万用表使用方法详解.ppt

万用表使用方法详解 Eli liu日期 2014 09 01 一 数字万用表的基本原理二 数字万用表的技术指标三 数字万用表的测量等效电路四 部门使用数字万用表简介 目录 一 数字万用表的基本原理 1 数字万用表功能 数字万用表DMM DigitalMultiMeter 是指可以直接测量电压 电流 电阻或其它电参量 其功能可任意组合并以十进制数字显示被测量的电测量仪表 数字万用表的平台构建方案如下图所示 一 数字万用表的基本原理 2 数字万用表结构框图 数字万用表的结构框图如下图所示 直流电压 电流与电阻的测量可以直接通过ADC与MCU进行处理 处理所得的值送交LCD显示 而交流部分则要经过一个真有效值转换芯片之后再进入ADC 对于电容和频率要先经过CPLD之后再进入ADC 所有的计算 处理以及校正都在MCU之中进行 MCU的外围模块还包括按键功能模块 LCD显示模块 RS232通信模块 二 数字万用表的技术指标 1 真有效值 TRMS 交流电压的测量实际上是测量其真有效值 所谓真有效值即为 真正有效值 之意 英文缩写为 TRMS 也称为真均方根值 它的定义如下 经过变换 上式等效为 从上式可知 对输入电压依次进行 取绝对值 平方 除法 取平均值 运算 便能得到交流电压的有效值 二 数字万用表的技术指标 1 真有效值 TRMS 随着集成电路的迅速发展 近年来出现了各种真有效值AC DC转换器 AD公司的AD536芯片 就是一款能准确 实时测量各种电压波形的有效值的TRMS DC转换器 其原理图如下所示 真有效值仪表的最大优点是能够精确测量各种电压波形的有效值 而不必考虑被测波形的参数以及失真 二 数字万用表的技术指标 2 显示位数 显示位数 指能显示0 9共十个完整数码的显示器的位数 能显示0 9十个完整数码的显示器的位数称为完整位或满位 只能显示 1 或 0 是不完整位 称之为1 2位或半位 不完整位通常是最高位 最高位只能取0 5的位称为 位 5 位指数字电压表的最大显示为599999 一个3位半的表 后三位可以显示三个从0到9的全数字位 前一位只显示一个半位 显示1或显示0 二 数字万用表的技术指标 3 量程 指测量电压范围的上限值与下限值之差 包括基本量程和扩展量程 基本量程 未经衰减器和放大器的量程称为基本量程 如1V或10V 也有的为2V或5V 基本量程的测量误差最小 扩展量程 借助于衰减器和输入放大器的适当配合来完成量程扩大的 二 数字万用表的技术指标 4 分辨率 灵敏度 指数字电压表能够显示被测电压的最小变化值 即最小量程时显示器末位跳一个字所需的最小输入电压 在不同的量程上分辨率是不同的 最小量程的分辨率是最高的 数字万用表的分辨率一般用位数或字表示 例如DT 890型DVM为三位半电压表 在最小量程200mV上满度值为199 9mV 则其分辨率为0 1mV 一个3位半的数字表可以达到1999字的分辨率 一块4位半的数字万用表可以达到19999字的分辨率 现在的4位半数字万用表的分辨率已经提高到32000或50000字 二 数字万用表的技术指标 5 精度 万用表的精度是指在特定的使用环境下 出现的最大允许误差 换句话说 精度就是用来表明数字多用表的测量值与被测信号的实际值的接近程度 对于数字万用表来说 精度通常使用读数的百分数表示如 1 的读数精度的含义是数字万用表显示100 0V时 实际的电压可能会在99 0V到101 0V之间 在详细说明书中可能会有特定数值加到基本精度中 它的含义就是 对显示的最右端进行变换要加的字数 在前面的例子中 精度可能会标为 1 2 因此 如果万用表的读数是100 0V 实际的电压会在98 8V到101 2V之间 二 数字万用表的技术指标 6 误差 误差分为固有误差和工作误差 对于固有误差主要是读数误差和满度误差 U Ux Um 式中 误差的相对项系数 误差的固定项系数Ux 被测电压读数Um DVM量程的满度值工作误差是指在额定工作条件下的误差 通常也用绝对误差的形式表示 三 数字万用表的测试电路 1 直流电压测量电路 采用电阻分压器把基本量程为200mV的表扩展成五量程的直流数字电压表 RP2是分压电阻 通过调整RP2使R7 RP2 9M R6是限流保护电阻 C17是消除高频噪声干扰的电容 ICL7106是MAXIM公司的单片智能数字万用表专用芯片 三 数字万用表的测试电路 1 直流电压测量电路 测量原理电路如左图所示当开关打到最上面时 