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数字万用表的校准方法数字万用表的校准方法 王敬喜 深圳市计量检测研究院 王敬喜 深圳市计量检测研究院 主要内容主要内容 一、数字万用表的使用 二、数字万用表校准依据、项目及方法 三、标准器5520A的使用方法 四、不确定度的意义 五、实际操作 一、数字万用表的使用 二、数字万用表校准依据、项目及方法 三、标准器5520A的使用方法 四、不确定度的意义 五、实际操作 一、数字万用表的使用方法一、数字万用表的使用方法 1.数字万用表的概述数字万用表的概述 数字方用表一般具有交流电压、直流电压、交流电流、直流 电流、电阻等主要功能，除此之外还具有电容测量、频率测量、 温度测量、二极管正向导通、三极管放大倍数及性能测量、数据 记忆及语音报数等功能，给实际检测工作带来很大的方便。 1.液晶显示器：显示仪表测量的数 值； 2.保持开关：按下此功能，仪表当前 所测数值保持，屏幕上并出现“H”符 号，再次按下弹起， “H”符号消失， 退出保持功能状态； 3.旋钮开关：用于改变测量功能及量 程； 4.电压，电阻插座； 5.公共地及电容，溫度“_”极插座； 6.电容，溫度“+”极及小于400mA电流 测试插座； 7.10A电流测试插座。 2.数字万用表操作面牌说明数字万用表操作面牌说明 3、数字万用表常见术语3、数字万用表常见术语 (1)、示值误差(1)、示值误差 测量结果Xt与被测量真值Xo之差值为测量器具的示值误差。 由于真值是不可知，故使用约定真值（即标准值）Xr替代真值。 绝对误差：示值Xt与约定真值Xr之差值。表示为： （绝对示值的单位与输入量相同） 相对误差：绝对误差与被测量真值Xr之比。表示为： （相对示值误差为无量纲数） 引用误差：绝对误差与测量范围上限（或满量程)Xm之比。 表示为: 数表常用的误差表现形式(略) (2)、线性误差(2)、线性误差 测量仪器输入输出特性实际曲线与理想直线的偏差为线性误差。 rt XXX= r rt X XX = m rt X XX = 3、数字万用表常见术语3、数字万用表常见术语 (3)、重复性（与复现性区别）(3)、重复性（与复现性区别） 在相同测量条件下，测量器具对重复使用相同的被测量提供 非常接近的示值的能力。相同的测量条件包括：相同的测试程序、 相同的观测者、在相同条件下使用相同的测量设备、相同的地点 和在短时间内进行重复测量。 (4)、稳定性（冠以时间概念:1年、24h、5min）(4)、稳定性（冠以时间概念:1年、24h、5min） 测量器具保持其计量特性恒定的能力。可以用计量特性变化 到某个规定的量所经过的事件表示，也可以用在规定时间内所发 生的变化表示。 (5)、分辨力 （有单位）(5)、分辨力 （有单位） 测量仪器能显示出的被测量的最小增量。 与灵敏度区别（没有单位）：可以探测出的被测信号的最小 变化量。仪器的最终灵敏度取决于其分辨率和最低测量量程。 3、数字万用表常见术语3、数字万用表常见术语 (6)、响应时间(6)、响应时间 按规定的量值对测量仪器施加激励到响应达到并保持在规定误差范 围内所需要的时间。 (7)、复现性 。 (7)、复现性 在变化的测量条件下，测量器具对同一被测量的测量结果之间的一致性。 (8)、输入阻抗(8)、输入阻抗 在工作状态下，测量仪器输入端所呈现的阻抗值，他不含零电流和 偏置电流的影响。 (9)、输入零电流(9)、输入零电流 在工作状态下，在输入信号为零时，测量仪器的输入电路中有仪器内 部电路引起的电流。 (10)、串模抑制比和共模抑制比(10)、串模抑制比和共模抑制比 串模抑制比：仪器抑制或衰减高、低输入端之间出现噪声的能力。 共模抑制比：仪器抑制高、低输入端与机箱地之间出现噪声的能力。 (11)、波峰因数 。 (11)、波峰因数 波峰因数可定义为： 波峰因数 = 波形峰值/波形有效值。 在正弦波条件下： 波峰因数 =1.414 3、数字万用表常见术语3、数字万用表常见术语 (12)、有效值与真有效值(12)、有效值与真有效值 右图 一个电流两种读数，你 相信哪个？图中的回路为一 个有畸变电流的非线性负载 供电。真有效值卡钳式电流 表（左）上的读数是正确 的，而平均值卡钳式电流表 的读数（右）比正确值要低 32%。 3、数字万用表常见术语3、数字万用表常见术语 上图所示为同一回路上的两种卡钳式电流表的读数差别。两 个测量仪都运行正常，且按照生产厂家的要求进行了校准，主要 的差别就在于测量方法的不同。 左边的电流表是真有效值测量仪，右边的是按有效值校准的 平均值测量仪。在很好的理解它们差异所在之前必须首先了解有 效值的确切含义。 有效值：交流电流的有效值（RMS）等于在同一电阻性负载 回路中，与其产生等热量的直流电流的大小。产生的热量和电流 平方的平均值成正比，也就是说电流值和这个平方的平均值开方 后的值也就是有效值成正比。 3、数字万用表常见术语3、数字万用表常见术语 对于如右图所示的纯正 弦波，有效值是峰值的0.707 倍（或者说峰值是有效值的 即1.414倍）。换句话说，有 效值为1安培的纯正弦波电流 的峰值电流为1.414安培。如 果波形值仅仅被简单的平均 （对半个负波形取反），平 均值就是峰值的0.636倍，或 是有效值的0.9倍。右图所示 为这两个重要的比例关系。 波峰因数=峰值/有效值 =1.414 波形因数=有效值/平均值 =1.111 3、数字万用表常见术语3、数字万用表常见术语 在测量一个纯正弦波（仅限于纯正弦波）时，简单的测出平 均值（0.636倍峰值），再乘以波形因数1.111（即0.707倍峰值） 所得到的数值是完全正确的，这个数值也被称为有效值。这种方 法被广泛用于所有的模拟测量仪（此时平均值是靠线圈运动的惯 性和阻尼作用来实现的）和所有旧式、仪表和大多数电流表数字 万用表上。这种技术被称为“平均读数，按有效值校准”的测量方 法。 3、数字万用表常见术语3、数字万用表常见术语 问题是这种测量方法只 适用于纯正弦波，而在现实 的电气装置中根本不存在纯 正弦波。如右图所示的波形 图是一个接入个人电脑后所 产生的典型电流波形图。方 均根值仍然是1安培，但是峰 值要明显高于纯正弦波时的 峰值，为2.6安培。同时平均 值则小得多，为0.55安培。 3、数字万用表常见术语3、数字万用表常见术语 如果这个波形用“平均读数，按有效值校准”的测量仪进行测 量，它的读数为0.61安培，比真有效值（1安培）少了将近40%。 两种仪器在测量时的工作原理： 按有效值校准的平均值测量仪工作时, 先采集输入电流瞬时 值的平均值，最后显示这个平均值的平方根值。 真有效值仪表工作时，先采集输入电流的瞬时值平方，按时 间取平均值，最后显示这个平均值的平方根值。（完全按照有效 值的定义来设计仪器在测量时的采样规则，所以才叫真有效值） 3、数字万用表常见术语3、数字万用表常见术语 值得注意的是尽管两种仪表在测量失真波形的时候读数不 同，而它们在测量纯正弦波时却读数一致。这个状态（就是两种 测量仪的校准状态，因而两个测量仪都可以看作为已经校准过了） 仅限用于正弦波。 （13）数字万用表位数的含义（13）数字万用表位数的含义 显示位数通常为31/2位、41/2位、51/2位、61/2位、71/2位、 81/2位共6种。判定数字仪表的位数有两条原则：能显示09所 有数字的位是整数位；分数位的数值是以最大显示值中最高位 数字为分子，用满量程时最高数字作分母。