数字万用表与指针万用表之比较.pdf

收稿日期 2009 05 19 作者简介 胡淮枫 1964 男 湖北五峰人 理学学士 湖北三峡职业技术学院高级讲师 主要从事电子通信专业教学 2009年 6月 第 6卷 第 1期 湖 北 三 峡 职 业 技 术 学 院 学 报 Journal ofHuBeiThree GrogesVocational and TechnicalCollege June 2009 Vol 6 No 1 数字万用表与指针万用表之比较 胡淮枫 湖北三峡职业技术学院 信息工程系 湖北 宜昌 443002 摘 要 本文从实用的角度出发 对数字式万用表和指针式万用表的特性进行了全面的比较 为 电子技 能 教学提供参考 为电子初学者拟购和使用万用表提供指导 并且为万用表的功能扩展与改进提供启示 关键词 数字式万用表 指针式万用表 特性 主观特性 中图分类号 TM 938 文献识别码 A 文章编号 2027 YC 2009 01 0084 004 正确熟练地使用万用表是电子手工技能的基本 功 需要经过足够的实践积累才能达到运用自如和得 心应手 对于初学者 他们可能首先要考虑选择数字 式万用表还是指针式万用表 客观地说 二者各有所 长 实际上很多熟练的电子技术人员兼用数字表和 指针表 充分发挥各自所长 数字式万用表是在指针式万用表出现了半个多 世纪之后诞生的 显然前者建立在更先进的技术平 台上 然而 技术上的先进性并不代表使用上的方便 性 由于人类感官的特性 指针式万用表仍然具有非 常强大的优势 对此数字式万用表尚不能完全取代 这就是为什么在数字式万用表出现了二十多年后的 今天 其价格已明显低于指针式万用表的情况下 后 者仍然大行其道 占有半壁江山 从某种意义上说 仪表是人类感官的延伸 这就 要求它与人类感官有良好的结合 对于万用表来说 主要是其显示方式与人类视觉的适应性 1 客观特性 主要指仪表的物理性能 数字式万用表占有明显 的优势 1 1 显示与读数 指针式万用表的显示是被测参数模拟的直观的 形式 与视觉有良好的结合 非常便于分析 思考 但 读数和记录不太方便 数字式万用表的显示则是抽象的符号 便于读数 和记录 1 2 测量响应 这里指从测量接通到显示稳定可靠的读数所经 历的过程 指针式万用表响应很快 仅取决于表头的阻尼系 统 几乎是瞬时响应 数字式万用表响应很慢 这主要是由数据的采样 处理过程和显示的周期性刷新决定的 1 3 红黑表笔的区分 在测量 DCV和 DCA时 指针式万用表的表笔必 须保证 红正黑负 的原则 即对测量对象的采样电 流必须从红表笔流入黑表笔流出 不得接错 而数字 式万用表不必如此严格 虽然 红正黑负 的标准一 样 但接反了会显示 负号 对测量无大碍 1 4 等效内阻 测量动作不可避免对被测电路会产生影响 改变 其原有状态 成为系统误差的重要根源 影响的程度 取决于仪表本身的等效内阻 1 4 1 电压档等效内阻 RV 对于指针式万用表 RV 正比于电压量程 例如 MF 47型指针式万用表的电压档内 RV 20K V 在低量程 如 1V档 RV对测量的影响有时非常显 著 不容忽略 数字式万用表的 RV对于各量程都是 10 M 一 般不必考虑它对被测电路的影响 即可以认为 RV 这是数字式万用表的最大的优势 从技术上 说 数字式万用表的 RV完全可以做得更高 考虑到其 84 它因素 人为地定为 10M 而指针式万用表的 RV 已经做到了极限 由于数字式万用表的 RV 高 使得它比较容易拾 取一些干扰 这就是没有将 RV定得更高的主要原 因 有效的电压测量应当保证 RV R 被测电路 的等效电阻 数字式万用表对此一般是满足的 而 指针式万用表就不一定了 1 4 2 电流档内阻 RA RA反比于电流档的 RA量程 对此数字式万用表 和指针式万用表一样 例如 MF 47型指针式万用表的 RA为 250 mA 即表 头电压 250mV DT890B型数字式万用表的 RA为 200 mA 该数 字表头电压量程 200mV 二者没有显著的差异 数字式万用表略小一点 RA决定了测电流时对电压的采样 RAI 显然是越 小越好 从技术上说 指针式万用表的 RA已达极限 而数 字式万用表的 RA完全可以做得更小 1 5 电阻档的注入电流 I R 测量电阻时 