电气参数测量的虚拟仪器研制

-z. 电气参数测量的虚拟仪器研制 摘要虚拟仪器是基于计算机的测量仪器，它与传统仪器相比有很多优点，近年来开展迅速。为了满足实验教学开展、创新的需要，实现实验教学智能化、网络化的要求，我们研制了电工教学虚拟仪器仪表系统。本系统完成了对电工实验中的常见电气参数如：交流电压、电流；直流电压、电流；电阻、电容、电感的测量，以及包含了数字示波器和函数信号发生器功能模块。本系统硬件由调理电路、数据采集卡和计算机组成。本文重点阐述了交流调理电路、直流调理电路、RLC调理电路的设计。在硬件设计中，我们通过数据采集卡的DO口输出仪器的控制信号，控制继电器实现测量电路的量程自动转换。我们选用双诺公司的AC6111型数据采集卡。虚拟仪器应用程序用VisualBasic6.0编写。本虚拟仪器以虚拟面板作为人机交互界面，实现了信号的测量计算，波形显示，数据存储等功能。本系统有着重模块化的程序开发设计思路，包含了数据采集、量程转换和控制、数字波形、参数测量、以及线性修正等子程序模块。本文还给出了作者对各个局部的电路性能的测量。测试结果说明，系统到达了设计的要求。文章最后提出了本系统有待进一步研究的主要问题。关键词：电气参数；虚拟仪器；数据采集AbstractVirtualInstrumentisthemeasuringinstrumentbasedonputers.Ithasmoreadvantagesthantraditionalmeasuringinstrumentandhasmadegreatimprovementinrecentyears.WedeveloptheVirtualInstrumentsystemofelectricale*perimentstosatisfytheneedsofe*perimentalteachingdevelopment,andtorealizethedemandsofintelligentandnetworke*periment.Thesystemcanmeasuremostusefulparametersinelectricale*periments,suchasACvoltage,ACcurrent,DCvoltage,DCcurrent,resistance,capacitance,inductance,andaswellashavingcontainedthefunctionmodulesofdigitaloscilloscopeandsignalgeneratingdevice.Thehardwareofsystemisposedofsignaladjustmentcircuit,dataacquisitioncardandputer.Thispapere*patiatesthedesigningschemeofACsignaladjustmentcircuit,DCsignaladjustmentcircuitandRLCsignaladjustmentcircuit.Inhardwaredesign,wee*portthesignalswhichcontrolelectricalrelaystochangemeasuringrangesofmeasuringinstrumentthroughtheDOportofdataacquisitioncard.WeselectAC6111datacollectioncardmadeinW&WLABtocollectmeasuringdataofsignal.WedesigntheapplicatorprograminVB6.0.TheVirtualInstrumentusesvirtualpanelastheinterfaceofhuman-puter,andperformsthetasksofsignalmeasurement,waveformdisplayanddatastore.Theideaofmodularizeddesignisemphasizedinthispaper,includingthedataacquisition,rangeswitching&control,digitalfilter,parametersmeasuring,linearrevisionandsoon.Inthispaper,theautherliststhete*teddatainallthecircuitsoftheinstrument.Theresultshowstheinstrumentadaptsthedesignrequirement.Attheendofthepaper,itproposesthemainproblemsneedtoimproveandtheaspectsneedtoresearchdeeper.Keywords:ElectricalParameter;VirtualInstrument;DataAcquisition目录摘要………………1Abstract…………2第一章绪论………41.1基于PC的测控技术的开展及虚拟仪器…41.2虚拟仪器简介………………51.3本文研究内容………………6第二章系统总体设计……………72.1系统设计指标………………72.2系统组成及测量原理………82.3PC-DAQ系统…………………11第三章硬件平台的构建及硬件抗干扰……………133.1交流信号的测量………………133.2直流信号的测量………………163.3RLC参数测量仪的设计………173.4数字接口电路…………………183.5系统的硬件抗干扰措施………19第四章程序设计………204.1应用程序设计……………………204.2软面板设计………24第五章系统结果测试和误差分析………255.1系统测试结果……………………255.2误差分析…………26结论………………………27致谢………………………28参考文献…………………291绪论1.1基于PC的测控技术的开展及虚拟仪器随着微电子技术和计算机技术的开展，基于PC的测试测量与控制技术取得了长足的进步，其主要表达在以下两个方面：一方面为数据采集和控制部件的进步，另一方面是测控系统技术的进步。从部件技术上，老式的测控系统中各主要部件和信号调理器、模拟开关、A/D及D/A转换器等多由分立元件或小规模集成电路组成。由于其集成度较低，致使系统体积庞大，稳定性及可靠性也较差。90年代以后微电子技术迅猛开展，各种集成电路的集成度越来越高，使得数据采集系统中的*一局部功能得以在一块集成电路中完成，其可靠性及其他技术性能也大大提高。