数字万用表的原理和使用，本文主要内容关键词为：原理论文,数字万用表论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
数字万用表是一种将所测的模拟量转换为数字量，由液晶显示板或LED数码管显示测量值的数字化测量仪表。它在很多方面的性能优于指针式万用表。随着微电子技术和产业的迅猛发展，目前国产的数字式万用表的性价比已经优于指针式万用表，常用的三位半型号的表价格在百元左右。所以在中学配备数字万用表供教师和学生分组实验使用，已成为必然的趋势。为此本文对数字万用表作一简单的介绍。
一、数字万用表的特点
1.比较优势
①显示清晰直观，易于读数。
②具有高准确度和高分辨率。例如三位半、四位半数字万用表的准确度分别可达±0.3%、±0.05%。数字万用表在最低电压量程上末位一个字所代表的电压值，称为仪表的分辨率，它反映了仪表灵敏度的高低。例如，三位半数字万用表的分辨率为1/1999≈±0.05%。
③测试功能强。不仅可以测量直流电压、交流电压、直流电流、交流电流、电阻、二极管正向压降、晶体管共发射极电流放大系数，许多产品还附有测量电容、电感、温度和频率等功能。用蜂鸣器挡能检查线路的通断。大多数数字万用表还有读数保持、自动关机功能。
④自动判别极性。即测量直流电流和电压时，红黑表笔对测量的输入极性没有严格要求，电流从黑表笔进入时，仪表显示值为负。
⑤自动调零。
⑥抗过载能力强。只要在仪表承受范围内，超量程时并不会对仪表造成损害。
⑦电压挡具有高的输入阻抗，一般在10MΩ以上。测量时常可忽略其对电路产生的分流作用。
2.比较弱势
①测量时不如指针式仪表那样能清楚直观地显示指针偏转的过程，在观察充放电等过程时不够方便。
②数字万用表的量程转换开关通常与电路板是一体的，触点容量小，耐压不很高，有的机械强度不够高，寿命不够长，导致用旧以后换挡不可靠。
③一般万用表的V／Ω挡共用一个表笔插孔，而A挡单独用一个插孔。使用时应注意根据被测量调换插孔，否则可能造成测量错误或仪表损坏。
④虽然耗电并不费（20mA左右），但由于使用9V积层电池，电池使用寿命短，需要经常更换。
二、数字式多用电表的结构和工作原理
1.基本组成
数字万用表的基本组成见图1。
图1
整个表是以一个200mV的数字式测量表头为核心组成的。表头将输入信号进行模数(A/D)转换并经其译码、驱动电路，最后从液晶屏（或LED数码管）显示出来。以常见的三位半数字表为例，显示数值的范围为0.0～199.9，其首位数只可能显示“1”，后三位数可以显示“0”到“9”的任意一个数，所以称为三位半。所有其他量（或挡）的测量都将转换成满量程对应于200mV电压的信号输入表头进行测量。有些表首位能显示“1”“2”“3”，后三位数可以显示“0”到“9”的任意一个数，这样的表称为三又四分之三位表。其他类型依此类推。
2.直流电压测量电路
电路如图2所示，所用的多挡分压电路与指针式多用表不同。因表头内阻极高（大多在
以上），选用任何一个量程时，表的内阻都是10MΩ，远大于指针式电压表的内阻。因此用它测量电压时，对被测电路的分流作用可以忽略，明显优于指针表。
图2
3.直流电流测量电路
电路如图3所示，所用的多挡分流电路的工作原理是用电阻取样，得到0～199 mV的电压送给数字表头。
图3
4.交流电压测量电路（AC-DC变换器）
一般先采用分压电路，区分出不同的量程。然后由运算放大器、二极管和RC滤波器等组成的线性全波整流电路将交流电压转换成直流电压。最后输入200mV直流电压表头进行测量。由于采用了专门的线性整流电路，提高了测量的灵敏度和准确度，并且避免了指针式多用表中用二极管整流造成刻度的非线性。具体电路本文从略。
5.电阻测量电路
电阻挡采用的是比例法测量原理。将被测电阻与基准电阻（阻值已知）串联，测出两者各自的电压，即可得到被测的电阻值。
其余各挡依此类推。
数字万用表多量程电阻挡电路如图4所示。
图4
6.电容测量电路（C/U转换器）
数字万用表利用容抗法原理测电容。首先由内部电路（文氏桥振荡器）产生400Hz正弦波信号，利用它将电容量转变成容抗
，然后将其转换成交流电压信号，再经AC/DC转换器取出平均值电压送至表头。因
成正比，故只需适当调节电路参数即可直读电容量。总之，测量电容量的过程可归纳为：文氏桥振荡器→4C/U转换器→AC/DC转换器→A/D转换器。具体电路较复杂，本文不再详述。
7.若干扩展功能（不是全部型号的数字万用表）
如测量二极管和三极管的某些参数、电容、频率、温度等。其测量原理本文从略。
三、数字万用表的使用方法和注意事项
使用前，要仔细阅读该产品的说明书，了解其特点、技术指标（如各个功能和量程的准确度）、操作方法和注意事项等。下面仅说明一些要点：
①做任何一项测量，都需要用开关接通内装的9V积层电池，使表中的集成芯片和电路工作。当两次测量间隔的时间较长时，最好及时用“ON/OFF”开关切断表中的电源以节约电能。
②黑表笔的插头插入“COM”孔。测量电压和电阻时，红表笔的插头应插入“V／Ω”孔；测量电流时，红表笔的插头应插入“mA”或“10A”孔。
③测量直流电压和电流时，若电流从红表笔流入，则显示的数值为正；相反时，则显示的数值为负。也就是能够自动识别和显示极性，不存在表针反打的问题。
④测量正弦交流电压和电流时，频率要在40～400Hz之间，结果显示的是有效值。
⑤电阻挡具有自动调零功能。测量时电流从红表笔流出，进入被测量的元件（指针式多用表电阻挡的测量电流则是从黑表笔流出的）。
⑥当被测的量程超出所选用的量程时，则只在首位显示出“1”，表示溢出，提醒用户改用较大的量程。
⑦由于数据的采样有一定的间隔时间（约为3次／秒），表中的电路达到稳定也需要一些时间，所以要等待显示的数值稳定后读数。有时末一位数跳动，是由于被测的量不稳定造成的。
⑧要选择合适的量程，使测量出的数值位数尽量多，以减少测量结果的相对误差。
⑨有一个标有二极管和音符图形的专门挡位。它有两个功能：一是判别二极管的正负极。当有具体的数值显示（而非溢出）时，与红表笔接触的那端是二极管的正极，与黑表笔接触的那端是二极管的负极。此时显示数值是该二极管在这个测量条件下导通的正向电压。二是测试电路的通断。用表内蜂鸣器发声显示，而无需看液晶屏，十分方便。但是要求电路导通时的电阻＜70Ω。
⑩测量电容不使用表笔，而将电容器的引线插入标有“CX”的专用插口中。插入前，要将电容器短路放电。
(11)不要过分依赖表中的自动过载保护。
(12)当液晶屏上显示一个电池的小图形时，表明电池的电量不足，会导致测量误差增大。要打开后盖，更换相同规格的积层电池。