由万用表内部的电池通过表笔提供 测试电流表注入被测元件 取其压降 UR测量 从而测 得阻值 这个 IR值应当越小越好 实测 MF 47型指针式万用表的电阻各档调零电 流 I R0为 1 85mA 10 8 5mA 100 0 88mA 10K 88 A 可近似地认为 I R0反比于电阻档的倍率 实测 DT890B型数字式万用表的电阻各档短路电 流为 200 0 26mA 2k 0 16mA 20k 12 A 200k 1 2 A 2M 0 13 A 20M 0 13 A 明显小于指针式万用表的数值 必须注意到 指针式万用表的欧姆档是倍率 而 数字式万用表的欧姆档是量程 因此在使用上 数字 式万用表的 200 档对应于指针式万用表的 1 档 数字式万用表的 2K 档相当于指针式万用表的 10 档 对于同一被测元件 测量要求相同时 数字 式万用表的 IR比指针式万用表的 I R 小得多 这说明 数字式万用表测电阻时对被测元件的影响很小 这是 数字式万用表的又一优点 1 6 电阻档的调零与量限 指针式万用表的每个电阻档的调零状态都不一 样 定量测电阻 包括由此延伸的测三极管 测电容 等 时需要调零 换一个电阻档后又要重新调零 如 果电池电量不足 低阻档可能就调不到零 这时可以 记下表笔短路时的读数 作为系统的零误差 测量值 减去它便可得以校正 指针式万用表的电阻档没有 测量上限 每档的可测量范围都是 0到 选择档位 仅为分辩率考虑 而不是量程 数字式万用表的电阻档不必调零 其零误差 表 笔和线及插头的连接电阻 很小 一般不过 2 必要 时在测量值中减去得以校正 数字式万用表的每个 电阻档都有测量上限 也就是量程 跟电压表 电流表 一样 超过便溢出 1 7 供电电池 指针式万用表的电压档 电流档不需要电池 仅 电阻档需要电池 包括由此延伸的测三极管 测电容 等 并且 1K档以下只需 1 5V电池 仅 10K档需 9V 电池 因此 若没有电池 指针式万用表的电压档 电 流档仍可以正常使用 如果只是没有 9V 电池 则除 10K档以外 所有功能都可以正常使用 数字式万用表所有的功能都必需由 9V电池正常 供电 否则连显示都没有 当电池电压不足时 低于 6 8V 数字式万用表 会表现出测量值偏大 因基准参考电压降低 严重影 响测量 而指针式万用表仅表现为低阻 档调不到 零 相对而言其影响并不是很大 1 8 成本 指针式万用表由于其电磁式表头有精密的机械 结构 其成本的底线不易突破 因而整块表的成本难 以进一步下降 而数字式万用表不存在精密的机械结构 完全是 电子式的 因而其制造成本可以降得很低 主要取决 于产销量 如果将功能选择开关也换成电子式的 轻触键盘配合屏幕菜单 其成本可以降得更低 制 造成本和市场情况决定其零售价 这才是我们使用者 最终所关心的 2 主观特性 这是由仪表的显示方式与人的视觉特性决定的 另外跟测量响应与人的习惯有很大关系 85 指针式万用表的显示方式是纯模拟的形象直观 的 不需要任何翻译或解释 可以说 任何有视觉的生 物都可以接受 而且是瞬间的及时的 数字式万用表 的显示的是抽象的符号 虽然便于读数和记录 但它 输入到人脑的思维分析中心 实际上是要经过 翻译 的 幸好阿拉伯数字已经是全人类的通用文字 但毕 竟是符号 因而读数需要一定的时间 这就很难捕捉 到动态参量的某一重要瞬间的值 并且由于数字式 万用表测量的客观响应较慢 使得它几乎无法观测被 测量的动态特性 而指针式万用表在动态特性的观 测上就具有绝对的优势 在测量动态参量时 指针式 万用表的指针随之偏摆给我们提供了动态参量的丰 富信息 而且是即时的 对此数字式万用表几乎不可 能做到 因为对于数字式万用表 只有在其显示稳定 一段时间我们才能读取 且不说它是延时的 而动 态参量只有在变化很慢时才能满足这个条件 动态 参量的观测实际上是以定性为主 必要是才作定量观 测 数字式万用表的测量基本上没有定性 只有定 量 例如电容器的充放电过程 整机电流的变化情 况 感测器件的输出参量等 大多数调试与维修工作的检测经验都是建立在 指针式万用表基础上的 这就使得指针式万用表更符 合维修习惯 习惯上更乐于接受指针式万用表 现将以上特性对比归纳入表 2 1 指针式万用表数字式万用表 显示读数模拟 指针的偏转角度 符号 七段数码字 测量响应快慢 