以A/D转换芯片为例，目前的A/D芯片分辨率最高可以到达20-24bits;在转换速度上，8位和12位的ADC转换速度可达每秒上百兆次，16位的ADC目前也可到达每秒1兆次的速度水平。转换速度的提高极大的拓展了测控技术的应用范围，如可以对更高频的数字信号进展计算机处理。此外，由于电路的集成度越来越高，出现了将多个测控单元部件集成于一个芯片的大规模集成电路产品。如将信号调理模块、模拟开关、采样保持器及A/D模块集成在一块板卡上的数据采集卡。这种产品的测量输出已经是数字信号，而模块化的单元即为智能化数字传感器。测控系统技术的进步，根本来源于计算机技术的进步。作为测控系统根本功能单元的各种测试仪器，其开展经历了模拟仪器、分立元件式仪器、数字化仪器直到智能仪器。由于电子技术、计算机技术和网络技术的高速开展及其在电子测量技术与仪器领域中的应用，新的测试理论、测量方法及仪器构造不断出现，电子测量仪器的功能和作用已发生质的变化，其中计算机处于核心地位，计算机软件技术和测试系统更严密的结合成一个整体，导致仪器的构造、概念和设计观点等也发生突破性的变化。在上述背景下，出现了新的仪器概念——虚拟仪器。而虚拟仪器的开展，已经超越了狭义上的单纯的功能部件——“仪器〞，其正作为整体的系统解决方案逐渐成为行业的主流。1.2虚拟仪器简介所谓虚拟仪器，就是在以计算机为核心的硬件平台上，其功能由用户设计和定义，具有虚拟面板，其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。由于仪器的专业化功能和面板控件都是由软件形成，因此国际上把这类新型的仪器称为“虚拟式仪器〞或称“软件即仪器〞。同智能仪器相比，虚拟仪器的键盘、CRT、微处理器等都借助于计算机的资源，其硬件大为减少，因此具有构造简单、一机多用等特点。虚拟仪器尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。虚拟仪器可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以完成过去在智能仪器上难以做到的数据分析、统计操作，创造出功能更强的仪器。虚拟仪器是面向应用的系统构造，可以由用户自己定义、修改、增减功能，可方便的与网络、外涉及其他应用连接，轻松实现仪器的网络化。按照L/O接口设备的不同，虚拟仪器主要有5种构成方式。虚拟仪器的硬件构成有多种方案，通常采用以下几种：〔1〕基于数据采集的虚拟仪器系统通过A/D变换将模拟、数字信号采集入计算机进展分析、处理、显示等，并可通过D/A转换实现反响控制。根据需要还可参加信号调理和实时DSP等硬件模块。〔2〕基于通用接口总线GPIB接口的仪器系统GPIB(GeneralPurposeInterfaceBus)仪器系统的构成是迈向虚拟仪器的第一步，即利用GPIB接口卡将假设干GPIB一起连接起来，用计算机增强传统仪器的功能，组织大型柔性自动测试系统，技术易于升级，维护方便，仪器功能和面板自定义，开发和使用容易。它可高效灵活的完成各种不同规模的测试测量任务。利用GPIB技术，可用计算机实现对仪器的操作和控制，替代传统的人工操作方式，排除人为因素造成的测试测量误差。同时，由于可预先编制好测试程序，实现自动测试，因此提高了测试效率。〔3〕利用V*I总线仪器实现虚拟仪器系统V*I(VMEbusE*tensionforInstrumentation)总线为虚拟仪器系统提供了一个更为广阔的开展空间。V*I总线是一种高速计算机总线——VME(VersaModuleEurocard)总线在仪器领域的扩展。由于其标准开放、传输速率高、数据吞吐能力强、定时和同步准确、模块化设计、构造紧凑、使用方便灵活，已越来越受人们的重视。它便于组织大规模、集成化系统，是仪器开展的一个方向。V*I仪器价格昂贵，目前又推出了一种较为廉价的P*I标准仪器。〔4〕基于串行口或其他工业标准总线的系统将*些串行口仪器和工业控制模块连接起来，组成实时监控系统。无论哪种虚拟仪器系统，都是将硬件仪器搭裁到笔记本电脑、台式计算机或工作站等各种计算机平台上，再加上应用软件而构成。因而，虚拟仪器的开展已经与计算机技术的开展步伐完全同步，同时也显示出虚拟仪器的灵活性与强大的生命力，已在电子测量、物理探伤、电子工程、振动分析、声学分析、物矿勘探、故障分析及教学科研等方面的数据采集和分析中广泛应用。1.3本文研究内容〔1〕虚拟仪器技术改变了实验测试仪器学习使用的旧观念，可由学生随心所欲的根据自己的需要选择仪器系统，实现测量目的，这不仅使实验教学从验证为目的向发挥学生个人的才能、想象力方面开展，而且对提高学生的创新素质起推动作用。〔2〕虚拟仪器中，“软件是仪器系统的关键〞，通过使用开发软件如VB的编程方法，可以很方便的改变虚拟仪器系统的功能与规模。〔3〕由于虚拟仪器具有传统仪器无法比较的优越性，例如虚拟仪器系统开放、数据自动记忆和处理、各项数据测量的同时性、通用、服用并且价格低等，因而降低了测量仪器的本钱，对实验教学的电子仪器更新换代具有现实意义，也为仪器的维护和管理带来了方便。我们开发了电工教学虚拟仪器仪表系统，该系统有五个局部组成。交流局部实现了交流电压电流有效值、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数等常见电气参数的测量；直流局部实现了直流电压电流的测量；示波器局部实现了信号波形显示、相位差测量、数据存取等功能；RLC局部实现了电阻、电容和电感的测量；函数信号发生器局部实现了输出幅度频率可调的正弦波、三角波、锯齿波、方波以及脉冲波功能。作者主要完成如下工作：〔1〕电工教学虚拟仪器仪表的总体方案设计〔2〕信号调理电路的设计、安装、调试〔3〕数据采集卡I/O驱动程序的熟练调用〔4〕基于VB的应用程序编程〔5〕测试仪器性能并对误差进展分析2系统总体设计2.1系统设计指标系统由信号调理电路、数据采集卡、计算机及应用软件四局部组成。调理电路分为交流调理电路、直流调理电路、RLC调理电路、示波器调理电路以及函数信号发生器调理电路。其中，直流调理电路和示波器调理电路共用。他们分别用来测量交流电压、电流；直流电压、电流；电阻、电容、电感；适时显示两路波形状态；适时发出各种常用波形。