GB/T 14913-1994 直流数字电压表及直流模数变换器

中华人民共和国国家标准

直流数字电压表及直流模数变换器

标准参照采用直流数字电压表和直流模数变换器年版

主题内容与适用范围

标准规定了直流数字电压表及直流模数变换器的术语技术要求试验方法和检验规则以及标

志包装运输贮存等

标准适用于数字式直流电压测量仪器以下简称仪器及数据与信息的处理设备或系统中旨在对

直流电压进行变换的电子模数变换器以下简称变换器

标准也适用于数字多用表的直流电压测量功能以及与测量仪器联用的附件若测量仪器与附件

一起进行校检则标准也适用于它们的组合

标准的某些部分可适用于其他种的直流模数变换器如数字电阻表直流数字电流表

标准不适用于对交流电压进行测量或变换的仪器

引用标准

包装储运图示标志

电工电子产品环境试验规程

电子测量仪器的安全要求

电子测量仪器环境试验总纲

电子测量仪器温度试验

电子测量仪器湿度试验

电子测量仪器振动试验

电子测量仪器冲击试验

电子测量仪器运输试验

电子测量仪器电源频率与电压试验

电子测量仪器误差的一般规定

电子测量仪器质量检验规则

术语

通用术语

电信号

以一个或几个参数传递信息的一种电量

注本标准中的信号是指只有一个信息参数的电信号

电信号的信息参数

国家技术监督局批准实施

传递信息的电信号参数

物理量的模拟表示

用一个物理量来表示另一个物理量被表示的量在规定区间内连续变化表示量能在相应区间内连

续取任何值

物理量的数字表示

在规定区间内变化的某物理量用离散数数字信号或两者组合来表示

模拟信号

参数值在一个或多个区间连续变化的信号不同信号参数所对应的信息不同某量的模拟表示即模

拟信号

数字信号

参数值的值域个数是离散数的信号每个值域对应着不同的信息

某量的数字表示即数字信号

量化

在此过程中将变量的范围划分成有限个无需相等的清晰的子区间称为量子各由其区间内的一

个指定值或量化值表示例如人的年龄在很多场合下可用一年作为量子来量化

量化单位

标称等宽时的子区间的宽度

注若各量化单位不相等则引起线性误差

代码

约定了的一组明确的规则它规定了用一组符号中的一些符号表示数据的方法

编码

采用代码进行变换

注在数字电压表中显示输出通常用十进制码而电输出有及等形式模数变换器的输出代码

多采用二进制补码和编码等

二进制元素二进制数字比特

数字化的电信号由一组状态元表示这些状态元由数字信号来实现每个状态的含意由系统代码所

决定并用相应信号值所处的时间或空间位置表示

每个状态元由逻辑或逻辑所组成它们与信号的电平状态或电平状态相对应这两种

值均是组成二进制的元素并用二进制数字或比特来表示

字符

用以传递信息的元素组中的组成部分或以公认的格式一般是有序地安排在一起或单个使用

字

出于某种目的通常将其视为一个整体的字符串或二进制元素串

注图说明了字符字二进制数字及比特在特定表示法中的应用

模数变换

用采样量化编码的方法及必要的辅助操作将模拟量变换成数字量的过程

电子模数变换器

对电信号进行模数变换并以数字形式表示被变换量的电子设备

电子数字电压表

备有模数变换器并能以十进制数字形式显示被测电压值的电子仪器

附件

与仪器联用的以规定的方式改善其特性的电路单元或部件探头电缆等也可以是常接的必备

件

可互换附件

具有自己的特性和准确度指标不受与其联用仪器约束的附件

不可互换附件

根据某特定仪器电特性的需要而调配的附件在这种情况下标准适用于该仪器及附件的组合

规范化

通常在模数变换器前用放大或衰减的办法来改变仪器测量变换量程的模拟操作

字母表示法

数十进制表示法

二进制表示法

注图中选用了二十进制编码

图几种特定表示方法的图示说明见至条

辅助通用术语

畸变因数

预热时间

在规定条件下从接通仪器电源开始到其全部性能符合要求所需的时间

预调整

按照制造厂要求对某些可调部件进行调定使仪器到规定准确度的预操作

校准

在工作状态下将校准电压条加到仪器的输入端将相应的输出值与校准值条进行

比较调节校准调整器使之相等

校准电压

由参考源提供的足够稳定的已知电压校准时将它内接或外接到仪器上用作比较基准

校准值

校准所要得到的显示数字或输出信号值

电零位

当仪器接通电源不加输入量输入端与外场隔离的情况下或当制造厂家有特别说明要接到某种

电路上时所得到的输出信息值

注本定义不适用于那些不加输入量便不能给出零值输出信息的仪器例如变零位仪器或给出负溢出

的仪器

影响电零位的因素有零偏电压及零偏电流

电零位调整器

用以调节电零位得到零指示或某特定值的部件

