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数字万用表及其原理数字万用表及其原理
数字万用表DMM(Dital MultiMeter)是半个世纪以来数字技术发展的产物，是近年来出现的先进测试仪器。它采用大规模集成电路LSI(Large—Scal Integration)和数字显示(Digital Dispiay)技术，具有结构轻巧、测量精度高(误差可达十万分之一以内)、输入阻抗高、显示直观、过载能力强、功能全、用途广、耗电省等优点及自动量程转换、极性判断、信息传输等功能，深受人们的欢迎，目前有逐步取代传统的指针式万用表的趋势。
1 数字万用表的种类
数字万用表的种类繁多，分类方法也有多种，比如根据其使用领域的不同，可分计量用实验室高精度数字万用表、台式／系统数字万用表、便携式数字万用表、嵌入式数字万用表等。通常按其测量准确度的高低，以产品档次分类：
1．1 普及型数字万用表
这类万有表结构、功能较为简单，一般只有五个基本测量功能：DCV、ACV、DCI、ACI、Ω及hFE。它价格低廉，精度一般为三位半，如：DT一830、DT一840等型号。
1．2 多功能型数字万用表
多功能型数字万用表较普及型主要是增加了一些实用功能，如电容容量、高电压、大电流的测量等，有些还有语音功能。这类仪表有DT一870、DT十890等型。
l．3 高精度、多功能型数字万用表
精度在四位半及以上。除常用测量电流、电压、电阻、三级管放大系数等功能外，还可测量温度、频率、电平、电导及高电阻(可达10000MΩ)等，有些还有示波器功能、读数保持功能。常见型号有袖珍式DT一930F、DT930F十、DT一930FC、DT一980等及台式DM一8145、DM8245等数字万用表。
1．4 高精度、智能化数字万用表
计算机技术的渗透、新型集成电路的采用及新的测量原理的出现，导致了各种新数字万用表的问世。高精度、智能化数字万用表是指内部带微处理器(GPU)，具有数据处理、故障自检等功能的数字万用表。它可通过标准接口(如IEEE一488、RS一232等)与计算机、打印机连接。如美国迪特郎(DATRON)公司的七位半1081型数字万用表(天津无线电一厂引进生产)，可测1nV一1000V交直流电压，lμΩ—10MΩ电阻，一100℃一十200℃温度(分辨率达0．001℃)。它采用自动校准(AUTO CAC)专利技术，能对全部测量项目和量程进行自动校准，并能显示极值和各项测量误差。这类数字万用表还有北京无线电技术研究所引进美国福鲁克(FLUKE)公司生产的8840A型(五位半)、英国舒力强公司研制生产的7081型(八位半)等。
1．5 专用数字仪表
专用数字仪表指专用于测量某一物量的数字仪表，如：数字电容表、电压表、电流表、电感表、电阻表等。常见袖珍式专用仪表如DM一6013、DM一6013A数字电容表，DM6243／DL6243数字式电容电感表，DM860型数字功率计，DM6040D型LCR测量仪(可测电感、电容和电阻)。IM4025型则属于自动LCR测量仪。此外，还有数字温度计、数字血压表、数字绝缘电阻测试仪等等。
1．6 数字、模似双显示数字万用表这种表设计上采用数字量和模拟量同时显示，以观察正在变动的量值参数，弥补数字表对检测对象在不稳定状态时出现的不断跳字的缺陷，兼有模拟仪表与数字仪表之优点，如：DA一250型数字万用表。
2 数字万用表的基本工作原理
虽然数字万用表种类很多，但基本工作原理则是大同小异。其原理框图如附图所示。
图中虚线框表示直流数字电压表DVM(Digital Vo1tMeter)，它由阻容滤波器、前置放大器、模数转换器A／D(Anal0g一to—Digital)、发光二极管显示器LED(LiGht EnittingDiode)或液晶显示器LCD(Light Crystal Disdiay)及保护电路等组成。在数字电压表的基础上再增加交流一直流转换器AC／DC、电流一电压转换器I／v和电阻一电压转换器Ω／V，就构成了数字万用表的基本部分。当然，由于具体结构的不同，功能的强弱不同，每种表还有其各自复杂程度不同的特殊附加电路。
3 数字万用表的特点
同指针式万用表相比，数字万用表有其明显的特点。
3．1 外观结构
数字万用表外壳一般选用ABB工程塑料制成，重量轻，强度高。外形主要有袖珍式和台式。前者普遍采用LCD液晶显示器，后者多使用LED发光二极管显示器。高精度智能型数字万用表一般为台式结构。此外，也有的数字万用表制成笔式、台历式、笔记本式等。还有的与电子计算器或电子手表等制成一体，这类表精度较低。
