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常用類型
數(shù)字萬(wàn)用表是目前zui常用的一種數(shù)字儀表。其主要特點(diǎn)是準(zhǔn)確度高、
分辨率強(qiáng)、測(cè)試功能完善、測(cè)量速度快、顯示直觀、過(guò)濾能力強(qiáng)、耗電省,便于攜帶。進(jìn)入 90 年代以來(lái),數(shù)字萬(wàn)用表在我國(guó)獲得迅速普及與廣泛使用,已成為現(xiàn)代電子測(cè)量與維修工作的*儀表,并正在逐步取代傳統(tǒng)的模擬式(即指針式)萬(wàn)用表。
數(shù)字萬(wàn)用表亦稱為數(shù)字多用表(DMM),其種類繁多,型號(hào)各異。每個(gè)電子工作者都希望有一塊較理想的數(shù)字萬(wàn)用表。選擇數(shù)字萬(wàn)用表的原則很多,有時(shí)甚至?xí)蛉硕悺5珜?duì)于手持式(袖珍式)數(shù)字萬(wàn)用表而言,大致應(yīng)具備以下特點(diǎn):顯示清晰,準(zhǔn)確度高,分辨力強(qiáng),測(cè)試范圍寬,測(cè)試功能齊全,抗干擾能力強(qiáng),保護(hù)電路比較完善,外形美觀、大方、操作簡(jiǎn)便、靈活、可靠性好,功耗較低,便于攜帶、價(jià)格適中等等。
數(shù)字萬(wàn)用表的主要指標(biāo)、顯示位數(shù)及顯示特點(diǎn)
數(shù)字萬(wàn)用表的顯示位數(shù)通常為3 1/2位~8 1/2位。判定數(shù)字儀表的顯示位數(shù)有兩條原則:其一是,能顯示從0-9中所有數(shù)字的位數(shù)是整位數(shù);其二是,分?jǐn)?shù)位的數(shù)值是以zui大顯示值中zui高位數(shù)字為分子,用滿量程時(shí)計(jì)數(shù)值為2000 ,這表明該儀表有3個(gè)整數(shù)位,而分?jǐn)?shù)位的分子是1,分母是2,故稱之為3 1/2位,讀作“三位半",其zui高位只能顯示 0 或1(0 通常不顯示)。3 2/3位(讀作“三又三分之二位")數(shù)字萬(wàn)用表的zui高位只能顯示0~2的數(shù)字,故zui大顯示值為±2999。在同樣情況下,它要比3 1/2位的數(shù)字萬(wàn)用表的量限高50%,尤其在測(cè)量380V 的交流電壓是很有價(jià)值。
普及型數(shù)字萬(wàn)用表一般屬于3 1/2位顯示的手持式萬(wàn)用表,4 1/2,5 1/2
位(6位以下)數(shù)字萬(wàn)用表分為手持式、臺(tái)式兩種。6 1/2位以上大多屬于臺(tái)式數(shù)字萬(wàn)用表。
數(shù)字萬(wàn)用表采用先進(jìn)的數(shù)顯技術(shù),顯示清晰直觀、讀書準(zhǔn)確。它既能保證了讀數(shù)的客觀性,又符合人們的讀數(shù)習(xí)慣,能夠縮短讀數(shù)或記錄時(shí)間。這些優(yōu)點(diǎn)是傳統(tǒng)的模擬式(即指針式)萬(wàn)用表所不具備的。
準(zhǔn)確度(精度)
數(shù)字萬(wàn)用表的準(zhǔn)確度是測(cè)量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的綜合。它表示測(cè)量值與真值的一致程度,也反映測(cè)量誤差的大小。一般講準(zhǔn)確度愈高,測(cè)量誤差就愈小,反之亦然。
數(shù)字萬(wàn)用表的準(zhǔn)確度遠(yuǎn)優(yōu)于模擬指針萬(wàn)用表。萬(wàn)用表的準(zhǔn)確度是一個(gè)很重要的指標(biāo),它反映萬(wàn)用表的質(zhì)量和工藝能力,準(zhǔn)確度差的萬(wàn)用表很難表達(dá)出真實(shí)的值,容易引起測(cè)量上的誤判。
分辨力(分辨率)
數(shù)字萬(wàn)用表在zui低電壓量程上末位1個(gè)字所對(duì)應(yīng)的電壓值,稱作分辨力,它反映出儀表靈敏度的高低。數(shù)字?jǐn)?shù)字儀表的分辨力隨顯示位數(shù)的增加而提高。不同位數(shù)的數(shù)字萬(wàn)用表所能達(dá)到的zui高分辨力指標(biāo)不同。