例如，某数字仪表的 最大显示值为1999，满量程计数值为2000，这表明该仪表有3个整 数位，而分数位的分子为1，分母是2，故称之为31/2位，读作三 位半。 （14）频率响应：频率响应：表示在某一校准点输入交流电压的误差随频率变 化的关系。即保持交流输入信号电压值不变，交流电压表的准确 度随频率变化的关系。 4、数字电压表及电流表的等效电路图 电压表等效电路图 电流表等效电路图 4 电压源及电流源的等效电路图 电压源等效电路图 电流源等效电路图 is R 1 i u + - us R i u (1)、电压的测量(1)、电压的测量 A A、直流电压的测量、直流电压的测量 首先将黑表笔插进“com”端，红表笔插进“V ”端。把旋 钮选到比估计值大的量程（注意：表盘上的数值均为最大量 程，“V”表示直流电压档，“V”表示交流电压档，“A”是电流 档），接着把表笔接被测两端，保持接触稳定。数值可以直接 从显示屏上读取，若显示为“1.”，则表明量程太小，那么就要加 大量程后再测量。如果在数值左边出现“-”，则表明表笔极性与 实际电源极性相反，此时红表笔接的是负极。 B、交流电压的测量B、交流电压的测量 表笔插孔与直流电压的测量一样，不过应该将旋钮打到交 流档“V”处所需的量程即可。交流电压无正负之分，测量方法 跟前面相同。 5.数字万用表的使用5.数字万用表的使用 5.数字万用表的使用5.数字万用表的使用 （2）、电流的测量 A、直流电流的测量 （2）、电流的测量 A、直流电流的测量 先将黑表笔插入“COM”孔。若测量大于400mA的电流，则要将 红表笔插入“10A”插孔并将旋钮打到直流“10A”档；若测量小于 400mA的电流，则将红表笔插入 “400mA”插孔，将旋钮打到直流 400mA以内的合适量程。调整好后，就可以测量了。将万用表串进 电路中，保持稳定，即可读数。若显示为“1.”，那么就要加大量 程；如果在数值左边出现“-”，则表明电流从黑表笔流进万用表。 B、交流电流的测量B、交流电流的测量 测量方法与A相同，不过档位应该打到交流档位。 5.数字万用表的使用5.数字万用表的使用 （3）、电阻的测量（3）、电阻的测量 将表笔插进“COM”和“V”孔中，把旋钮打旋到“”中 所需的量程，用表笔接在电阻两端金属部位，测量中可以用手接 触电阻，但不要把手同时接触电阻两端，这样会影响测量精确度 的（人体是电阻很大但是有限大的导体）。读数时，要保持表笔 和电阻有良好的接触；注意单位：在“200”档时单位是“”， 在“2K”到“200K“档时单位为 “K ”，“2M”以上的单位是 “M”。 6.数字万用表使用的注意事项6.数字万用表使用的注意事项 (1)使用之前应仔细阅读数字万用表的说明书，熟悉电源开关、 功能及量程转换开关、功能键(如读数保持键、峰值保持键、交流 直流选择键、真有效值功能键、相对值功能键、存储键)、输入 插孔、专用插口(例如晶体管插口hFE，电容器插座CAP或Cx，测 温传感器插座TEMP)、旋钮(如手动调零电容挡的零位调节旋钮 ZERO ADJ，自动调零电容挡无此旋钮)、仪表附件(如测温探头、 高压探头、高频探头)的作用。此外，还应了解仪表的极限参数， 出现过载显示、极性显示、低电压指示、其他标志符显示以及声 光报警的特征，掌握小数点位置的变化规律。测量前，尚需仔细 检查表笔有无裂痕，引线的绝缘层有无破损，表笔位置是否插 对，以确保操作人员的安全。 (2)数字万用表的准确度指标仅在标准条件下才有效，通常环境温 度为235(即1828)，相对湿度RH80。实际使用时不 得超出规定的使用条件，一般为040，RH85。 6.数字万用表使用的注意事项6.数字万用表使用的注意事项 (3)只有在装好电池和熔丝管并且盖好电池盖之后，才允许进行测量。 (4)刚开始测量时仪表会出现跳数现象，应等显示值稳定后再读数。 (5)尽管数字万用表内部有比较完善的保护措施，仍要尽量避免出现 操作上的误动作例如用电流挡去测电压，用电阻挡去测电压或 电流，用电容挡去测带电的电容器等，以免损坏仪表. (6)测量之前必须明确现在要测什么和怎样测法，然后选择相应的测 量项目及合适的量程。每一次拿起表笔准备测量时，务必再核对 一下测量项目及量程开关是否拨对位置，输入插孔(或专用插口) 是否选对。对于自动转换量程式数字万用表亦应注意不得按错 功能键，输入插孔亦不要搞错。 6.数字万用表使用的注意事项6.数字万用表使用的注意事项 (7)禁止在高温、阳光直射、潮湿、寒冷、灰尘多的环境下使用或存 放数字万用表，以免损坏液晶显示器和其他元器件。液晶屏长期 处于高温环境下，表面会发黑，造成水久性损坏。潮湿环境则容 易造成集成电路、印制板的漏电使测量误差明显增大，甚至引 发其他短路故障。应当在清洁、干燥、环境温度适宜、无外界强 电磁场干扰、没有震动和冲击的条件下使用仪表。 (8)由于液晶显示器本身不发光，只能反射外界的光线，因此不便于 夜间观察读数。但对于某些数字万用表(如VC97型、Fluke87型)， 只要开启背光源，读数就清晰可见。 (9)有些数字万用表（如DT840D、DT1000）型具有自动关机功能，当 仪表停止使用或停留在某一挡位的时间超过15min时，能自动切断 主电源，使仪表进入低功耗的备用状态。此时仪表不能继续测 量，必须按动两次电源开关，才可恢复正常。对于这类仪表，使 用过程中发现LCD突然消隐，证明仪表进入备用状态，而并非出现 故障。 6.数字万用表使用的注意事项6.数字万用表使用的注意事项 (10)假如事先无法估计被测电压(或电流)的大小，应先拨至最高 量程试测一次，再根据情况选择合适的量程。 (11)测量完毕，应将量程开关拨至最高电压挡，防止下次开始测 量时不慎损坏仪表。 (12)倘若仅最高位显示数字“1”，其他位均消隐，证明仪表已发 生过载，应选择更高的量程。 (13) 数字万用表均可自动转换量程，有的还能选择手动量程方式。 此类仪表的测量过程较长，自动化程度较高。当被测电量较小 时，一般是从最高量程开始测量，然后逐渐降低量程，直到合适 为止，这势必增加等待时间。也有的数字万用表(DT860B、DT960T) 是从最低量程开始测量的，在测量大电量时等待时间较长。 6.数字万用表使用的注意事项6.数字万用表使用的注意事项 (14)新型数字万用表大多带读数保持键(HOLD)，按下此键即可将现 在的读数保持下来，供读取数值或记录用。作连续测量时不需要 使用此键，否则仪表不能正常采样井刷新显示值。刚开机时若固 定显示某一数值且不随被测量发生变化，就是误按下HOLD键所造 成的。松开此键即转入正常测量状态。读数保持端的工作特点， 与仪表所采用的AD转换器有关。此外，不同芯片厂家对读数保 持端规定的符号亦不同。常见符号有HOLD、HLDR、DH (DATA HOLD 的缩写，又称数据保持)、H等。 (15)使用F1uke87型4 1/2位数字万用表时需要注意，当表笔已插入 电流输入插孔而功能选择开关末置于电流挡时，仪表会发出报警 声，可避免因误测电压而损坏仪表。 (16)DT970型3 3/4位数字万用表增加了峰值保持键(PK HOLD)。注 意，这里的“峰值”应理解成“最大值”，即仪表可以保持并显 示最大读数值，但是不能检测出瞬态变化的峰值(例如内燃机的最 大爆发压力P)，因此它与真正的峰值测量仪表尚有区别。欲测量 快速变化的模拟信号峰值电压，需增加峰值检测器。 6.数字万用表使用的注意事项6.数字万用表使用的注意事项 (17)T3S960A型3 1/2位数字万用表具有语音报数功能，操作者可专 心致志地进行测量，不必观察显示器，读数就自动用汉语普通话 清晰准确地播报出来，可省却边测量、边记数的麻烦。