万用表基础知识-电子信息与控制技术实验教学中心版-Pow

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。142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DVM，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0.1mV100%0.05%200mV1100%0.05%2000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。(%%)xmVVV(%%)mxxVVVV%xV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。%mV(%)xVVn字(0.01%0.005%)mxVV%mVV%%%mV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10MΩ~1000MΩ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。万用表的使用万用表的使用如何正确、巧妙地运用万用表，直接关系着测量结果的准确程度，甚至还会影响到万用表的寿命和安全。1.在使用万用表之前，应充分了解其技术性能及特点，必须熟悉各个选择开关、旋钮、按键和插孔的作用，搞清选择开关的分档位置与表盘刻度尺之间的对应关系。2.要注意万用表的测试工作环境。对于模拟式万用表，保证准确性的工作环境温度通常规定为23℃±10℃，若温度偏差太大，将影响表头的灵敏度，并改变表内元件的参数，造成温度误差；环境湿度一般为40％～60％，极限范围为25％～80％，过于潮湿会降低万用表的绝缘强度，并促使表内元件蜕化变质。由于这种表属于磁电式仪表，故在使用时不要接近较大的导磁材料，如避免直接放置于钢铁材料工作台面或尺寸较大的铁质设备上，表的附近更不能存在较强的电磁场。对于数字万用表，要倍加关注环境温、湿度因素对测试性能和万用表本身的影响。由于显示屏液晶材料是介于固体和液态之间的一种晶状物质，当温度过高时将会发生液化，而温度低于0℃时则可能发生固化，这种现象均会降低其使用寿命。再者，尽管通常情况下规定的工作温度范围一般是0℃～40℃，但准确度指标是在特定的温、湿度状况下才能保证的，超出此范围将引起附加误差。如DT1000型四位半万用表的准确度是在23℃±5℃、相对湿度低于75％时测取的，且有效时间仅定为一年。万用表的使用万用表的使用3.转到满度值的2/3～3/4位置时测量误差较小，愈接近满度值，其误差亦愈小。欧姆档则不同，应使表针尽量落在欧姆刻度尺中心位置附近较为理想，愈接近中心则愈准确。对于数字万用表，其档位的选择以求最大限度地显示被测数据有效数字的位数为目标。4.于相应测量种类的最高档位，然后根据测量显示(指示)值的大小而适当变更。对于自动转换量程的数字万用表，则可免去这种顾虑，并能可靠地避免过载现象。然而，这种表的测量过程较长，即使被测电量十分微小，也必须遵守程序规则，自动地从最高量程逐渐降低，直至适宜为止。与此相反，有的数字万用表则是从最低量程向最高量程逐档自动变换的。5.重的冲击将导致表壳破裂、数字万用表的液晶显示屏失效、模拟式万用表的表头磁钢退磁而造成灵敏度下降、表头可动部分(动圈、游丝、轴尖等)损坏等，还要尽量避免阳光直射、灰尘弥漫的空气和腐蚀性物质对万用表的损害。万用表的使用万用表的使用6.R×100Ω或R×1kΩ档，而不宜采用R×1Ω和R×10kΩ档。因为R×1Ω档不便于观测管子的漏电流；而R×10kΩ档因其内部装有高压电池(MF24型、500型为9V；MF10型、MF12型和MF30型为15V；MF5型、MF121型为22.5V)，势必导致某些耐压较低的管子被高电压击穿而产生错误的测试结果，甚至造成被测管子损坏。由于数字万用表欧姆档的内阻很高，所能提供的测试电流极其微弱(如20kΩ档：DT－830型为75μA；DT－840D型为60μA)，在判别半导体元件时不足以克服PN结的死区电压，因而测出的阻值比模拟式万用表高出许多，而且两种表的读数之间不存在线性比例关系，故构不成判断管子性能优劣的依据，应当改换至二极管测试档上进行检测。7.高电位相接而带正电，黑表笔因接表内虚地而带负电，这显然与模拟式万用表欧姆档上表笔的带电极性完全相反，在检测有极性元件或相关电路时，要务必充分注意。8.的供电电源，如果被测对象中含有储电量较大的电容器时，还必须以适当的方式对其放电，在确认被测部分没有电源性因素的前提下，方可进行测量，否则，极易损坏万用表，尤其是模拟式万用表。万用表的使用万用表的使用9.(包括含有低内阻电源的网络和低值负载电阻的网络)的电流时，应尽量选择较大的电流量程；在测量高内阻电路(或电源)的电压时，模拟式万用表应尽量选择较高的电压量程，数字式万用表因其内阻较高而比较容易满足测试要求。10.阻。前者极易损坏万用表，后者往往造成被测表头打坏表针，甚至可能烧坏动圈。11.对于数字万用表，当被测电流较大时(如大于200mA)，应当改用电表面板上的大电流专用插孔(如10A或20A等)插接表笔，但绝大多数电表的大电流量程没有设置过流保护措施，必须提防过载现象。除此之外，也不得将电表长期串入负荷线路中作为大量程电流表使用，测量时间一般不能超过15秒。12.普通万用表交流测量档只适宜测量正弦波电压或电流的有效值，它不能直接测量锯齿波、三角波、方波等非正弦电量。即便是正弦波电量，其频率参数和波形失真度也必须符合万用表的技术条件，否则，测量误差将显著增大。非正弦波电压或电流的有效值一般可用电动式、电磁式仪表或有效值数字万用表进行测量。万用表的使用万用表的使用13.较高电压和较大电流的情况下，选择开关在切换过程中很容易产生电弧而烧伤开关的触点，并损坏内部元件及线路。14.随意扩大或减小。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