系统的设计指标如下：〔1〕交流多功能测量局部测量对象：交流电压〔两路〕；测量范围：0-500V；设计精度：0.5级测量对象：交流电流〔两路〕；测量范围：0-1A；设计精度：0.5级测量对象：视在功率〔两路〕；测量范围：0-500VA；设计精度：1级测量对象：功率因数〔两路〕；测量范围：0-0.9999；设计精度：1级〔2〕直流测量局部测量对象：直流电压〔两路〕；测量范围：0-30V；设计精度：0.5级测量对象：直流电流；测量范围：0-1000mA；设计精度：0.5级测量对象：直流电流；测量范围：0-20mA；设计精度：0.5级测量对象：直流电流；测量范围：0-1000A；设计精度：0.5级〔3〕RLC测量局部测量对象：电阻；测量范围：1-1M；设计精度：1级测量对象：电容；测量范围：300pF-100F；设计精度：5级测量对象：电感；测量范围：2mH-100H；设计精度：1级〔4〕数字示波器局部具有两个信道，能够测量波形的峰值、有效值、平均值、频率和周期，且上述测量对象精度到达1级，能根据需要显示信号的YT或*Y方式。〔5〕函数信号发生器局部波形：正弦波、三角波、锯齿波、方波和脉冲波，可发出单个周期或持续发出。峰值范围：1-25Vpp频率范围：20Hz-1000Hz偏置范围：0-5V2.2系统组成及测量原理虚拟仪器的工作过程：先把由传感器变化来的电信号输入仪器的信号调理电路，经信号调理电路处理后，在经数据采集卡存入内存，整个过程由软件控制，对采集到的数据进展分析和处理。通过不同功能模块的设计，实现各种仪器的功能。如：交流电压电流表、直流电压电流表等。一般很少把传感器或来自被测系统的信号直接插入数据采集板，因为数据采集板可能会对信号产生干扰，从而影响系统操作；同时还需把信号范围控制在数据采集卡的量程之中，并要防止噪声。系统中有很多噪声源，包括传感器、电缆串音及A/D转换等都会严重影响信号质量。总之传感器的电信号必须符合数据采集卡所能承受的格式，否则就必须转换调理，调理方式包括放大、隔离、滤波、鼓励、线性化等。交流信号经过信号调理电路后送入数据采集卡，采集卡的AD局部对信号进展采样计算，然后根据测量结果断定要不要转换量程；直流信号先经过量程转换，然后才经过传感器，再送入AD进展采样计算；RCL测量是先产生488.3Hz的标准正弦波，然后标准信号经标准电阻和待测元件分压，两分压信号分别送入AD进展采样计算；对于数字示波器，由信道CH1、CH2引入的信号只是简单的经过传感器就送入采集卡的AD局部采样，然后由软件对数据进展集中处理；对于函数信号发生器，则将采集卡DA转换出来的信号经过功率放大后直接提供给用户使用。交流多功能测量由电路理论知，电压、电流的有效值为：式中，N=T/，为采样时间间隔。假设电压和电流信号的相位差，则通过功率因数cos有功功率可表示为：视在功率无功功率两个一样频率信号之间的相位差有多种测量法，如过零比较法、FFT谱分析法、正弦波参数法及相关函数分析法。后三种方法是基于软件手段的数字化算法，大量应用于以计算机为中心构成的检测系统中。相关函数分析法利用两同须正弦信号的互相关函数零时刻值与其相位差的余弦值成正比的原理获得相位差。由于噪声通常与信号不相关，因而该方法有很好的噪声抑制能力。本系统采用的就是这种方法。直流电量测量直流信号经传感器后直接送入采集卡采集数据，同时根据需要由4051选取一路信号，信号经调理后送入另一AD通道进展采样。我们对后一采集数据分析，如果原直流信号是一纯直流，则分析结果是我们找不到它的周期，这样我们把所有采集的数据进展一次平均来确定该直流的平均值；如果原直流信号含有交流分量，则经调理电路后它变为和原含有的交流信号频率一样的方波，我们可以找到它一个整周期的采样值，根据这个周期我们确定他的平均值。这样，该电路就具有测量含有交流分量的直流信号的能力。对直流信号v(t)进展连续采样，则连续信号变为离散信号序列v(0)，v(t)，……v(N-1)，直流电量的平均值为：RLC参数测量Z*为被测电阻，Rr为采样电阻，U*为频率为488.3Hz的标准正弦波信号。由此可知：另被测阻抗Z*=R*+j*，则有：式中为U*和Ur的相位差。假设阻抗Z*为电阻、电容的串联阻抗，即：则有：被测信号U*和Ur直接送入数据采集卡的A/D转换局部进展采样测量。为了能准确测量较大范围的电阻、电容和电感，我们把取样电阻Rr分为了8个量级。这样，测量RLC时就有8个量程，根本能满足教学的需要。而要准确测量RLC，我们还得准确的测量出相位差的值。在本设计中，采用交流多功能局部所述的相关函数分析法测量相位差。数字示波器CH1、CH2信道输入的信号经传感器调理后，一方面直接送入采集卡采集数据，另一方面由4051选取后，经放大、滤波、整形调理后也送入采集卡采集数据。对后一采集数据进展分析，我们可以测试出原信号的频率和周期。对前一采集数据进展分析，我们可以测试出原信号的峰值、均方根值和平均值。函数信号发生器根据实际信号我们由软件构造出它的函数模型，然后由采集卡的D/A输出相应的模拟信号，再由外部电路予以功率放大，提供给用户使用。本设计可以提供正弦波、三角波、齿波、方波和脉冲波。2.3PC-DAQ系统虚拟仪器是由计算机、硬件平台和应用软件组成的。从构成方式上讲，以数据采集卡〔或多功能卡〕配以信号调理电路为根本功能单元的虚拟仪器系统，称为PC-DAQ系统〔DAQ为DATAACQUISITION的缩写〕。对于实验室建立来说，我们可以利用现有的资源，采用PC-DAQ系统来实现电气参数测量的虚拟仪器系统的研究和开发工作。系统各组成局部功能：〔1〕传感器完成信号的获得，它将被测参量转换成相应的可用输出信号，被测参量可以是各种非电气参量，也可以是电气参量。如电力输电线高电压电网，可通过电压互感器将高电压变为100V电压、通过电流互感器将电网大电流变为5A后，仍需采用电压、电流传感器或变送器再将100V电压及5A电流分别转换成5V低电压，然后送入数据采集卡〔板〕中的A/D转换器。〔2〕信号调理来自传感器的输出信号通常是含有干扰噪声的微弱信号。因此，后面配接的信号调理电路的根本作用有两个：其一是放大，将信号放大到与数据采集卡〔板〕中的A/D转换器相适配；其二是滤波，抑制干扰噪声信号的高频分量，将频带压缩以降低采样频率，防止产生混淆。此外，根据需要还可进展信号隔离与变换等。〔3〕数据采集卡主要功能有三：其一是由衰减器和增益可控放大器进展量程自动改换；其二是有多路切换开关完成对多点多通道信号的分时采样；其三是将信号的采样值由A/D转换器转换为幅值离散化的数字量。如时间连续信号*(t)经过采样后变为离散时间序列*(n)，n=0，1,2……〔4〕计算机计算机是系统的神经中枢，它是整个测量系统成为一个智能化的有机整体，在软件导引下按规定的程序自动进展信号采集与存贮，自动进展数据的运算分析与处理，以适当形式输出、显示或记录测量结果。