红黑表笔的区分必须正确区分不必区分 内阻 RV低高 内阻 RA大小 电阻电流大小 电阻档调零与量限各档需独立调零 无量限不必调零 有量限 供电电池 1 5V用于电阻各档 9V 或 15V 用于高阻档 10K 100K 9V 电池用于整块表的供电 所有功能都依赖于它 动态特性非常优秀完全不行 成本比较稳定可以大幅度降低 3 应用实例 根据指针式万用表与数字式万用表的以上特性 差异 在具体应用中 为达到最好的测量效果和最方 便的测量操作 应当有所选择 3 1 基础性实验 需要准确地测量并记录 并且要求测量动作对被 测量对象的影响尽可能小 被测参量一般是较稳定 的 而非迅变的 如 VA特性的测量 如感测器件的转 换特性研究 电源特性研究等 应当首选数字式万用 表 测量时最好将表笔与测试点作固定连接 3 2 总电流监测 电流的直接测量 用电流表串入被测电流支路 相对于电压和电阻的测量而言用得较少 电路的总 电流需要直接测量 很多情况下不需测量很准确的 数值 重要的是捕捉其变化情况 也就是动态信息 如 电池的充放电特性 整机电路的启动特性 以及整机 电路的直流状态检测与调试 显然用指针式万用表 更合适 3 3 电路的调试 调整元件参数时监测目标参量 使之显示出现理 想值 调整过程中需要目标参量的动态信息 因而应 当首选指针式万用表 但如果它对被测对象的影响太 大 那只得换用数字式万用表 3 4 元器件的定性检测 这里指对元器件进行离线动态测量 在维修中确定证实故障点 在电路板装机前对元 件进行质量筛选 由于只需要定性测量 对此已积累 了丰富的指针式万用表检测的经验 特别是晶体三极 管等半导体器件的检测判断 并且需要观测一些动 态参量 毫无疑问应当选用指针式万用表 3 5 逻辑参量 通常是变化的 而且只需要定性 用指针式万用 表方便些 3 6 测电容 数字式万用表测电容似乎很方便 特别是可以直 接读数 但是可测范围不宽 86 指针式万用表测电容不太方便 读数时要不失时 机把捕捉到那个极限刻度 但如果只需要定性测量 那么用指针式万用表就非常方便非常实用 如果电容漏电 数字式万用表测量就很不准确 了 而指针式万用表的测量影响不大 并且还可以直 接测量出漏电电阻值 3 7 非测量性应用 利用万用表的现有资源 不需要从表盘读数 3 7 1 标准电阻 万用表内的分压电阻和分流电阻是非常精密非 常准确的 必要时可以作电阻箱用 就标准电阻的选 择范围而言 指针式万用表较大 但由于表头也在此 网络中 必须考虑到安全性要求 电流方向与大小有 限制 而数字式万用表完全可以在关闭电源后使用 其标准电阻 对表头毫无影响 安全性完全可以放心 3 7 2 激励源 在欧姆档 两表笔可输出直流激励 可作为一个 直流电压源 用于检测电路系统时的开关激励和冲激 激励 瞬间 如可控硅的触发等 由于指针式万用表能提供较大范围的激励 因此 直流激励用指针式万用表较好 而交流激励可以由 数字式万用表的电容测量插槽取出 3 8 电池电量的检测 这是一些指针式万用表新增加的功能 其实就是 测量电池在大电流放电时的输出电压 很简单很实 用 显然数字式万用表也完全可以扩展此功能 而且 应当做得更优秀 不过有时需要进行动态检测 这样 还是指针式万用表更方便 4 综述 目前由于指针式万用表在应用上的方便性和几 十年的经验积累 使其成为在维修和调试工作中的主 角 而数字式万用表的发展潜力更大 如果将二者的 优势结合起来 很可能是在数字式万用表的平台上 实现 那将是最理想的万用表 不过指针式万用表仍 以简单和可靠性高的特点有其生存空间 以上没有提到的电子式指针万用表 其特性似乎 介于数字表与指针表之间 它的显示方式是指针式 的 因而具有模拟直观和快速响应的特点 它又具有 与数字万用表相同的直流线性放大电路 因而它的灵 敏度很高 对测量对象的电流采样很小 这样它的内 阻可以接近数字万用表 它确实兼有指针表和数字 表的优势 按理说它应当非常受欢迎 然而事实上它 在便携式仪表中几乎没有生存空间 可能主要是因为 它的价格高 另外习惯上不容易接受它 目前它主要 应用于测量微弱的射频信号 如毫伏表 不可否 认 这的确是它的长处 责任编辑 朱玉萍 Co mparison of DigitalM ultitester and IndicatorM ultitester