器二频率切换模块 第五章项目硬件测试及仿真结果 5.1 硬件试验情况 5.2 仿真结果 第六章设计总结 附录一参考文献

第一章设计项目的分析 1.1 设计原理 频率计用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1s。闸门时间也可以大于或小于1s。闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长则每测一次频率的间隔就越长。闸门时间越短，测得频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。 1.2 设计要求 (1) 对于频率测试功能，测频范围为0.1 Hz～70 MHz；对于测频精度，测频全域相对误差恒为百万分之一。 (2) 对于周期测试功能，信号测试范围与精度要求与测频功能相同。 (3) 对于脉宽测试功能，测试范围为0.1 μs～1 s，测试精度为0.01 μs。 (4) 对于占空比测试功能，测试精度为1%～99%。 1.3 设计思路 利用计数器A对时钟脉冲信号进行计数，同时使用另一个计数器B对被测信号计数。当测量时钟脉冲信号的计数器A累积到一定数值时，将计数器B的结果传送到触发器中并通过一个时钟脉冲锁存，并译码送到七段数码管输出。为了使测量误差尽可能小，可以在被测信号的上升沿使计数器A和计数器B同时计数，为此，可添加一个D触发器，以被测信号作为D触发器的时钟信号，高电平为输入端，输出端Q作为两个计数器的计数允许信号。其原理可用图1表示。 基于传统测频原理的频率计的测量精度将随被测信号的频率的下降而降低，在使用中有较大的局限性，而等精度频率计不但具有较高的测量精度，而且在整个频率区域能保持恒定的测试精度。