本系统选用双诺公司的数据采集卡AC6111，它具有16路模拟输入、2路12位D/A输出、16路可编程开关量、一路16位计数器、采集转换支持多种触发形式、AC6111采用大规模可编程门阵列设计，提高了可靠性。其主要特点、功能如下：AD局部a.16路输入，支持通道扫描及伪同时采样扫描模式〔注：伪同步模式：既模拟同步采样模式，采样被定时器或外部时钟启动后，6111以400kHz的最大速度对用户设置的一组通道采样，完毕后等待下一次启动，如此循环采样〕，支持16路单端/8路差分输入。b.12位400kHzA/D转换器，A/D内置采样保持器，多通道采集速度可以到达最大采样速度。c.模拟输入通道支持自动扫描模式，可以设置任意起始、截止通道。d.程控模拟输入范围，双极性输入幅度：5V、10V，单极性输入幅度：5V、10V输入，精度为0.1%，分辨率为1LSB。e.输入通道模式：SH/NORMAL，既：伪同步/等时间间距通道扫描模式。f.AD启动模式：软件、外部硬件触发。触发可以选择上升、下降边沿有效。g.AD定时器模式：板上16位定时器〔基准时钟4MHz〕、外部同步时钟〔OCLK〕，OCLK可以选择时钟上升或下降边沿有效。时钟触发在“SH〞模式，每个触发转换N个通道：“NORMAL〞模式，每个时钟触发转换一个通道。h.AD与计算机采用FIFO接口，容量：4K字，提供：FIFO空、半满、溢出标志。半满标志支持中断。i.采集数据支持：起始通道标志、触发标志。用户可以检测采集数据的连续性及支持预触发功能。②DA局部二路12位D/A，输出电压10V,每路输出可以分别软件设置。精度：10V:0.1%，-10V-+10V：0.2%；输出驱动能力：电流大于5mA，电容驱动能力：100p；输出建立时间：小于50S〔0.1%精度〕。开关量局部：16位开关量的二个8位可以分别设置为输入、输出。输出高电压>3V，低电压<0.4V；输出下拉电流>20mA/路，上拉>6mA；输入电流<0.1mA，输入高电压门限>2.5V；低电压<0.8V；最大输入耐压：-0.3V-+7V。④软件支持Win98、2000、*P、NT驱动。3硬件平台的构建及硬件抗干扰本章着重介绍了电工教学虚拟仪器仪表的硬件平台的构建。在设计信号调理电路过程中分析了其关键指标和重要环节，给出了局部电路设计图，并设置了工作参数。3.1交流信号的测量在进展交流电气参数测量时，要同时输入电压、电流信号，而输入信号与数据采集卡的隔离是一个优先考虑的问题。传统的方法是采用电压、电流互感器进展信号衰减、隔离，并把经过滤波之后的信号送往A/D口进展模数转换。考虑到互感器的相移特性，对其进展补偿可以得到较好的结果。我们选用星格测控技术**的传感器，根据该公司的产品手册，我们具体讲述一下所选用的传感器的使用方法。交流传感器电路毫安级精细电压互感器SPT204A，输入额定电流为2mA,输出额定电流为2mA,非线性度优于0.1%。使用时需要将电压信号变换成电流信号。F1是限流电阻，不管额定输入电压多大，调整F1的值，使额定输入电流为2mA,就满足使用条件。副边电路是电流/电压变换电路，当需要电压输出时采用。调整反响电阻R和r的值可得到所需要的电压输出。电容C1及可调电阻r是用来补偿相移的。一般R取V/0.002，r取R/10，C1取值约为65/R()，r取200k。电容C2是400至1000pF的小电容，用来防震和滤波。C1起抗干扰作用，但其数值不得大于400pF。两个反接的二极管是起保护运算放大器作用的。运算放大器使用OP07系列，使用性能较好的运算放大器较容易到达较高的精度和较好的稳定性。电阻R和F1要求精度于1%，温度系数优于50PPM，F1的功率要求有2倍的余量。精细电流互感器SCT254AK，输入额定电流为5A,额定输出电流为2.5mA，非线性度优于0.1%。调整反响电阻R和r的值可得到所需要的电压输出。电容C1及可调电阻r是用来补偿相移的。电容C2是400至1000pF的小电容，用来防震和滤波。C3起抗干扰作用，其数值不得大于400pF。两个反接的二极管是起保护运算放大器作用的。运算放大器使用OP07系列，使用性能较好的运算放大器较容易到达较高的精度和较好的稳定性。电阻R要求精度优于1%，温度系数优于50PPM。在本设计中，因为是测量交流量，所以A/D转换的最大值对应被测信号的峰值，是其有效值的倍。所以当波形不失真时，峰值5V对应的交流采样信号有效值为5/=3.536V，峰值为4.8V对应的有效值为4.8/=3.394V。为了留有余量，故在量程适当时，交流采样电压有效值应<=3.4V。假设用SPT204A设计电路，其额定输入交流电压有效值为500V，输出电压有效值为3.4V。其参数如下：确定电路参数首先要确定限流电阻F1和反响电阻R的值。首先选择初级额定电流为2mA，计算限流电阻F1=500V/2mA=250k，选F1=240k,2W。此时实际初级额定电流约为I=500V/240.11k=2.082mA(0.11k为SPT204A的初级电阻)，初级额定电流的选择并不要求很准确。反响电阻：R=3.4V/2.082mA=1.633k，选R=1.5k，另外串连一个可调电阻〔500〕进展微调。用SCT254AK设计一个额定输入电流为1A，输出电压为3.4V的电路。将互感器的输入端绕为5匝，是输入电流与输出电流之比为1A/2.5mA。设计方法与电压传感电路的参数类似。首先要确定反响电阻R的值。反响电阻：R=3.4V/2.5mA=1.36k，选R=1k,另外串连一个可调电阻r(500)进展微调。此电路经实践验证是一种较理想的信号衰减、取样方案。使用互感器在被测系统与测试系统之间传递信号，防止了直接的电流或物理连接，使系统平安得到了保证。在设计中还需要注意的问题是，互感器有同名端，同名端的端子相位一样。应用上面的电路时，互感器输出的信号应该从非同名端引入OP07的反相端。这样，经过隔离放大的信号才能与被测信号同相，否则为反相。量程自动切换量程的自动切换也就是增益的自动选择，要综合考虑被测量的数值范围，以及对测量精度、分辨率的要求诸因素来确定增益档数的设定和确定自动换挡的原则，这些都要根据具体问题而定。就本设计的电压量程切换来说，可以按以下步骤进展：〔1〕进入A/D转换器电压范围的限定，假设A/D转换器的输入电压范围是5V，电压绝对值最大不能等于Vfs，因为大于等于Vfs的电压，A/D的输出均无法区分，都是一样的“1〞，因此暂设-4.8V<=Vm<=4.8V。〔2〕增益必须换大一档的原则这可由要求的相对量化误差<=0.5%来决定，12位A/D转换器在满量程输入电压Vfs=5V时，其量化值Q为：输入A/D转换器的电压最小值Vmin必须满足相对量化误差的要求，即：故可知Vmin>0.244V，因此暂设为增益必须换大一档的准则。