为200mv档 当开关打到2V时 由分压电阻计算可知 依次可计算其他档位电压 三 数字万用表的测试电路 2 直流电流测量电路 R1 R3 R5 RCU组成了I V转换器 被测输入电流流过分流电阻时产生压降 作为基本表的输入电压 这就实现了I V转换 FU是快速熔丝管 串在输入端 作过流保护 硅二极管D1 D2接成双向限幅电路 作为过压保护元件 三 数字万用表的测试电路 2 直流电流测量电路 测量原理电路如左图所示基本量程的量程电压为200mv 当电流档打到10A时 计算电阻值为 当打到200mA时 可计算电阻为 三 数字万用表的测试电路 3 交流电压测量电路 对交流信号的测量 首先要经过一个隔直电容 去除其中的直流信号 经缓冲器后 通过低通滤波器 频率补偿 RMS真有效值转换芯片处理后 才可得到稳定的直流信号 1 隔直电容 2 低通滤波器 3 程控电容EQ 4 RMS真有效值转换器 三 数字万用表的测试电路 3 交流电压测量电路 当档位打在交流毫伏时 其量程有50mV 500mV两种 交流信号经过x1放大器进行缓冲 然后通过低通滤波器 滤掉高频干扰信号 在这里分成两路 50mV经过x10放大器 500mV则经过xl放大器 其目的是在这里都变成500mV的交流信号 然后经过程控电容EQ进行频率补偿 再经过RMS真有效值转换器 把交流信号转换成直流信号 再经过x4放大器 让其直流信号变成 2 2V之间的直流电压信号进入AD 交流测量的量程有5V 50V 500V 原理与交流毫伏的测量相同 只是首先要把利用分压电阻 很容易得到想要的值 三 数字万用表的测试电路 4 交流电流测量电路 交流电流的测量方法与直流电流相同 采集的交流电压 经缓冲后 再经低通滤波器 再经过频率补偿与RMS真有效值转换 得到的直流电压信号经过放大相应倍数的放大器 后送入AD 三 数字万用表的测试电路 5 电阻测量电路 三 数字万用表的测试电路 5 电阻测量电路 测量原理电路如左图所示 采用2 5V的恒流源作为欧姆激励 在此恒流源上串联标准电阻Rc和Rx R10 R11 R12 R13和R14作为标准电阻Rc 在电阻端子和公共端子之间连接被测电阻 这样T15和T16两端点的电压就是标准电阻两端的电压 T17和T18两端点的电压就是被测电阻两端的电压 本系统的电阻量程分为200 2K 20K 200K 2M 20M 和200M 选择R10 2K R11 10K R12 100K R13 1M 和R14 10M 三 数字万用表的测试电路 6 电容测量电路 电容的测量是比较麻烦的 对于电容的性质 主要是用充放电法 所谓的充放电法就是对待测电容进行充电 然后再对它进行放电 电路中设有两个放大器 当电压信号到达某值时起翻转作用 把两次翻转的时间由CPLD测出 送入MCU求出其容值 由2 5V恒压源给电容充电 等电容冲到饱和后 开始放电 两个放大器起翻转电压作用 当达到2V时上面的放大器接通 输出高电平 当电容电压放到1V时 下边的放大器接通 输出高电平 这两个电平送入CPLD 经CPLD处理后 送入MCU 通过计算得到电容值 三 数字万用表的测试电路 6 电容测量电路 充电时 达到2V时 导通 输出高电平给CPLD 放电时 低至1V时 导通 输出高电平给CPLD 三 数字万用表的测试电路 7 二极管测量电路 二极管的测量就是测量其通断性 由电源给一个0 5mA的电流源 当二极管接通时 有电压信号 再送入MCU即可 如图示 二极管不导通 万用表显示无电压 调转二极管后 导通 万用表测得其导通电压0 7V左右 四 部门所用数字万用表简介 1 AgilentU1253B 四 部门所用数字万用表简介 1 AgilentU1253B 测量DC AC和AC DC电压和电流 测量AC电压和电流的真有效值 电阻的最大测量值为500M 电导的测量值介于0 01nS 100G 和500nS之间 电容的最大测量值为100mF 频率计数器可测量高达20MHz的频率 测量带有可选择参考阻抗的dBm 带有可选择0 C补偿的温度测试 无环境温度补偿 用J型或K型探头测量温度 测量频率 占空比和脉冲宽度 动态记录最小值 最大值 平均值和当前读数 二极管和有声通断测试 带有可选择频率 脉冲宽度和占空比的方波发生器 四 部门所用数字万用表简介 2 UNI TUT71A 四 部门所用数字万用表简介 2 UNI TUT71A UT71C是40000计数43 4数位 自动量程真有效值数字万用表 本系列仪表