注电零位调整器分为零偏电压调整器和零偏电流调整器

电源

仪器工作需要的供电源

与输入相关的术语

输入端子

将被测或被变换电量接到仪器的接点

非对称输入

公共端对其他两端子间的阻抗标称值不等的三端输入电路

对称平衡输入

公共端对其他两端子间的阻抗标称值相等的三端输入电路

差分输入

对公共端呈高阻的双端输入电路在这两端之间施加被测电量

注测量结果在很大程度上不受这两输入端对公共点电压的影响

接地输入单端输入

此种输入电路中一个输入端直接接到测量地一般是公共端

浮置输入

与机壳电网及输出电路端子相绝缘的输入电路

绝缘式公共端输入

某输入端与某输出端相联接并与机壳电网相绝缘的一种输入电路

保护输入

屏蔽了的输入电路其屏蔽与地及公共端相绝缘并与某一个载有信号的导体等电位

输入端的量

输入量输入信号

加到输入端的模拟量信号

注在不可能引起混淆的情况下下文中的输入即指输入量的值

输入电压的变化率

输入电压对时间的导数

共模电压

存在于两测量端与公共端间幅值相位均相等的分量该公共端可以是机壳或测量地端

串模电压

叠加在被测电压上的不希望的那部分输入电压

注热电势感应电压以及直流信号上的交流纹波均属于串模电压

输入端的寄生反馈

由内部产生并经仪器的输入端反馈到源或者呈现在一个输入端子与测量地或屏蔽端之间的干扰

信号

过载信号

超过测量变换范围的输入信号由仪器输入电路电压极限所决定

最大允许输入输出电压

在额定工作条件下与外电路连接时可加到输入输出端上的两端子间的或对机壳的最高电压值

零偏电流零电流

输入量为零时流过接到输入端的外电路源的电流

注零偏电流在很大程度上与外电路无关

零偏电流与源阻抗条复合作用的结果形成电零位的一部分

输入端的阻抗

源阻抗

与仪器输入端相接的信号源输出阻抗

输入阻抗

在工作状态下在仪器输入端子间呈现的输入电路的阻抗

等效输入阻抗

在给定的频率与电压条件下流入输入端的瞬时电流值是输入电压瞬时值的非线性函数时仪器输

入电路的等效输入阻抗由电阻和电抗组成该等效电路吸收与上述输入电路相同的有功功率并且流入

该等效电路的电流与流入该仪器的非线性输入电路电流的基波分量相等

其他阻抗

仪器在工作条件下下列任一对端子间所呈现的阻抗不包括输入端子对和输出端子对各输入

端各输出端输入地端机壳屏蔽及保护地

注可用术语漏电容或绝缘电阻来描述这类阻抗

非工作状态输入阻抗

在非工作状态下仪器输入端子间测得的输入电路的阻抗

输入干扰

共模干扰

由于共模电压条的存在所引起的输出信息的变化

串模干扰

由于串模电压条的存在所引起的输出信息的变化

共模制比

加到公共端与两端子间的干扰电压即共模电压的峰值与能产生相同输出信息值所需的输入信

号之比其中两端子间接到规定电路上

串模制比

干扰电压峰值与能产生相同输出信息值变化所需要的输入信号增量之比

注共模制比及串模制比通常用分贝或百分比来表示并可对不同的频率分别给出

关于仪器工作的术语

变换

线性变换

输出值变化与对应的输入值变化之比标称为常数的变换

非线性变换

输出值变化与对应输入值变化之比为输入值函数的变换

注对数变换即是典型的非线性变换

换码点过渡点

在各表示单位条内都有这一点在该点的输入量变化使输出信号指示从某值跳到

其相邻值

注按换码点应分成

换码点在各表示单位中心的仪器见图

换码点在各表示单位边缘上的仪器见图

变换命令

启动一个变换周期的脉冲或电平

图换码点

模拟输入数字输出变换特性

基工作方式

根据变换命令的来源最典型的工作方式有

触发式

重复式

跟踪式

注其他工作方式还有

求最大值方式

求最小值方式

触发工作方式

这种方式下变换命令来自仪器外部手动或电触发

重复循环工作方式

这种方式下由内部时钟启动变换命令

跟踪工作方式

这种方式下变换命令由能检出的被测变换量变化的内部电路启动

工作原理

瞬时值变换

在变换期间内得到输入量瞬时值数字表示的变换

逐次逼近型

该工作原理用反馈电压发生器产生一系列对应于二进制或十进制数字的可调电压这些电压按规

定的幅值递减的顺序依次与规范化的输入电压进行比较

随动平衡型

这种工作原理中反馈信号发生器包含一个与数字指示器相耦合的随动控制反馈单元反馈电压与

规范化输入电压不断进行比较它们的差值使得随动单元重新建立平衡状态并同时改变数字指示

线性斜坡型

这种工作原理中电压发生器周期地或根据命令产生一个随时间线性变化的电压斜坡信号电平

检出器将其分别与规范化输入电压及规定的参考电压进行比较从而获得与被电压成正比的时间间隔

用该时间控制计数门即可得到输入量的数字表示