〔3〕根据上述换档原则设定档位例如，当电压为500V档位时，对应的A/D转换电压值为5V，则100V对应的转换电压值为Vmin>1V,故电压小于100V时应该换大一档，以此类推。同理，电流量程也可设为四个档，即1A、200mA、40mA、10mA。这个电路实际上是一个进展电压电流表量程选择的电路。运算放大器的型号是OP07，它的1号引脚和8号引脚之间用一个20k的可调电阻相连，这个可调电阻的作用是用来调节零点。当运放的输入为零时，输出不为零，将影响运放的精度，严重时使运放不能正常工作。因此，当输入为零时，调节这个可调电阻，使输出也为零。在该电路中符号J1、J2、J3和J4是表示四个继电器，他们的左端要与一个二四译码器的输出相连接，该二四译码器输入端是与数据采集卡的两个DO端口相连接。这两个DO端口是由VB的档位判断程序来控制的，其具体的控制方式我将在后面的程序设计局部讲述。这两个DO端口经译码后产生四个信号，这四个信号分别对应着J1、J2、J3、J4这四个继电器，当为相应信号的时候选中相应的继电器。一旦选中该继电器，这个继电器的线圈就会通电产生磁场吸附小铁片使开关闭合，使该条电路形成通路到达选择该量程的目的。J1这个继电器对应的是最大量程，J4这个继电器对应的则是最小的量程，其他的继电器分别对应另外两个量程。R04、R05、R06的值由于电表的量程不同而有所不同，现在我们就先以电压表的量程选择为例来计算电阻R04、R05、R06的值。输出的电压信号范围是0-3.4V，3.4V对应着该量程最大电压500V，输出电压信号为3.4V，则在最大档的这条电路中运算放大器OP07的放大倍数就是3.4/3.4=1倍。根据运算放大器的虚短虚断原理，且我们设置的接触电阻为1k,在最大输入电压3.4V的时候，接触电阻上的电压也是3.4V，而输出的电压信号是3.4V，因此对于最大量程这一档，我们不需要放大。中选择量程最大电压为100V档时，对应输入的最大电压值就是3.4乘以100/500=0.68V，则放大器的放大倍数就是3.4/0.68=5倍，接地电阻还是1k，所以R04与电位器W106之和就是4k,我们选择阻值为3.6k的电阻作为R104,可调电阻W105我们选1k。同理，对于电阻R105和R106，我们分别选择了阻值为20k和91k。信号滤波输入信号时，通常叠加有噪声和不必要的频率分量。在信号采样时，这些分量将会带来误差。输入/输出通道中，通常采用滤波器来滤除叠加在有用信号上的噪声和不必要的频率分量。滤波器分为低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器。在仪器仪表中，通常用低通滤波器。由于电阻的衰减作用，无源滤波器很难获得矩形系数好的通带特性，所以常用在要求不高的场合，如滤除信号中的高频干扰。信号缓冲我们设定的数据采集卡承受的电压范围是-5V-+5V，如果电压或者电流突变，但是量程还没有来得及改变，则就会由运算放大器高倍放大产生一个很高的电压信号输出。如果没有这个缓冲电路，则所产生的电压信号可能将数据采集卡损坏。该电路的前半局部〔LF412和510电阻〕起到了对电压进展跟随的作用，在此局部之后我们设计了一个对电压起钳位作用的电路，该电路使用了两个5.1V稳压管。这些措施有效的保护了采集卡的平安。3.2直流信号的测量在进展直流测量时，输入电压、电流信号首先经传感器隔离衰减，然后送数据采集卡的A/D口进展模数转换。直流电压的测量传感器我们采用**维博公司的WBV121E型传感器，该产品采用线性光电隔离原理，对电网或电路中的交直流电压进展实时测量，将其变换为标准的跟踪电压〔Vg〕输出。它具有交直流电压通用、高精度、高隔离、宽频响、快响应时间、低漂移、低功耗、宽温度范围等特点，适用于各种快速反响波形的电压隔离跟踪测量，特别可用于模拟量的高速数据采集系统、变频调速设备、可控硅控制设备及其他电气设备中用作跟踪电压测量。该型产品精度为0.2级，线性范围0-120%标称输入，频率响应范围DC-30kHz，温度漂移150ppm/C，供电电源15V。额定输入电压是25V，输出电压是5V。由于它的线性范围是0-120%，因此自保证精度的情况下，我们测量的电压最大可以到30V。传感器后我们设计了一个对电压起钳位作用的电路，由两个9.1V的稳压管组成，这样就可以防止当输入电压过高对采集卡造成的损坏。数字示波器调理电路与该电路共用，这样我们简化了硬件电路，节约了本钱。直流电流的测量测量电流我们还是采用该公司的产品，型号WBV121G，100mV/5V。该传感器采用接线式输入方式，通过外接分流R，传感器的量程可扩展至1A。当量程为1A时，我们需外接的分流电阻R=0.1。我们应选用温度稳定性好的金属膜电阻，同时，分流电阻R的耗散功率应预留充分余量。3.3RLC参数测量仪的设计在电工实验中，往往要对RLC的参数进展实时测量，根据测量结果断定系统的工作状态或功能。利用虚拟技术对这些参数进展测量，可以充分利用计算机的运算和控制功能，方便地实现测量方式选择、量程自动转换、自动调零、误差修正与非线性补偿，使测量精度得到提高。同时用软件代替一些硬件测量电路，可在硬件构造不变的情况下，修改软件以增加新的功能，特别是既能完成对RLC参数的测量，又可实现与计算机的连接，以满足现代测控系统的需要。因此，用虚拟技术实现对RLC参数的测量具有一定的意义。正弦波发生器本设计需要幅度、频率稳定，失真度低的基准正弦信号作为鼓励信号，用模拟方法〔如文氏桥式振荡电路〕实现的正弦波，其频率、幅度稳定性差，调节困难，采用EPROM和DAC芯片可实现高性能数字化正弦波，但电路本钱价格较高。本设计给出了一种用模拟开关代替EPROM和DAC芯片的正弦波发生电路，产生的正弦信号失真度低，频率、幅度稳定，大小调节方便、价格低廉。CD4060与电阻R1和晶振Y构成振荡器，经内局部额，在Q6端得到7812.5Hz的正方波，分频输出端Q7、Q8、Q9与异或门CD4070构成地址电路，控制八通道模拟开关CD4051的通道选择。在每个通道串入适当的电阻R1、R2……R5，以便在公共输出端M点得到按正弦函数规律变化的阶梯形电压。该电压波形经运放组成的滤波器，变为平滑的488.3Hz正弦波。RLC测量原理标准正弦波经限流电阻R9引入，为了提高测量精度，我们提供了8个档位。待测元件接在RLCin+和RLCin-之间，标准电阻为R20-R27,每个标准电阻对应一个测试档位。