數(shù)字電壓表（Digital Voltmeter，DVM）是一種用于精確測量電壓并以數(shù)字形式顯示測量結(jié)果的電子測量儀器。以下是其詳細(xì)介紹：

工作原理

數(shù)字電壓表的核心是模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），它將輸入的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后由微處理器進(jìn)行處理和顯示。常見的轉(zhuǎn)換原理有以下幾種：

· 逐次逼近型：通過將輸入電壓與內(nèi)部的參考電壓進(jìn)行逐次比較，從高位到低位依次確定數(shù)字量的每一位，最終得到與輸入電壓對應(yīng)的數(shù)字代碼。這種方法轉(zhuǎn)換速度較快，精度較高，適用于一般精度要求的測量。

· 雙積分型：先對輸入電壓進(jìn)行固定時間的積分，然后再對已知的參考電壓進(jìn)行反向積分，通過測量反向積分的時間來計(jì)算輸入電壓的值。雙積分型數(shù)字電壓表抗干擾能力強(qiáng)，但轉(zhuǎn)換速度相對較慢，常用于對精度要求較高且測量環(huán)境存在一定干擾的場合。

· 流水線型：采用多個級聯(lián)的子 ADC，將輸入電壓進(jìn)行分級轉(zhuǎn)換，每個子 ADC 負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換一部分電壓范圍，從而實(shí)現(xiàn)高速、高精度的轉(zhuǎn)換。這種類型的數(shù)字電壓表適用于對高速信號的測量。

結(jié)構(gòu)組成

· 輸入電路：用于連接被測電壓源，對輸入電壓進(jìn)行預(yù)處理，包括量程轉(zhuǎn)換、阻抗匹配、濾波等功能，以確保輸入到 ADC 的電壓信號符合其工作要求。

· 模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換電路：是數(shù)字電壓表的核心部分，將經(jīng)過預(yù)處理的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

· 微處理器：對轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行處理、運(yùn)算和分析，例如進(jìn)行誤差校正、量程判斷、數(shù)據(jù)存儲等操作，并控制顯示電路顯示測量結(jié)果。

· 顯示電路：通常采用液晶顯示屏（LCD）或發(fā)光二極管顯示屏（LED），以清晰、直觀的數(shù)字形式顯示測量得到的電壓值。有些數(shù)字電壓表還具備背光功能，方便在不同光照條件下查看測量結(jié)果。

性能指標(biāo)

· 精度：衡量數(shù)字電壓表測量準(zhǔn)確性的指標(biāo)，通常以滿量程的百分比或讀數(shù)的百分比加上一定的固定誤差來表示。例如，精度為 0.1% FS + 2 個字，表示滿量程誤差為 0.1%，同時在每個測量值上還可能有 ±2 個字的誤差。高精度的數(shù)字電壓表可用于校準(zhǔn)其他測量儀器或在對電壓精度要求高的科研、計(jì)量等領(lǐng)域中使用。

· 分辨率：指數(shù)字電壓表能夠分辨的最小電壓變化量，通常與 ADC 的位數(shù)有關(guān)。例如，12 位 ADC 的數(shù)字電壓表，其分辨率為滿量程的 1/4096。分辨率越高，能夠測量到的電壓變化就越細(xì)微，適用于測量微小電壓信號或需要精確測量電壓變化的場合。

· 測量速度：表示數(shù)字電壓表每秒能夠進(jìn)行測量的次數(shù)。測量速度對于不同的應(yīng)用場景有不同的要求，例如在快速變化的電壓信號測量中，需要較高的測量速度以捕捉電壓的瞬態(tài)變化；而對于一些相對穩(wěn)定的電壓測量，測量速度要求則相對較低。

· 輸入阻抗：數(shù)字電壓表的輸入阻抗應(yīng)盡可能高，以減少對被測電路的影響。高輸入阻抗可以避免從被測電路中吸取過多的電流，從而保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，尤其在測量高內(nèi)阻電源或微弱電壓信號時，高輸入阻抗更為重要。

應(yīng)用領(lǐng)域

· 電子電路測試：在電子電路的設(shè)計(jì)、調(diào)試和維修過程中，數(shù)字電壓表是不可少的工具。它可以用于測量電源電壓、電路中各點(diǎn)的電位差、元件兩端的電壓等，幫助工程師和技術(shù)人員判斷電路是否正常工作，查找故障原因。例如，在調(diào)試音頻放大器電路時，使用數(shù)字電壓表可以精確測量各級放大器的工作電壓，確保其工作在合適的狀態(tài)，以獲得良好的音頻放大效果。

· 工業(yè)自動化控制：在工業(yè)生產(chǎn)過程中，數(shù)字電壓表常用于監(jiān)測各種工業(yè)設(shè)備的電壓參數(shù)，如電機(jī)、變頻器、傳感器等的供電電壓。通過實(shí)時測量電壓，可及時發(fā)現(xiàn)電壓異常情況，如過電壓、欠電壓等，從而采取相應(yīng)的保護(hù)措施，避免設(shè)備因電壓問題而損壞，保證工業(yè)生產(chǎn)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。例如，在自動化流水線上，數(shù)字電壓表可以監(jiān)測各個工位的電源電壓，一旦發(fā)現(xiàn)電壓波動超出允許范圍，系統(tǒng)可以立即發(fā)出報警信號并停止相關(guān)設(shè)備，以防止產(chǎn)品質(zhì)量問題或設(shè)備故障。

· 電力系統(tǒng)測量：在電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電和配電環(huán)節(jié)中，數(shù)字電壓表用于測量各種電壓等級的電力設(shè)備和線路的電壓。例如，在發(fā)電廠中，用于測量發(fā)電機(jī)的輸出電壓；在變電站中，用于監(jiān)測母線電壓、變壓器繞組電壓等。準(zhǔn)確的電壓測量對于電力系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)控、調(diào)度管理以及繼電保護(hù)等方面都具有重要意義，有助于保障電力系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行。