數(shù)字萬(wàn)用表的分辨力指標(biāo)亦可用分辨率來(lái)顯示。分辨率是指儀表能顯示的zui小數(shù)字(零除外)與zui大數(shù)字的百分比。
需要指出,分辨率與準(zhǔn)確度屬于兩個(gè)不同的概念。
前者表征儀表的“靈敏性",即對(duì)微小電壓的“識(shí)別"能力;后者反映測(cè)量的“準(zhǔn)確性",即測(cè)量結(jié)果與真值的一致程度。二者無(wú)必然的,因此不能混為一談,更不得將分辨力(或分辨率)誤以為是類似于準(zhǔn)確度則取決于儀表內(nèi)部 A/D 轉(zhuǎn)換器、功能轉(zhuǎn)換器得綜合誤差以及量化誤差。從測(cè)量角度看,分辨力是“虛"指標(biāo)(與測(cè)量誤差無(wú)關(guān)),準(zhǔn)確度才是“實(shí)"指標(biāo)(它決定測(cè)量誤差得大小)。因此,任意增加顯示位數(shù)來(lái)提高儀表分辨力得方案是不可取得。
測(cè)量范圍
在多功能數(shù)字萬(wàn)用表中,不同功能均有其對(duì)應(yīng)得可以測(cè)量得zui大值和zui小值。
測(cè)量速率
數(shù)字萬(wàn)用表每秒鐘對(duì)被測(cè)電量的測(cè)量次數(shù)叫測(cè)量速率,其單位是“次/s"。它主要取決于 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率。有的手持式數(shù)字萬(wàn)用表用測(cè)量周期來(lái)表示測(cè)量的快慢。完成一次測(cè)量過(guò)程所需要的時(shí)間叫測(cè)量周期。
測(cè)量速率與準(zhǔn)確度指標(biāo)存在著矛盾,通常是準(zhǔn)確度愈高,
測(cè)量速率愈低,二者難以兼顧。解決這一矛盾可在同一塊萬(wàn)用表設(shè)置不同的顯示位數(shù)或設(shè)置測(cè)量速度轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān):增設(shè)快速測(cè)量檔,該檔用于測(cè)量速率較快的 A/D 轉(zhuǎn)換器;通過(guò)降低顯示位數(shù)來(lái)大幅度提高測(cè)量速率,此法應(yīng)用的比較普通,可滿足不同用戶對(duì)測(cè)量速率的需要。
輸入阻抗
測(cè)量電壓時(shí),儀表應(yīng)具有很高的輸入阻抗,這樣在測(cè)量過(guò)程中從被測(cè)電路中吸取的電流極少,不會(huì)影響被測(cè)電路或信號(hào)源的工作狀態(tài),能夠減少測(cè)量誤差。
測(cè)量電流時(shí),儀表應(yīng)該具有很低的輸入阻抗,這樣接入被測(cè)電路后,可盡量減小儀表對(duì)被測(cè)電路的影響,但是在使用萬(wàn)用表電流檔時(shí),由于輸入阻抗較小,所以較容易燒壞儀表,請(qǐng)用戶在使用時(shí)注意。
數(shù)字萬(wàn)用表的分類
數(shù)字萬(wàn)用表按照量程轉(zhuǎn)換方式來(lái)分類,可劃分成三種類型:手動(dòng)量程(MAN RANGZ),自動(dòng)量程(AUTO RANGZ),自動(dòng)/手動(dòng)量程(AUTO/MAN RANGZ )。
根據(jù)功能、用途及價(jià)格的不同,數(shù)字萬(wàn)用表大致可分為9大類:
低檔數(shù)字萬(wàn)用表(亦稱普及型數(shù)字萬(wàn)用)、中檔數(shù)字萬(wàn)用表、中/數(shù)字萬(wàn)用表、數(shù)字/模擬混合式儀表,數(shù)字/模擬圖雙顯示的儀表、萬(wàn)用示波表(將數(shù)字萬(wàn)用表、數(shù)字存儲(chǔ)示波器等動(dòng)能集于一身)。
數(shù)字萬(wàn)用表的測(cè)試功能
數(shù)字萬(wàn)用表不僅可以測(cè)量直流電壓(DCV)、交流電壓(ACV),直流電流(DCA)、交流電流(ACA)、電阻(Ω)、二極管正向壓降(VF)、晶體管發(fā)射極電流放大系數(shù)(hrg)、還能測(cè)電容量(C)、電導(dǎo)(ns)、溫度(T)、頻率(f),并增加了用以檢查線路通斷的蜂鳴器檔(BZ)、低功率法測(cè)電阻檔(L0Ω)。有的儀表還具有電感檔、信號(hào)檔、AC/DC自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能,電容檔自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程功能。