开场测试时，档位打在最小档J17上，我们对采集进来的数据进展分析计算，如果测得待测元件的阻值〔或容抗、感抗〕小于10倍的标准电阻，则我们认为该量程适宜，由此测得元件的参数；如果待测元件的阻值〔或容抗、感抗〕在10倍的标准电阻以外，这个时候我们换大一档，在进展测量；以此类推，直到最大档J24为止。每开场一次新的测量必须先将档位复位，以防止输出电压过高，发生危险。3.4数字接口电路量程转换信号是由计算机向数据采集卡AC6111发出的，这个信号被AC6111板卡的数字输出口送出用于控制继电器的断开和闭合。交流测量局部的16个量程转换需要16个控制信号，RLC测量局部的8个量程转换需要8个控制信号，片选芯片CD4051需要3个控制信号，而板卡的DO口只有16根数据线，因此需要对数字DO进展译码。译码电路74LS139是一个二-四译码器，也就是四选一译码器。交流测量局部一个测量通道需要四个量程切换，由真值表可以看出，2根控制线足够，16个量程的控制信号共需要8根数字信号线。当输入使能时，其中一个输出为低电平，其他三个输出为高电平。继电器开关是低电平动作，这样就可以利用74LS139从四个量程中选定一个所需的量程范围。设计时还需考虑的一个问题是，当电路刚接通时，需要保证系统总是处在最大量程，从而确保系统平安。74LS138是一个三-八译码器，也就是八选一译码器。RLC测试局部需要八个量程切换，由真值表可以看出，3根控制线足够。当输入使能时，其中一个输出为低电平，其他七个输出为高电平。继电气开关是低电平动作，这样就可以利用74LS138从八个量程中选定一个所需的量程范围。设计时必须注意，当电路接通时，需要保证系统总是处在最小量程，从而确保系统平安。CD4051B是一片选芯片。由真值表可以看出，3根控制线就可以控制8个通道的选通，这样可以在各个通道之间实现自由切换。继电器驱动在本系统中，用到HRS1H-12VDC〔汇港〕和HRS2H-S-DC12V〔汇港〕继电器进展量程转换控制，他们的额定线圈功率为200mW。由于整个系统使用了27个继电器，为求工作可靠，最好在集成电路输出端插入适当的功率驱动器件，我们选用SN74HC04和ULN2803A来实现。ULN2803A是一个反向驱动器，为了保持逻辑电平不发生改变，必须在前面使用一个六反相器SN74HC04。用于驱动外围负载的ULN2803A达林顿晶体管阵列，有8个具有OC输出电路的反相器，输入端可直接与TTL或5VCMOS电路的输出相接，输出的灌电流负载可达500mA。采集卡的DO口输出控制信号DO00和DO01，经二四译码器74LS139译码后，产生四个控制信号Q0、Q1、Q2和Q3，分别经74HC04反相后送入ULN2803A，对应的输出信号分别控制四个继电器J1、J2、J3和J4。改变控制信号DO00和DO01的输入，就可以控制相应的继电器闭合，从而到达转换量程的目的。3.5系统的硬件抗干扰措施设备的电磁兼容和屏蔽是个非常复杂的问题，它对整个系统能否正常工作有着很大的影响。实践证明，即使电路原理图设计正确，但印制电路板设计不当，外界的屏蔽措施不到位，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。因此在产品的整个设计中，应注意采用正确的方法。〔1〕布线采用平行走线可以减少导线电感，但导线之间的互感和分布电容增加，如果布局允许，最好采用井字形网状布线构造。具体做法是印制板的一面横向布线，另一面纵向布线，然后在穿插处用金属孔相连。为了抑制印制板导线之间的串扰，在设计布线时应尽量防止长距离的平行走线，尽可能拉开线与线之间的距离，信号线与地线及电源线尽可能不穿插。在一些对干扰十分敏感的信号线之间设置一根接地的印制线，可以有效地抑制串扰。尽量减少导线的不连续性，例如导线宽度不要突变，导线的拐角应大于90度，制止环状走线等。〔2〕线宽尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，他们的关系是：地线>电源线>信号线，通常信号线宽为0.2-0.3mm,最细宽度可达0.05-0.07mm,电源线为1.2-2.5mm。另外，用大面积铜层作地线用，在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。〔3〕将数字电路与模拟电路分开现在有许多PCB不再是单一功能电路〔数字或模拟电路〕，而是由数字电路和模拟电路混合构成的，因此在布线时就需要考虑他们之间互相干扰问题。数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强，因此在既有模拟电路又有数字电路的场合，应将模拟电路与数字电路尽量分开，分别提供电源和地线，这样在数字地上产生的压降不会影响到模拟输入信号。〔4〕数字电路与模拟电路的共地处理对地线来说，整个PCB对外界只有一个结点，所以必须在PCB内部进展处理数、模共地的问题。在PCB内部，数字地与模拟地有一点短接，请注意，只有一个连接点。也有在PCB上不共地的，这由系统设计来决定。〔5〕去耦电容配置在直流电源回路中，负载的变化会引起电源噪声。配置去藕电容可以抑制因负载变化而产生的噪声，是印制电路板的可靠性设计的一种常规做法。我们在每个集成电路芯片的电源线〔VCC〕和地线〔GND〕间配置一个0.01的陶瓷电容器。〔6〕外壳屏蔽为了防止外部噪声对电路板的影响，我们把整个电路板装入一个近乎密封的金属盒里，在金属盒上我们配置了外部信号接口。4程序设计虚拟仪器技术的核心是软件。之所以将数据采集卡包含在内，是因为虚拟仪器软件的开发与硬件互为依托，缺一不可。数据采集卡采集到数据并通过计算机总线传递至计算机，是数据采集程序的起点。相关板卡的正常工作，是程序运行的先决条件。虚拟仪器的软面板即监控系统的人机交互界面，图标显示及控制开关和按钮均位于其上。应用程序即在VB环境中编程，其与软面板一起组成上位机监控系统软件的源代码，设备驱动程序完成对相关硬件的驱动。4.1应用程序设计应用程序由VB6.0编写，本设计主要有数据采集模块、量程控制模块、数字滤波模块、测量计算模块、线性修正模块、相位分析模块、波形显示模块等。数据采集模块为了保证AC6111板卡能够进展高速不连续采样的同时仍能进展其它操作，供给商提供了一套新的驱动和开发包SDK2.0。该驱动使用了中断及虚拟软件采集方式，采样任务的优先级高于其他用户层〔ring3〕上运行的应用软件，用户的应用层操作将不能影响内核层〔ring0〕的任务，保证了采集程序不连续的运行。在内核中提供了了约2MWord的缓冲空间，对于AC6111最高400K的采样速率可提供约5秒的缓冲时间，用户的应用程序只要在5秒内能够及时读取内核缓冲数据，就可以保证采样的连续性。