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数字万用表

数字万用表是目前最常用的一种数字仪表。其主要特点是准确度高、解析度强、测试功能完善、测量速度快、显示直观、过滤能力强、耗电省，便于携带。进入 90 年代以来，数字万用表在我国获得迅速普及与广泛使用，已成为现代电子测量与维修工作的必备仪表，并正在逐步取代传统的模拟式（即指针式）万用表。 万用表（图7） 数字万用表亦称为数字多用表（DMM），其种类繁多，型号各异。每个电子工作者都希望有一块较理想的数字万用表。选择数字万用表的原则很多，有时甚至会因人而异。但对于手持式（袖珍式）数字万用表而言，大致应具备以下特点：显示清晰，准确度高，分辨力强，测试范围宽，测试功能齐全，抗干扰能力强，保护电路比较完善，外形美观、大方、操作简便、灵活、可靠性好，功耗较低，便于携带、价格适中等等。 数字万用表的主要指标、显示位数及显示特点 数字万用表的显示位数通常为3 1/2位～8 1/2位。判定数字仪表的显示位数有两条原则：其一是，能显示从0－9中所有数字的位数是整位数；其二是，分数位的数值是以最大显示值中最高位数字为分子，用满量程时计数值为2000 ，这表明该仪表有3个整数位，而分数位的分子是1，分母是2，故称之为3 1/2位，读作“三位半”，其最高位只能显示 0 或1（0 通常不显示）。3 2/3位（读作“三又三分之二位”）数字万用表的最高位只能显示0～2的数字，故最大显示值为±2999。在同样情况下，它要比3 1/2位的数字万用表的量限高50%，尤其在测量380V 的交流电压是很有价值。 普及型数字万用表一般属于3 1/2位显示的手持式万用表，4 1/2，5 1/2位（6位以下）数字万用表分为手持式、台式两种。6 1/2位以上大多属于台式数字万用表。 万用表（图8） 数字万用表采用先进的数显技术，显示清晰直观、读书准确。它既能保证了读数的客观性，又符合人们的读数习惯，能够缩短读数或记录时间。这些优点是传统的模拟式（即指针式）万用表所不具备的。 准确度（精度） 数字万用表的准确度是测量结果中系统误差与随机误差的综合。它表示测量值与真值的一致程度，也反映测量误差的大小。一般讲准确度愈高，测量误差就愈小，反之亦然。 数字万用表的准确度远优于模拟指针万用表。万用表的准确度是一个很重要的指标，它反映万用表的质量和工艺能力，准确度差的万用表很难表达出真实的值，容易引起测量上的误判。 分辨力（解析度） 数字万用表在最低电压量程上末位1个字所对应的电压值，称作分辨力，它反映出仪表灵敏度的高低。数字数字仪表的分辨力随显示位数的增加而提高。不同位数的数字万用表所能达到的最高分辨力指标不同。 数字万用表的分辨力指标亦可用解析度来显示。解析度是指仪表能显示的最小数字（零除外）与最大数字的百分比。 需要指出，解析度与准确度属于两个不同的概念。前者表征仪表的“灵敏性”，即对微小电压的“识别”能力；后者反映测量的“准确性”，即测量结果与真值的一致程度。二者无必然的联系，因此不能混为一谈，更不得将分辨力（或解析度）误以为是类似于准确度则取决于仪表内部 A/D 转换器、功能转换器得综合误差以及量化误差。从测量角度看，分辨力是“虚”指标（与测量误差无关），准确度才是“实”指标（它决定测量误差得大小）。因此，任意增加显示位数来提高仪表分辨力得方案是不可取得。 万用表（图9） 测量范围 在多功能数字万用表中，不同功能均有其对应得可以测量得最大值和最小值。 测量速率 数字万用表每秒钟对被测电量的测量次数叫测量速率，其单位是“次/s”。它主要取决于 A/D 转换器的转换速率。有的手持式数字万用表用测量周期来表示测量的快慢。完成一次测量过程所需要的时间叫测量周期。 测量速率与准确度指标存在着矛盾，通常是准确度愈高，测量速率愈低，二者难以兼顾。解决这一矛盾可在同一块万用表设定不同的显示位数或设定测量速度转换开关：增设快速测量档，该档用于测量速率较快的 A/D 转换器；通过降低显示位数来大幅度提高测量速率，此法套用的比较普通，可满足不同用户对测量速率的需要。 万用表（图10） 输入阻抗 测量电压时，仪表应具有很高的输入阻抗，这样在测量过程中从被测电路中吸取的电流极少，不会影响被测电路或信号源的工作状态，能够减少测量误差。 测量电流时，仪表应该具有很低的输入阻抗，这样接入被测电路后，可尽量减小仪表对被测电路的影响，但是在使用万用表电流档时，由于输入阻抗较小，所以较容易烧坏仪表，请用户在使用时注意。 数字万用表的分类 数字万用表按照量程转换方式来分类，可划分成三种类型：手动量程（MAN RANGZ），自动量程（AUTO RANGZ），自动/手动量程（AUTO/MAN RANGZ ）。 根据功能、用途及价格的不同，数字万用表大致可分为9大类：低档数字万用表（亦称普及型数字万用）、中档数字万用表、中/高档数字万用表、数字/模拟混合式仪表，数字/模拟图双显示的仪表、万用示波表（将数字万用表、数字存储示波器等动能集于一身）。 万用表（图11） 数字万用表的测试功能 数字万用表不仅可以测量直流电压（DCV）、交流电压（ACV），直流电流（DCA）、交流电流（ACA）、电阻（Ω）、二极体正向压降（VF）、电晶体发射极电流放大系数（hrg）、还能测电容量（C）、电导（ns）、温度（T）、频率（f），并增加了用以检查线路通断的蜂鸣器档（BZ）、低功率法测电阻档（L0Ω）。有的仪表还具有电感档、信号档、AC/DC自动转换功能，电容档自动转换量程功能。 数型数字万用表大多增加了下述新颖实用的测试功能：读数保持（HOLD）、逻辑测试（LOGIC）、真有效值（TRMS）、相对值测量（RELΔ）、自动关机（AUTO OFF POWER）等。 数字万用表的抗干扰能力 简单的数字万用表普遍采用积分式A/D转换原理，只要选择正向积分时间恰好等于串桢干扰信号周期的整倍数，就能有效地抑制串桢干扰。这是因为串桢干扰信号在正向积分阶段被平均掉的缘故。中、低档数字万用表的共桢抑制比（CMRR）可达86～120dB。 万用表（图12） 数字万用表的发展趋势 集成化：手持式数字万用表采用单片 A/D 转换器，外围电路比较简单，只需少量辅助晶片和元器件。随着单片数字万用表专用晶片不断问世，使用一片IC即可构成功能比较完善的自动量程数字万用表，为简化设计和降低成本创造了有利条件。 功耗低：新型数字万用表普遍采用CMOS大规模积体电路的A/D转换器，整机功耗很低。 普通万用表与数字万用表的优缺点对比： 指针式与数字式万用表各有优缺点。 指针万用表是一种平均值式仪表，它具有直观、形象的读数指示。（一般读数值与指针摆动角度密切相关，所以很直观）。 数字万用表是瞬时取样式仪表。它采用0.3秒取一次样来显示测量结果，有时每次取样结果只是十分相近，并不完全相同，这对于读取结果就不如指针式方便。指针式万用表一般内部没有放大器，所以内阻较小。 万用表（图13） 数字式万用表由于内部采用了运放电路，内阻可以做得很大，往往在1M欧或更大。（即可以得到更高的灵敏度）。这使得对被测电路的影响可以更小，测量精度较高。 指针式万用表由于内阻较小，且多采用分立元件构成分流分压电路。所以频率特性是不均匀的（相对数字式来说），而数字式万用表的频率特性相对好一点。　指针式万用表内部结构简单，所以成本较低，功能较少，维护简单，过流过压能力较强。 数字式万用表内部采用了多种振荡，放大、分频保护等电路，所以功能较多。比如可以测量温度、频率（在一个较低的范围）、电容、电感，做信号发生器等等。 数字式万用表由于内部结构多用积体电路所以过载能力较差，损坏后一般也不易修复。数字式万用表输出电压较低（通常不超过1伏）。对于一些电压特性特殊的元件的测试不便（如可控矽、发光二极体等）。指针式万用表输出电压较高。电流也大，可以方便的测试可控矽、发光二极体等。 对于初学者应当使用指针式万用表，对于非初学者应当使用两种仪表。