數(shù)型數(shù)字萬(wàn)用表大多增加了下述新穎實(shí)用的測(cè)試功能:讀數(shù)保持(HOLD)、邏輯測(cè)試(LOGIC)、真有效值(TRMS)、相對(duì)值測(cè)量(RELΔ)、自動(dòng)關(guān)機(jī)(AUTO OFF POWER)等。
數(shù)字萬(wàn)用表的抗干擾能力
簡(jiǎn)單的數(shù)字萬(wàn)用表普遍采用積分式A/D轉(zhuǎn)換原理,
只要選擇正向積分時(shí)間恰好等于串楨干擾信號(hào)周期的整倍數(shù),就能有效地抑制串楨干擾。這是因?yàn)榇畼E干擾信號(hào)在正向積分階段被平均掉的緣故。中、低檔數(shù)字萬(wàn)用表的共楨抑制比(CMRR)可達(dá)86~120dB。
數(shù)字萬(wàn)用表的發(fā)展趨勢(shì)
集成化:手持式數(shù)字萬(wàn)用表采用單片 A/D 轉(zhuǎn)換器,外圍電路比較簡(jiǎn)單,只需少量輔助芯片和元器件。隨著單片數(shù)字萬(wàn)用表芯片不斷問(wèn)世,使用一片IC即可構(gòu)成功能比較完善的自動(dòng)量程數(shù)字萬(wàn)用表,為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和降低成本創(chuàng)造了有利條件。
功耗低:新型數(shù)字萬(wàn)用表普遍采用CMOS大規(guī)模集成電路的A/D轉(zhuǎn)換器,整機(jī)功耗很低。
普通萬(wàn)用表與數(shù)字萬(wàn)用表的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比:
指針式與數(shù)字式萬(wàn)用表各有優(yōu)缺點(diǎn)。
指針萬(wàn)用表是一種平均值式儀表,它具有直觀、形象的讀數(shù)指示。(一般讀數(shù)值與指針擺動(dòng)角度密切相關(guān),所以很直觀)。
數(shù)字萬(wàn)用表是瞬時(shí)取樣式儀表。它采用0.3秒取
一次樣來(lái)顯示測(cè)量結(jié)果,有時(shí)每次取樣結(jié)果只是十分相近,并不*相同,這對(duì)于讀取結(jié)果就不如指針式方便。指針式萬(wàn)用表一般內(nèi)部沒(méi)有放大器,所以內(nèi)阻較小。
數(shù)字式萬(wàn)用表由于內(nèi)部采用了運(yùn)放電路,內(nèi)阻可以做得很大,往往在1M歐或更大。(即可以得到更高的靈敏度)。這使得對(duì)被測(cè)電路的影響可以更小,測(cè)量精度較高。
指針式萬(wàn)用表由于內(nèi)阻較小,且多采用分立元件構(gòu)成分流分壓電路。所以頻率特性是不均勻的(相對(duì)數(shù)字式來(lái)說(shuō)),而數(shù)字式萬(wàn)用表的頻率特性相對(duì)好一點(diǎn)。 指針式萬(wàn)用表內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,所以成本較低,功能較少,維護(hù)簡(jiǎn)單,過(guò)流過(guò)壓能力較強(qiáng)。
數(shù)字式萬(wàn)用表內(nèi)部采用了多種振蕩,放大、分頻保護(hù)等電路,所以功能較多。比如可以測(cè)量溫度、頻率(在一個(gè)較低的范圍)、電容、電感,做信號(hào)發(fā)生器等等。
數(shù)字式萬(wàn)用表由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)多用集成電路所以過(guò)載能力較差,損壞后一般也不易修復(fù)。數(shù)字式萬(wàn)用表輸出電壓較低(通常不超過(guò)1伏)。對(duì)于一些電壓特性特殊的元件的測(cè)試不便(如可控硅、發(fā)光二極管等)。指針式萬(wàn)用表輸出電壓較高。電流也大,可以方便的測(cè)試可控硅、發(fā)光二極管等。
對(duì)于初學(xué)者應(yīng)當(dāng)使用指針式萬(wàn)用表,對(duì)于非初學(xué)者應(yīng)當(dāng)使用兩種儀表。