在采样的同时用户仍可进展其他IO操作，如DA、IO、计数器等。当启动采样后，AC6111采集卡即按用户设定的采样方式、速率等参数进展采样，数据按时间和通道顺序进入板载FIFO中。当板载FIFO半满时，产生中断，驱动程序响应中断，将2048个采样点写入缓冲池。用户应用程序方面随时可以查询采样状态，查看缓冲池中的数据情况，按需要读取缓冲池中的数据。由于在内核中使用了中断方式，其优先级别高于其他操作，因此可保证采集卡的采样数据完整的进入ring0层的数据缓冲。用户主要应该注意的是要在内核缓冲池溢出之前，及时读走数据。具体的编程方式提供了普通的查询方式和定时器中断采集方式共两种方式。查询方式数据采集不容易连续，易受机器中运行的相关程序干扰，适合少量数据采集。中断方式由用户查询驱动程序中软FIFO的状态，选择适宜的时机读取，可以连续采集，适合大量数据采集。当用户需要类似普通查询AD板的采样方式时，可以选取查询方式：假设用户要求在连续采集的同时，可以进展显示、存盘、计算处理等其他操作时，可以选择中断方式。本设计采用中断方式。用户设置好各个数据控制字〔AC6111_INI，设置为使用中断，不使用事件通知〕，启动AD采样〔AC6111_RUN〕，检查AC6111软件FIFO状态〔AC6111_State〕直至KFIFO中的数据满足用户的要求，读取KFIFO中的N个采样数据〔AC6111_READ_KFIFO〕，N由用户自行控制。在对采集卡设置的参数里，比较重要的有采样模式、起始终止通道、采样频率、采样点数等。〔1〕unsignedlongad_mode:AD采样模式字16位数据定义：D0：TRSL0：软件触发/1：硬件触发D1：CLKSL0：转换应用内部时钟/1：外部时钟D2：TRPOL0：触发上升边沿触发/1：下降边沿触发D3：CLKPOL0：外部时钟上升边沿触发/1：下降边沿触发D4：SAMMODE0：采样模式为NORMAL/1：SH模式〔2〕unsignedlongstart_end_chn：采样起止通道、极性选择控制字PS=[PS1,PS0]：模拟输入范围00:0-5V01:0-10V10:5V11:10VENDCH=[ENDCH3-ENDCH0]:D8-D5，采样终止通道。STCH=[STCH3-STCH0]：D3-D0，采样起始通道。〔3〕unsignedlongad_timer：采样时钟控制字Ad_timer范围10-65536,4M的时基，每个数表示0.25的时间长度。〔4〕unsignedlongkFifo_Notify_Length：内核缓冲门限通知控制字小于内核缓冲的容量，缓冲的容量2000000。〔5〕unsignedlongIrq_Enable：中断允许控制字0：制止/1：允许〔6〕unsignedlongEvent_Enable：事件通知允许控制字〔7〕HANDLEEventFifoFull：缓冲溢出事件句柄基于以上介绍，在交流多功能测量局部我们设置采集卡如下：DimFifoHard(4095)AsLongInitWord_ad_mode=0InitWord_ad_timer=40InitWord.Event=-1InitWord.Event_Enable=0InitWord.EventFifoFull=-1InitWord.Irq_Enable=1InitWord.Start_end_chn=16480InitWord.kFifo_Notify_Length=100000量程控制模块本系统设计交流参数的测量范围为电压0-500V，共四个量程：500V-100V，100V-20V，20V-5V，5-0V；电流0-1A，也有四个量程：1000mA-200mA,200mA-40mA,40mA-10mA,10-0mA。因此需要设计量程判断和控制模块。该模块使仪器总处于适合的档位，实现量程的自动转换。程序对采样数据进展粗略计算，将结果和档位参数表中的参数比较，判断信号是否在笨量程的测量范围内。假设大于此量程的上限值，则应切换到上一级档位；反之假设小于此量程的下限值，则切换到下一级档位。重复进展此过程，直到进入正确的量程。控制信号通过量程控制模块由数据采集卡的数字DO口输出到信号调理板上，控制继电器为电路调整适宜的增益值，实现量程切换，从而准确测量输入信号。改变*个通道的量程时不要影响到其他通道的量程改变，即需要把不必改变的控制位屏蔽起来。数字滤波模块数字滤波器是将输入数字序列通过一定的运算后转变为输出数字序列的数字信号处理器。与模拟滤波器相比，数字滤波器的主要优点是：〔1〕精度和稳定性高；〔2〕系统函数容易改变，因而灵活性高；〔3〕不存在阻抗匹配问题；〔4〕便于大规模集成；〔5〕可以实现多维滤波。它不仅能实现模拟处理的大局部功能，而且还能完成模拟处理由于本钱、可靠性等原因而无法具体实现的功能。可以用两种方法来实现数字滤波器：一种方法是采用通用计算机，利用计算机的存储器、运算器和控制器把滤波器所用完成的运算缩成程序通过计算机来执行，也就是采用计算机软件来实现；另一种方法是设计专用的数字硬件来实现。数字滤波器有IIR和FIR两种。从构造上看，IIR数字滤波器采用递归构造，FIR数字滤波器主要采用非递归的构造。由于无限冲激响应滤波器IIR具有无限记忆和运算项数较少的特点，所以，本设计采用他来实现。递归型滤波器的构造和它的转移函数的形式决定了它的设计方法，。设计递归滤波器就是确定滤波器的系数a*和b*，使他满足滤波器的技术指标。设计IIR数字滤波器的方法主要有两种。一种利用模拟滤波器的理论来设计；另一种是计算机辅助设计，也就是利用最优技术进展设计。本文采用的是第一种方法。它的设计步骤如下：〔1〕确定满足要求技术指标的模拟滤波器的转移函数H〔s〕〔2〕把模拟滤波器数字化利用模拟滤波器来设计数字滤波器，就是要把s平面映射到z平面，使模拟系统函数Ha(s)变换成所需的数字滤波器的系统函数H〔z〕，这种由复变量s到复变量z之间的映射关系，必须满足两条根本要求：第一，H〔z〕的频率响应要能模仿Ha(s)的频率响应，即s平面的虚轴j必须映射到z平面的单位圆e上，也就是频率轴要对应。第二，因果稳定的Ha(s)应能映射成因果稳定的H〔z〕，也就是s平面的左半平面R〔s〕<0必须映射到z平面单位圆的内部z<1。上述两个条件既保持模拟滤波器的频率特性，亦保持模拟滤波器的稳定性，所以，映射关系得到的数字滤波器频率特性和稳定性不变。方案主要有以下三种：〔1〕冲激响应不变法〔2〕阶跃响应不变法〔3〕双线性变换法冲激响应不变法设计IIR数字滤波器的主要缺点是数字滤波器的幅度响应产生混迭失真，双线性变换法可克制这个缺点，但是他却引起频率失真。