高壓數(shù)字記錄儀
[拼音]:gaoya shuzi jiluyi
[外文]:digital recorder for H.V. measurement
用于進(jìn)行高電壓測(cè)量的數(shù)字記錄儀和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。又稱(chēng)數(shù)字式瞬態(tài)記錄儀、波形存儲(chǔ)器。如果它本身配置有顯示屏幕,則稱(chēng)為數(shù)字記憶示波器。高壓數(shù)字記錄儀于1973年首次問(wèn)世,由于其優(yōu)異性能而迅速得到發(fā)展,到80年代中期已相當(dāng)廣泛地在高電壓測(cè)量中得到應(yīng)用。
結(jié)構(gòu)和工作原理
數(shù)字記錄儀一般由前置衰減器(放大器)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、存儲(chǔ)器和控制器等部分構(gòu)成,其核心是模數(shù)轉(zhuǎn)換器。常見(jiàn)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器有:
(1)掃描轉(zhuǎn)換器;
(2)電荷耦合轉(zhuǎn)換器;
(3)并行式轉(zhuǎn)換器;
(4)帶狀電子束轉(zhuǎn)換器。根據(jù)晶體時(shí)鐘的控制,模數(shù)轉(zhuǎn)換器定時(shí)地對(duì)其輸入的電壓模擬量進(jìn)行采樣和予以保持,并通過(guò)比較器進(jìn)行量化,即轉(zhuǎn)換成數(shù)值相近的二進(jìn)制數(shù),最后送入存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存,以便在需要時(shí)輸出。因而數(shù)字記錄儀取得的是相應(yīng)于輸入模擬量的按一定時(shí)間分布的離散整數(shù)序列。
技術(shù)指標(biāo)和測(cè)量誤差
最基本的技術(shù)指標(biāo)有分辨率、內(nèi)存容量和最高采樣率。分辨率是模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有的二進(jìn)制代碼的位數(shù)(比特),如8位比特,10位比特等。內(nèi)存容量是數(shù)字記錄儀所能存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的數(shù)量。最高采樣率指數(shù)字記錄儀所能達(dá)到的最快采樣速率。
數(shù)字記錄儀的測(cè)量誤差有量化誤差、采樣誤差及動(dòng)態(tài)誤差等。量化誤差是輸入模擬量信號(hào)量化為二進(jìn)制整數(shù)時(shí)所造成的誤差(見(jiàn)圖)。
分辨率為N比特的數(shù)字記錄儀,其最大量化誤差為滿(mǎn)偏值的 或記為L(zhǎng)SB(Least Significant Bit,最小有效比特)。采樣誤差是非采樣時(shí)刻的信號(hào)用鄰近的采樣點(diǎn)信號(hào)值來(lái)近似代替時(shí)所造成的誤差。如圖中所示的求輸入信號(hào)最大值所造成的采樣誤差。顯然,采樣率越高,采樣誤差越小。動(dòng)態(tài)誤差是數(shù)字記錄儀測(cè)量高速變化的信號(hào)時(shí)引入的一些附加誤差。這類(lèi)誤差往往帶有隨機(jī)性,常用等效位來(lái)表征數(shù)字記錄儀在高速信號(hào)輸入時(shí)的這種特性。當(dāng)N位數(shù)字記錄儀輸入標(biāo)準(zhǔn)的正弦電壓時(shí),在該輸入頻率下的等效位由下式?jīng)Q定:
式中理想均方根誤差是按所有采樣值擬合成的曲線進(jìn)行量化時(shí)所造成誤差的均方根值,其理論值為L(zhǎng)SB/;實(shí)測(cè)均方根誤差為各采樣值與該擬合曲線之差的均方根值。
等效位的物理意義可以解釋為具有動(dòng)態(tài)誤差的N 位(比特)的實(shí)際數(shù)字記錄儀量測(cè)的均方誤差與分辨率為位(比特)的理想數(shù)字記錄儀測(cè)量的均方誤差相同。但均方誤差相等并不意味著最大誤差相等,所以等效位指標(biāo)與量測(cè)的誤差限之間沒(méi)有直接關(guān)系。
應(yīng)用
數(shù)字記錄儀應(yīng)用于高電壓測(cè)量時(shí)首先要考慮和解決的是:
(1)設(shè)計(jì)必要的衰減器、變換器或?yàn)V波器,將高電壓、大電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成幾伏的低電壓信號(hào),或者是將高電壓隔離,僅提取出所要量測(cè)的微弱信號(hào)。
(2)數(shù)字記錄儀和聯(lián)用的微機(jī)都應(yīng)有相當(dāng)好的屏蔽和保護(hù),以確保電磁干擾水平降低到足夠小,例如,常用的電源隔離變壓器、電源濾波器、單屏蔽或雙屏蔽同軸電纜、全封閉或半封閉的金屬屏蔽殼等。
數(shù)字記錄儀在高電壓測(cè)量中的應(yīng)用有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)量測(cè)易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,加快并簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)過(guò)程,可避免儀表讀數(shù)的人為因素帶來(lái)的麻煩。
(2)數(shù)據(jù)可自動(dòng)存儲(chǔ)和處理,并可將波形或數(shù)據(jù)處理的結(jié)果通過(guò)多種方式輸出。
(3)數(shù)字記錄儀的預(yù)觸發(fā)功能不僅可在快速一次過(guò)程的量測(cè)中獲得過(guò)程后的信息,而且也可獲得過(guò)程前的信息。
(4)數(shù)字記錄儀的測(cè)量精度有的已超過(guò)傳統(tǒng)測(cè)量手段。通過(guò)數(shù)據(jù)處理方法還有可能消除測(cè)量系統(tǒng)引入的某些誤差,進(jìn)一步提高精度。
鑒于以上原因,高壓數(shù)字記錄儀已應(yīng)用于工頻、沖擊的高電壓、大電流的幅值測(cè)量、波形測(cè)量、頻譜分析、相關(guān)分析、絕緣示傷及局部放電定位等方面,并將越來(lái)越多地代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測(cè)量方法,開(kāi)辟更廣闊的測(cè)量領(lǐng)域。
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標(biāo)簽:高壓數(shù)字記錄儀
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