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万用表基础知识 什么是万用表 概念 万用表 是万用电表的简称 它是检测修理计量仪器仪表 自动化装置和家用电器最常用的多用途电测仪表 万用表能测量电流 电压 电阻 有的还可以测量三极管的放大倍数 频率 周期 电容值 温度 逻辑电位 分贝值等 掌握万用表的使用方是电子技术的一项基本技能 应用电子 电力 电工压力 振动 声 光 热 磁对象高校实验室 研发单位 生产企业 维修团体 万用表概述 万用表类型 万用表有很多种 现在最流行的有模拟式万用表 即指针式万用表 和数字式的万用表 它们各有优点 数字万用表的准确度与分辨力均较高 而且过载能力强 抗干扰性能好 功能多 体积小 重量轻 还能从根本上消除读取数据时的视差 这些优点都是一般模拟式万用表所无法比拟的 但由于数字万用表是通过断续的方式进行测量显示的 因此不便于观察被测电量的连续变化过程及其变化的趋势 比如 数字万用表检验电容器的充电过程 热敏电阻阻值随温度变化的规律 以及观察光敏电阻阻值随光照的变化特性等 就不如模拟式万用表方便 直观 总之 必须根据被测对象及测试要求而合理选择万用表的类型和表的性能指标 模拟式万用表 即指针式万用表 数字式的万用表 万用表类型 万用表原理 模拟式万用表 即指针式万用表 模拟式万用表的基本原理是利用一只灵敏的磁电式直流电流表 微安表 做表头 当微小电流通过表头 就会有电流指示 但表头不能通过大电流 所以 必须在表头上并联与串联一些电阻进行分流或降压 从而测出电路中的电流 电压和电阻 下面分别介绍 l测直流电流原理 如图1a所示 在表头上并联一个适当的电阻 叫分流电阻 进行分流 就可以扩展电流量程 改变分流电阻的阻值 就能改变电流测量范围 l测直流电压原理 如图1b所示 在表头上串联一个适当的电阻 叫倍增电阻 进行降压 就可以扩展电压量程 改变倍增电阻的阻值 就能改变电压的测量范围 ll测交流电压原理 如图1c所示 因为表头是直流表 所以测量交流时 需加装一个并 串式半波整流电路 将交流进行整流变成直流后再通过表头 这样就可以根据直流电的大小来测量交流电压 扩展交流电压量程的方法与直流电压量程相似 ll测电阻原理 如图1d所示 在表头上并联和串联适当的电阻 同时串接一节电池 使电流通过被测电阻 根据电流的大小 就可测量出电阻值 改变分流电阻的阻值 就能改变电阻的量程 万用表原理 万用表原理 万用表原理 模拟式万用表原理示意图 即指针式万用表 万用表原理 数字式的万用表数字式的万用表的基本原理是模拟输入量经过万用表前端的功能切换模块和信号调理模块 将其转换成相应的电压信号 这个模拟的电压信号再通过A D转换器将其转换为二进制的数字信号 之后 这个二进制的数字信号或通过译码直接显示 或通过MCU处理后再显示 以提供给用户读取数据 万用表原理 数字万用表的主要性能指标 显示位数量程测量速率分辨率测量精度输入阻抗 数字万用表的指标 数字万用表的主要性能指标 显示位数 数字万用表的指标 完整显示位 能够显示0 9的数字 非完整显示位 俗称半位 只能显示0和1 在最高位上 如4位DMM 具有4位完整显示位 其最大显示数字为9999 而位 4位半 DMM 具有4位完整显示位 1位非完整显示位 其最大显示数字为19999 数字万用表的主要性能指标 量程 数字万用表的指标 基本量程 无衰减或放大时的输入电压范围 由A D转换器动态范围确定 通过对输入电压 按10倍 放大或衰减 可扩展其他量程 如基本量程为10V的DMM 可扩展出0 1V 1V 10V 100V 1000V等五档量程 基本量程为2V或20V的DMM 可扩展出200mV 2V 20V 200V 1000V等五档量程 数字万用表的主要性能指标 测量速率 数字万用表的指标 每秒钟完成的测量次数 它主要取决于A D转换器的转换速度 一般低速高精度的DMM测量速度在几次 秒 几十次 秒 数字万用表的主要性能指标 分辨率 数字万用表的指标 指DMM能够分辨最小电压变化量的能力 反映了DMM灵敏度 用每个字对应的电压值来表示 即V 字 不同的量程上能分辨的最小电压变化的能力不同 显然 在最小量程上具有最高分辨力 例如 3位半的DMM 在200mV最小量程上 可以测量的最大输入电压为199 9mV 其分辨力为0 1mV 字 即当输入电压变化0 1mV时 显示的末尾数字将变化 1个字 数字万用表的主要性能指标 分辨率 数字万用表的指标 分辨率 用百分数表示 与量程无关 比较直观 如上述的DMM在最小量程200mV上分辨力为0 1mV 则分辨率为 分辨率也可直接从显示位数得到 与量程无关 如3位半的DMM 可显示出1999 共2000个字 则分辨率为 数字万用表的主要性能指标 测量精度 数字万用表的指标 取决于DMM的固有误差和使用时的附加误差 温度等 固有误差表达式 示值 读数 相对误差为 式中 Vx 被测电压的读数 Vm 该量程的满度值 FullScale FS 误差的相对项系数 误差的固定项系数 误差由两部分构成 读数误差和满度误差 读数误差 与当前读数有关 主要包括DMM的刻度系数误差和非线性误差 数字万用表的主要性能指标 测量精度 