双线性变换的频率标度的非线性失真可以通过预畸变的方法来补偿。模拟滤波器就按这两个预畸变了的频率和来设计。这样，用双线性变换所得到的数字滤波器便具有所希望的截止频率特性。因此，本设计采用该方法来实现。双线性变换法设计首先找出模拟滤波器的转移函数H〔s〕，然后求出对应的数字滤波器的转移函数H〔z〕。本设计采用数字巴特沃斯滤波器。巴特沃斯〔Butterworth〕滤波器的幅度响应在通带内具有最平坦的特性，并且在通带和阻带内幅度特性是单调变化的。Butterworth滤波器的极点分布有如下特点：他在s平面上共有2N个极点等角距地分布在半径为的圆上，这些极点对称于虚轴，而虚轴上无极点。N为奇数时，实轴上有两个极点；N为偶数时，实轴上无极点；各极点间的角度距为/N。数字滤波器可以通过编程实现各种不同系统，满足不同的需要，又可以随时改动系数，调整滤波器参数，选择最正确方案。线性修正模块现实中传感器的传递函数是非线性的，甚至运放和AD转换也有一定的非线性，另外一般实验所得的数据很多，而且观测数据本身带有误差，因此所求的近似曲线并不要求通过所有的给定点〔*1，Y1〕，即不要求满足=Y1〔i=1，2，……，N〕，而只要求函数y=能反映数据的根本变化趋势。由于不同类型的函数能表达不同的特性，因而常常规定在*种确定的函数类中寻求一个最好的函数拟合已给的数据〔*1,y1〕。本设计采用最小二乘曲线拟合法，该方法实际上是在离散情形下的最正确平方逼近。在仪表调试过程中，在仪表的每个量程段根据测量结果进展拟合修正，可以减少误差，提高测试精度。4.2软面板设计虚拟仪器不同于传统仪器最突出的一点就是人机界面的根本性变革，借助于计算机的强大处理功能和扩展功能，仪器变得更加易于使用。虚拟仪器面板是用户用来操作仪器，与仪器进展通讯，输入参数设置，输出结果显示的用户接口。其一般的设计原则是：〔1〕按照一定的标准设计软面板，使面板具有标准化、开放性、可移植性软面板布局分标题栏、应用区，还应提供仪器的硬件版本、软件版本信息，提供帮助信息来帮助用户熟悉仪器的功能及操作。〔2〕提供测试要求确定仪器功能根据测试任务确定每个仪器软面板的具体测试、测量功能，开关、控制等设置要求。〔3〕按照一定的美学原则设计软面板软面板的设计不仅是一个工程设计问题，还涉及到人对面板的认可和欣赏问题。面板设计时，界面要整洁，不能太复杂，按照功能进展分屏显示：显示界面不能太多，层次不能太深，以免增加操作上的难度：界面颜色搭配要合理，不要太鲜艳，以免造成视觉疲劳。设计中的美学问题只有在实践中慢慢摸索，不断提高。本设计软面板由交流多功能测试面板、直流测试面板、数字示波器面板、RLC测试面板以及函数信号发生器面板五个局部组成。由于不能同时使用以上五种测试功能，因此面板上有切换开关。当用户需要*种功能时，点击相应的切换开关，调出测试面板。每个测量信号都有过载报警，如果超过最大测量范围，界面就会跳出警告窗口，提醒用户过载。该软面板由交流多功能表A和B，频率计、相位差计，以及仪表功能切换面板共五个模块组成。在频率计模块通过选择左方的小按钮，可以切换显示任意通道的频率：在相位差模块通过选择左方的小按钮，可以切换显示任两个通道之间的相位差。在软面板下方的多功能仪表模块中，通过按钮可以切换到其他测试功能面板。通过波形显示面板，我们可以实现波形的实时显示、存储、回放等功能。在面板的上方，可以选择波形的工作方式YT和*Y，通过通道选择按钮，可以显示CH1或CH2通道的测量值，还可进展*轴、Y轴的缩放。5系统测试结果和误差分析5.1系统测试结果Agilent34401A6.5DigitMultimeter是一台高性能数字万用表，其测量特性为：直流电压误差小于100mV:0.0050%乘以读数+0.0035%乘以量程1V：0.0040%乘以读数+0.0007%乘以量程10V：0.0035%乘以读数+0.0005%乘以量程100V：0.0045%乘以读数+0.0006%乘以量程交流〔工频〕电压误差小于100mV:0.06%乘以读数+0.04%乘以量程1V-750V：0.06%乘以读数+0.03%乘以量程电阻误差小于100:0.010%乘以读数+0.004%乘以量程1k:0.010%乘以读数+0.001%乘以量程10k:0.010%乘以读数+0.001%乘以量程100k：0.010%乘以读数+0.001%乘以量程1M：0.010%乘以读数+0.001%乘以量程Fluke45DualDisplayMultimeter的测试性能为：直流电流0mA-10A:分辨率0.1-0.01A0.05%交流〔工频〕电流15-10A：分辨率0.1-0.01A0.5%GWinstekACPOWERSOURCEAPS-9501的测试性能为：输出容量：500VA输出电压：0.0-300V，0.1V/step输出电流：0-150V，4.2A；0-300V，2.1A瓦特表：0.0-360W，解析度0.1W，精细度+〔1.5%乘以读数+0.5W〕功率因数表：0.000-1.000，解析度0.001，精细度+〔2%乘以读数+0.002〕以Agilent34401A型数字表作为标准表。5.2误差分析硬件误差系统硬件的误差主要由传感器局部、运算放大电路、低通滤波电路以及数据采集卡等环节构成，其中传感器的误差为0.1%，运放和低通滤波带来的误差约为0.2%，数据采集卡带来的量化误差为0.01%。这个误差是系统所允许的。当然产生误差的还有温度漂移带来的误差，系统的零位误差等。一局部误差可以在调试时通过调整环节〔如电位器〕减小，另一局部可以通过软件对系统进展智能化处理，如对数据进展非线性校正来减小或消除误差。交流采样误差在对交流电压、电流、功率等信号进展数字化测量时，经常采用交流采样算法，所谓交流采样算法就是把交流信号转化为数据采集卡可以分析的数据范围的交流信号进展采集。主要优点是实时性好、相位失真小、便于维护。实际在前几章介绍的电气参数的处理方法时，所采用的方法就是使用交流采样法进展数据处理。在采集过程中，如果被测信号的周期是采样周期的整数倍即为同步采样，则无离散误差。但是在实际应用中很难得到理论上的采样间隔，即存在非同步采样误差。实际的交流电压信号的频率也有一定的变化，这样就加大了非同步采样误差。下面分析误差产生的原因。〔1〕电压电流有效值误差通过软件实现同步采样是相对的，存在着周期误差。设采样间隔为Ts弧度，一周期采样N个点，即定义周期误差，不等于0时存在周期误差，这时产生电压电流有效值误差，功率误差。〔2〕功率误差 误差不仅与采样点数、周