．3．2 显示位数
数字万用表显示位数一般为3—8位，即有效读数为3—8位。具体地讲，有3位、31／2位、41／2、51／2、6l／2、81／2位等几种。普及型数字万用表多为3l／2位(三位半)仪表，其最高位只能显示“1”或“o”(o亦可消隐)，故称半位，其余3位是整位，可显示0一9全部数字。三位半数字万用表最大显示值为19999。近年来，市场上又推出了33／4位数字万用表，其最大显示值为3999或2999，也有产品显示5999(不同厂家规定定义不同)，量限比3l／2位表高一倍或50％或两倍。
3．3 量程转换
数字万用表有三种量程转换方式：手动转换量程(ManualRange)、自动转换量程(Auto Kange)、自动／手 动 转 换 量 程 (Auto／ManualRange)。
手动转换量程式数字万用表内部电路结构较为简单，价格也相对低，但操作比较繁琐，而且量程选择不合适时易使仪表过载。
自动转换量程式数字万用表能使操作步骤简化，并可以有效地避免过载现象。其不足之处是测量过程较长，即使被测电量很小，每次测量也要先从最高量程开始，然后逐渐降低量程，直到合适为止。这势必增加等待时间。另外，这类仪表价格也高。其典型产品有DT一840、DT——845、 DT——860、 DT——860B、DT一860C、DT一910、 SK一6221等。
自动／手动转换量程式数字万用表兼有二者的特点，使用更灵活，典型产品有DT一950等。
3．4 测量精度
数字万用表基本量程(通常为最低直流电压档)精度最高，随着量程的扩展或经各种转换器后精度指标会下降。一般三位半仪表基本量程精度可达土0．5％一土0．1％，四位半仪表达士0．05％一土0．07％，五位半仪表达土0．01％一土0．005％，七位半仪表则达土0．0001％。
3．5 分辩力
数字仪表在最低电压量程上末位一个字所对应的数值称分辨力，是仪表对下限被测量值的反应能力，它反映仪表灵敏度的高低。三位半数字万用表的分辨力可达0．1mV，即100μV，四位半仪表达10μV，八位半则高达10nV。(1V＝1000mV，1mV＝1000μV，1μV＝1000nV)4 数字万用表的维护使用
和许多产品一样，数字万用表都附有用户使用手册，一般使用方法都有比较详细的说明。这里仅对日常使用较多的中低档袖珍式数字万用表的维护使用要点作进一步的说明。
(1) 测量之前应先估计一下被测量的大小范围，尽可能选用接，近满度的量程。这样可提高测量精度。如测100Ω电阻，宜用200Ω档而不宜用2KΩ或更高档。如果预先不能估计被测量值的大小，可从最高量程档开始测，逐渐减小到恰当的量程位置。当测量结果显示只有“半位”上的读数“1”时，表明被测值超出所在档范围(称道出)，说明量程选得太小，应转换量程。
(2) 数字万用表在刚测量时，显示屏上的数值会有跳数现象(类似指针式表表针的摆动)。应待显示数值稳定后才能读数。另外，被测元器件引脚由于氧化等原因造成被测件和表笔之间接触不良，显示屏也会长时间跳数，无法正确测量数值，增加测量误差。这时应先清洁元器件引脚后再进行测量。
(3) 数字万用表相邻档位之间距离很小，习惯使用指针式表的人会感到量程转换开并“吃”档手感不如指针式表明显，容易造成跳档或拔错档位。所以拔动量程开关时要慢，用力不能过猛；开并到位后应再轻轻左右拔动一下，以确定真正到位。
(4) 严禁在测量的同时拨动量程开关，特别是在高电压、大电流的情况下，以防产生电弧烧坏量程开关。
(5) 数字万用表在测量一些连续变化的量时不如指针式万用表方便直观，如测电解电容器的充、放电过程、测热敏电阻、光敏二级导管等，这时可采用数字万用表与指针式万用表相结合使用，或使用数字、模拟双显示数字万用表。
(6) 当测10Ω以下精密电阻时(200Ω档)，先将两个表笔短接，测出表笔线电阻(如0．20)，然后在测量中减去这一数值。
(7) 尽管数字万用表有比较完善的各种保护功能。使用中仍应力求避免误操作(如用电阻档去测220V交流电压等，以免带来不必要的损失。
(8) 每次测量结束应及时关断电源。对设置了自动断电电路(一般15min自动断电)的数字万用表，自动断电后要重新启动电源，可连续按动电源开关两次。
(9) 当出现电池电压过低告警指示时，应及时更换电池，以免影响数字万用表测量准确度。
(10) 数字万用表应经常保持清洁干燥，避免接触腐蚀性物质和受到猛烈撞击。
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