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使用注意

1、在使用万用表之前，应先进行“机械调零”，即在没有被测电量时 ，使万用表指针指在零电压或零电流的位置上。 万用表（图16） 2、在使用万用表过程中，不能用手去接触表笔的金属部分 ，这样一方面可以保证测量的准确，另一方面也可以保证人身安全。 3、在测量某一电量时，不能在测量的同时换档，尤其是在测量高电压或大电流时 ，更应注意。否则，会使万用表毁坏。如需换档，应先断开表笔，换档后再去测量。 4、万用表在使用时，必须水平放置，以免造成误差。同时， 还要注意到避免外界磁场对万用表的影响。 5、万用表使用完毕，应将转换开关置于交流电压的最大档。如果长期不使用 ，还应将万用表内部的电池取出来，以免电池腐蚀表内其它器件。

基本功用

万用表不仅可以用来测量被测量物体的电阻，交直流电压还可以测量直流电压。甚至有的万用表还可以测量电晶体的主要参数以及电容器的电容量等。充分熟练掌握万用表的使用方法是电子技术的最基本技能之一。常见的凳闹万用表有指针式万用表和数字式万用表。指针式多用表是一表头为核心部件的多功能测量仪表，测量值由表头指针指示读取。数字式万用表的测量值由液晶显示屏直接以数字的形式显示，读取方便，有些还带有语音提示功能。万用表是公用一个表头，集电压表、电流表和欧姆表于一体的仪表。 万用表（图1） 万用表的直流电流档是多量程的直流电压表。表头并联闭路式分压电阻即可扩大其电压量程。万用表的直流电压档是多量程的直流电压表。表头串联分压电阻即可扩大其电压量程。分压电阻不同，相应的量程也不同。万用表的表头为磁电系测量机构，它只能通过直流，利用二极体将交流变为直流，从而实现交流电的测量。

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操作规程

1、使用前应熟悉万用表各项功能，根据被测量的对象，正确选用档位、量程及表笔插孔。 万用表（图15） 2、在对被测数据大小不明时，应先将量程开关，置于最大值，而后由大量程往小量程档处切换，使仪表指针指示在满刻度的1/2以上处即可。 3、测量电阻时，在选择了适当倍率档后，将两表笔相碰使指针指在零位，如指针偏离零位，应调节“调零”旋钮，使指针归零，以保证测量结果准确。如不能调零或数显表发出低电压报警，应及时检查。 4、在测量某电路电阻时，必须切断被测电路的电源，不得带电测量。 5、使用万用表进行测量时，要注意人身和仪表设备的安全，测试中不得用手触摸表笔的金属部份，不允许带电切换档位开关，以确保测量准确，避免发生触电和烧毁仪表等事故。

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