数字万用表的指标 满度误差 与当前读数无关 只与选用的量程有关 有时将等效为 n字 的电压量表示 即如某台3位半DMM 说明书给出基本量程为2V 0 01 读数 1字 则在2V量程上 1字 0 1mV 由2V 0 1mV可知 0 005 即表达式中 1字 的满度误差项与 0 005 的表示是完全等价的 当被测量 读数值 很小时 满度误差起主要作用 当被测量较大时 读数误差起主要作用 为减小满度误差的影响 应合理选择量程 以使被测量大于满量程的2 3以上 数字万用表的主要性能指标 输入阻抗 数字万用表的指标 输入阻抗取决于输入电路 并与量程有关 输入阻抗宜越大越好 否则将影响测量精度 对于直流DMM 输入阻抗用输入电阻表示 一般在10M 1000M 之间 误差由两部分构成 读数误差和满度误差 读数对于交流DMM 输入阻抗用输入电阻和并联电容表示 电容值一般在几十 几百pF之间 万用表的选择 万用表的选择 万用表是电子测试领域最基本的工具 也是一种使用广泛的仪器 由于其价格低廉 操作简单 功能齐全 使用广泛等特点 专业电子工程师使用上往往忽略以下问题 1 由于万用表的精度 分辨率不够 凭估测判断 往往导致 人为 的误差2 由于各种万用表测试方法不同 在不同信号和非正弦波标准信号测试中万用表往往导致 误差 3 操作上的安全性 可靠性和保护性 由于万用表本身的保护性差 测试中需要测试人员不能丝毫马虎 否则导致万用表不必要的损坏 万用表的选择 万用表的选择 那么如何选择万用表呢 一 根据需要 选择万用表的显示位数和精度 显示位数和测量精度是万用表二种最基本也是最重要的指标 二者关系紧密 一般来讲万用表显示位数越高精度也越高 反之相反 但是由于测量原理和各个生产厂家的质量标准不一样 在同一位数 有的万用表精度高 有的却差 譬如 同样是四位半万用表 有的型号精度高达0 025 而有的仅有0 8 显示位数有二种方式 计数显示和位数显示 计数显示是万用表显示位数范围的实际表达 只不过由于人们习惯与传统叫法上的方便 一般用位数显示表达 譬如 3000位计数显示 表示万用表最高显示值可到3999而1000位计数显示只能到1999 在测量220VAC电压时 可明显看到3000位显示比1000位后多1个小数位显示 这样分辨率上高一个数量级 这在高灵敏的微电信号调试与测试中 高灵敏度的万用表将会发生更大的作用 与此同时 计数显示与位数显示可以进行换算 先计算计数显示位数中有多少个0 然后把前面的数作为分数的分母 然后把该数减去1成为分子 就成为位数显示 譬如 3000位计数 位数为32 3位 万用表的选择 万用表的选择 二 根据需要 选择万用表的测量方法和交流频响一般来讲 万用表的测量方法主要对交流信号测量而言 大家都知道交流信号很多种类和各种复杂情况 并且伴随交流信号频率的改变 出现各种频率响应 影响万用表的测量 万用表对交流信号的测量 一般有二种方法 平均值和真有效值测量 平均值测量一般是对纯正弦波而言 它采用估算平均的方法测量AC信号 而对非正弦波信号将会出现较大的误差 同时 如果正弦波信号出现谐波干扰时 其测量误差也会有很大改变 而真有效值测量 是用波形的瞬时峰值再乘以0 707来计算电流与电压 保证在失真和噪声系统中的精确读数 这样如果您需要检测普通的数字数据信号 用平均值万用表测量就不会到达真实的测量效果 同时交流信号的频响也至关需要 有的可高达100KHz 万用表的选择 万用表的选择 三 根据需要 选择万用表的功能和测量范围不同的万用表有不同的功能测量范围 一般来讲 普通的万用表都能测试交直流电压 电流 电阻 通断等 但是有的万用表为了降低成本不设置电流功能 在此基础上 有的万用表考虑使用方便 增加了些其它功能 譬如 二极管 万用表电池测试 三极管hef 电容 频率 温度等 总之万用表的功能将随着测试的需要 将会创造拥有更优越的功能 但是我们在追求万用表功能的基础上 也不能忽视其测量范围 同样测试电流 有的万用表可到20A 而有的却只有40mA或更小 万用表的选择 万用表的选择 四 根据需要 选择您的万用表和大多数仪器一样 万用表自身也有测量稳定性 其测量结果的准确性与其使用时间 环境温湿度等相关 如果万用表的稳定性差 在使用一段时间后 万用表有时就会 自相矛盾 测量结果不一致 因此要非常注意此方面的问题注重校准和保修 大多数维护工程师使用万用表 最担心万用表的保护性差 不经意中表笔线插错或测试档错误 导致万用表不必要的损害 影响工作 因此万用表的安全性非常重要 有些好的万用表自我保护性很好 像有些万用表插错表笔线时 会自动产生蜂鸣报警 万用表的选择 要实用 好用才行 万用表的选择 万用表的选择 五 根据需要 选用多功能的万用表综上所述 由于电子科技的发展 很多万用表增加了许多功能 1 温度测量在电子维修时 有此功能的万用表方便您检验电子元件的发热程度 如焊接拔取元件时 测量温度防止损伤元器件 2 同时测量AC和DC分量在电子测试中 我们所碰到的信号并非是很纯真的交流或直流信号 我们需要观测波形的总真有效值 包括AC和DC部分 以便分析电路的功耗量 找出部分零件烧坏的原因 DC失调 3 dBm和毫伏值测量所谓dBm值测量 即低电平测量 dB值测量 dB一