除扬声器 之外，仪表还带耳机(附件)，即使在嘈杂的工作环境下，也不影 响报数的清晰度。 (18)数字万用表损坏在大多数情况下是因测量档位错误造成，如在 测量交流市电时，测量档位选择置于电阻挡，这种情况下表笔一 旦接触市电，瞬间即可造成万用表内部元件损坏。因此，在使用 万用表测量前一定要先检查测量档位是否正确。在使用完毕，将 测量选择置于交流750V或者直流1000V处，这样在下次测量时无论 误测什么参数，都不会引起数字万用表损坏 6.数字万用表使用的注意事项6.数字万用表使用的注意事项 (19)有些数字万用表损坏是由于测量的电压电流超过量程范围所 造成的如在交流20V档位测量市电，很易引起数字万用表交流放 大电路损坏，使万用表失去交流测量功能。在测量直流电压时， 所测电压超出测量量程，同样易造成表内电路故障。在测量电流 时如果实际电流值超过量程，一般仅引起万用表内的保险丝烧 断，不会造成其它损坏。所以在测量电压参数时，如果不知道所 测电压的大致范围，应先把测量档置于最高档，通过测量其值后 再换档测量，以得到比较精确的数值。 (20)多数数字万用表的直流电压上限量程为1000V，因此测量直流 电压时，最高电压值在1000V以下，一般不会损坏万用表。如果超 出1000V，则很有可能造成万用表损坏。但是，不同的数字万用表 的可测量电压上限值可能有所不同。如DT830型进口原装数字万 用表可以测量到1400V以上的直流高压。但为了保险起见，万用表 不要超限使用。 7、FLUKE-189的技术指标 （ 7、FLUKE-189的技术指标 （1）基本指标）基本指标 7、FLUKE-189的技术指标7、FLUKE-189的技术指标 （2）详细精度指标：交流电压（2）详细精度指标：交流电压 7、FLUKE-189的技术指标7、FLUKE-189的技术指标 （2）详细精度指标：交流电流（2）详细精度指标：交流电流 7、FLUKE-189的技术指标7、FLUKE-189的技术指标 （2）详细精度指标：直流电压/电流（2）详细精度指标：直流电压/电流 7、FLUKE-189的技术指标7、FLUKE-189的技术指标 （2）详细精度指标：电阻（2）详细精度指标：电阻 二、二、数字万用表校准依据、项目及方法数字万用表校准依据、项目及方法 1、直流数字电压表的校准1、直流数字电压表的校准 校准依据：校准依据：JJG315-1983直流数字电压表检定规程 校准项目：校准项目：外观和附件及通电检查、示值误差(线性误差、稳定性、 分辨力、显示能力、输入电阻和零电流、串模抑制比、共模抑制 比。) 校准方法:校准方法:标准源法、标准表法。 2、交流数字电压表的校准2、交流数字电压表的校准 校准依据：校准依据：JJG(航天）34-1999交流数字电压表检定规程 校准项目: 校准项目: 外观和附件及通电检查、示值误差(线性误差、稳定性、 分辨力、显示能力、输入电阻和零电流、共模抑制比、频率响应) 校准方法:校准方法:标准源法、标准表法。 3、直流数字电流表的校准3、直流数字电流表的校准 校准依据：校准依据：JJG598-1989直流数字电流表检定规程 二、二、数字万用表校准依据、项目及方法数字万用表校准依据、项目及方法 校准项目：校准项目：外观和附件及通电检查、示值误差(线性误差、稳定性、 分辨力、显示能力) 校准方法:校准方法:标准源法、标准表法。 4、交流数字电流表的校准4、交流数字电流表的校准 校准依据：校准依据：JJG(航天）35-1999交流数字电流表检定规程 校准项目：校准项目：外观和附件及通电检查、示值误差(线性误差、稳定性、 分辨力、显示能力) 校准方法校准方法:标准源法、标准表法。 5、直流数字电阻表的校准5、直流数字电阻表的校准 校准依据：校准依据：JJG724-1991