万用表从指针到数字显示历经半个多世纪的发展,已经成为电工,电子必不可少的测量工具。 随着工业和科技进步,现在的测试环境发生了翻天覆地的变化。交流变频调速,开关电源,电子控制器的广泛应用,数据网络的形成无疑都对测试提出更高的要求。指针和数字万用表只能提供测量结果与数据,无法直观区别信号和噪声的瞬间特性,无法显示在电路中非正弦信号的动态及干扰信号的严重程度,就无法对引起故障的根本原因作出分析。过去为了解决这个问题,不得不搬用昂贵而笨重的示波器出场,这对许多现场测试是不现实的。
“视波表”顾名思意,就是看到波形的表,视波表的波形再现与传统示波器有着根本的不同;示波器主要用来进行波形分析和波形记录,注重频率响应宽范围,其测量精度以dB为单位,准确性比较低,操作相对要繁杂许多;而视波表强调测量功能的准确性,波形再现仅是现场故障诊断的辅助手段,所有测量参数都以数码形式显示出来,结果更直观。
电子电路的成熟和大规模集成电路的出现,为万用表能够看到被测信号的波形提供了可行的条件。下面就VC301真有效值数显视波表和ET521A现场故障自动视波表的设计原理与功能介绍如下:
大家知道,数字万用表是采用采样速率2~3次/秒的双积分式A/D,其优点是,测量分辨率高,抗干扰能力强,成本低廉,外围电路简单成熟。缺点是不能采集波形。而高速多路A/D芯片和双积分A/D共同组成视波万用表电路,一方面改善传统数字万用表采样速率较低的不足,同时将被测信号的波形也通过高速A/D取样,送到CPU进行处理,最后将测试结果以数码方式显示和波形再现出来。
以VC301为例,输入电路采用并联分压方式,从300mV到600V量程分别在各自的分压电阻上并联不同的补偿电容。以使被测信号能够展宽到20kHz。 其它功能转换电路如真有效值测量,电阻测量,温度测量,电容测量等同传统数字万用表一样,在此不再重复。
被测信号经功能转换电路后,一路送双积分A/D 转为数字信号给CPU处理,显示测量数据;另一路经缓冲电平转换电路送采样速率44kSa/S的高速A/D,高速A/D 对被测信号波形进行一个周期内超过20个点的采样,经CPU运算还原出被测波形的形状,由128X64的LCD显示出来。
VC301采用ES7真有效值转换器,使得非正弦波信号测量得以实现,加上20kHz模拟带宽电路,在音频范围内,可以进行准确的测量;在观测波形方面,由于高速A/D采样速率的限制,只能观察到约2kHz以内的信号波形。适合工频范围内如变频电源,可控硅整流电路及机电设备控制电路的检测。
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