阶梯斜坡型

其工作原理与线性斜坡型似所不同的是斜坡由等电压阶梯所构成而对阶梯个数进行计数

积分变换

得到规定时间内输入量积分值的数字表示的变换

输入量对频率的变换型

这种工作原理使仪器产生与输入值成正比的频率在固定的时间内测得的周期数即为输入量在

此时间间隔内的平均值常见的有变换

双斜型

在这种工作原理中将规范化输入量变换成与其成正比的电流并在规定的时间内以此电流对电容

器充电称为定时积分然后以一个定值电流进行线性放电称为定值积分放掉由输入量产生的电荷

所需时间正比于输入量的积分通常用计数法对该时间进行测量

改进双斜型

为提高双斜模数变换器的性能常常对双斜型做些改进例如在定时积分与定值积分之间插入

一段予置的定向定值积分使定值积分之初积分器的输出处于规定的极性与被测无关以避免零比较

器滞后作用的影响在定值积分期间使用多基准电压电流以缩短定值积分时间并取得高分辨力

利用休止期间定值积分结束至下次定时积开始进行模拟自校零以改善零稳定性连续二个双

斜周期第一次用于校零第二次旨在测量校零结果影响测量定时积分的时间完成自校零

脉冲调宽型

一种连续输入型的积分模数变换器其周期与幅度稳定的基准方波的占空比受被测输入量的调

制使得该方波的直流分量与被测输入量相平衡用计数法测量方波宽度差得到被测输入量的数字表

示

多斜变换

是双斜的改进在各时间段上对被测量内部各基准量或其组合进行积分各段积分斜率不同积分

器输出多斜波形

例在定时积分期间多次引入对基准量的积分扩展动态范围并获得输出信息的高位值或在定值

积分时引入多基准得到中低位信息值从而提高变换速率并保证高分辨力

电荷平衡型变换

一种没有节拍方波控制的连续积分型模数变换器积分电容上的电荷处于动态平衡状态由计数

器上累积得到被测输入信号的数字表示

积分式反馈复合型变换

利用逐次比较方法获得输出信息的高数位值并将相应的模拟量反馈到输入端再以积分方法测差

获得低数位值从而提高变换速率并保证高分辨力

余数再循环原理

输入信号与经过数码网络的基准相比较得到二进制字节信息并将其差余数放大反馈至输入

再进行比较得到较低字节信息如此循环得到二进制串并行数据

时间特性

条列举的各种时间间隔存在与否其顺序延迟或重叠都取决于仪器的工作过程

时间间隔的有无及大小取决于仪器内部输入量的特性以及源的阻抗

变换速率

在单位时间内以规定准确度获得的变换次数

总时间

进行一次完整的测量变换所需的时间

注在图图中给出总时间及典型组成部分的解释

当工作过程含有延迟或重叠时变换速率的数不等于总时间

测量时间

从发出变换命令开始到输出端上得到完整有效的数字信息为止的时间间隔

采样时间

输入量被变换电路所感测的时间间隔

图总时间内组成部分的示例

图相继两次测量时序及其变换速率数的示例

输入稳定时间

加上输入阶跃到启动符合规定准确度要求的变换所需要的时间间隔

注输入稳定时间往往受到输入端阻抗的影响

内部稳定时间

给出变换命令后到启动符合规定准确度要求的变换所需要的时间间隔

复位时间

由仪器内部限定的从变换电路的复位到启动所需要的时间间隔

变量程时间

对自动改变量程的仪器为选定量程或在必要时改变量程所必需的时间

数字化时间

完成采样量化及编码所需的时间间隔

输出信息建立时间

建立对被变换值的显示或将全部输出信息传输到输出端所需要的时间

注根据仪器结构该时间间隔可能与数字化时间例如串行输出方式的某些仪器或与下次测量过程中的时间例

如有输出缓冲存贮的仪器相重叠

读出时间

以最大变换速率连续工作读取输出信号有效值的时间间隔

过载恢复时间

去掉规定的过载输入值后到可以进行符合规定准确度要求的测量变换为止所需要的时间间隔

响应时间

从输入信号突变阶跃变化到符合规定准确度要求的新的稳定指示所需的时间间隔

阶跃响应时间

在某量程内不改变极性的情况下输入信号按规定的量值做阶跃变化所引起的响应时间

极性响应时间

输入信号按规定的量值做阶跃变化引起指示极性改变所需的响应时间

量程响应时间

输入信号按规定的量值做阶跃变化使仪器切换到相邻量程不引起极性变化所需要的响应时间

与输出相关的术语

输出端

输出信号通过仪器的这些接点以规定的电压电流形式提供使用或以规定的阻抗状态如短路

或开路来表示

辅助端子

除输入输出端以外的端子用以提供或接收辅助的模拟或数字信号

输出端的量

输出信号

经变换后产生的信号

输出信号电平

呈现在一对输出端子间的用以表示二进制的电信号

输出信号电平

呈现在一对输出端子间的用以表示二进制的电信号

辅助输出信号

呈现在辅助输出端的输出信号通