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技術支持

?萬用表的介紹及工作原理
發布時間:2019-12-14   點擊次數:87次

表頭
萬用表的表頭是靈敏電流計。表頭上的表盤印有多種符號,刻度線和數值。符號A一V一Ω表示這只電表是可以測量電流、電壓和電阻的多用表。表盤上印有多條刻度線,其中右端標有“Ω”的是電阻刻度線,其右端為零,左端為∞,刻度值分布是不均勻的。符號“-”或“DC”表示直流,“~”或“AC”表示交流,“~”表示交流和直流共用的刻度線。刻度線下的幾行數字是與選擇開關的不同檔位相對應的刻度值。
表頭上還設有機械零位調整旋鈕,用以校正指針在左端零位。
選擇開關
萬用表的選擇開關是一個多檔位的旋轉開關。用來選擇測量項目和量程。
一般的萬用表測量項目包括:“mA”;直流電流、“V(-)":直流電壓、“V(~)”:交流電壓、“Ω”:電阻。每個測量項目又劃分為幾個不同的量程以供選擇。
表筆和表筆插孔
表筆分為紅、黑二只。使用時應將紅色表筆插入標有“+”號的插孔,黑色表筆插入標有“-”號的插孔。
表頭(指針式)
它是一只高靈敏度的磁電式直流電流表,萬用表的主要性能指標基本上取決于表頭的性能。表頭的靈敏度是指表頭指針滿刻度偏轉時流過表頭的直流電流值,這個值越小,表頭的靈敏度愈高。測電壓時的內阻越大,其性能就越好。表頭上有四條刻度線,它們的功能如下:一條(從上到下)標有R或Ω,指示的是電阻值,轉換開關在歐姆擋時,即讀此條刻度線。第二條標有∽和VA,指示的是交、直流電壓和直流電流值,當轉換開關在交、直流電壓或直流電流擋,量程在除交流10V以外的其它位置時,即讀此條刻度線。第三條標有10V,指示的是10V的交流電壓值,當轉換開關在交、直流電壓擋,量程在交流10V時,即讀此條刻度線。第四條標有dB,指示的是音頻電平。
表頭(數字式)
數字萬用表的表頭一般由一只A/D(模擬/數字)轉換芯片+外圍元件+液晶顯示器組成,

萬用表的精度受表頭的影響,萬用表由于A/D芯片轉換出來的數字,一般也稱為3 1/2位數字萬用表,4 1/2位數字萬用表等等。常用的芯片是ICL7106(3位半LCD手動量程經典芯片,后續版本為7106A,7106B,7206,7240等等),ICL7129(4位半LCD手動量程經典芯片),ICL7107(3位半LED手動量程經典芯片)。
測量線路
測量線路是用來把各種被測量轉換到適合表頭測量的微小直流電流的電路,它由電阻、半導體元件及電池組成
它能將各種不同的被測量(如電流、電壓、電阻等)、不同的量程,經過一系列的處理(如整流、分流、分壓等)統一變成一定量限的微小直流電流送入表頭進行測量。
轉換開關
其作用是用來選擇各種不同的測量線路,以滿足不同種類和不同量程的測量要求。轉換開關一般是一個圓形撥盤,在其周圍分別標有功能和量程。
工作原理
萬用表的基本原理是利用一只靈敏的磁電式直流電流表(微安表)做表頭。
當微小電流通過表頭,就會有電流指示。但表頭不能通過大電流,所以,必須在表頭上并聯與串聯一些電阻進行分流或降壓,從而測出電路中的電流、電壓和電阻。
設計原理
數字萬用表的測量過程由轉換電路將被測量轉換成直流電壓信號,再由模/數(A/D)轉換器將電壓模擬量轉換成數字量,然后通過電子計數器計數,最后把測量結果用數字直接顯示在顯示屏上。
萬用表測量電壓、電流和電阻功能是通過轉換電路部分實現的,而電流、電阻的測量都是基于電壓的測量,也就是說數字萬用表是在數字直流電壓表的基礎上擴展而成的。
數字直流電壓表A/D轉換器將隨時間連續變化的模擬電壓量變換成數字量,再由電子計數器對數字量進行計數得到測量結果,再由譯碼顯示電路將測量結果顯示出來。邏輯控制電路控制電路的協調工作,在時鐘的作用下按順序完成整個測量過程。
常用類型
數字萬用表是目前常用的一種數字儀表。其主要特點是準確度高、
分辨率強、測試功能完善、測量速度快、顯示直觀、過濾能力強、耗電省,便于攜帶。進入 90 年代以來,數字萬用表在我國獲得迅速普及與廣泛使用,已成為現代電子測量與維修工作的必備儀表,并正在逐步取代傳統的模擬式(即指針式)萬用表。
數字萬用表亦稱為數字多用表(DMM),其種類繁多,型號各異。每個電子工作者都希望有一塊較理想的數字萬用表。選擇數字萬用表的原則很多,有時甚至會因人而異。但對于手持式(袖珍式)數字萬用表而言,大致應具備以下特點:顯示清晰,準確度高,分辨力強,測試范圍寬,測試功能齊全,抗干擾能力強,保護電路比較完善,外形美觀、大方、操作簡便、靈活、可靠性好,功耗較低,便于攜帶、價格適中等等。
數字萬用表的主要指標、顯示位數及顯示特點
數字萬用表的顯示位數通常為3 1/2位~8 1/2位。判定數字儀表的顯示位數有兩條原則:其一是,能顯示從0-9中所有數字的位數是整位數;其二是,分數位的數值是以最大顯示值中位數字為分子,用滿量程時計數值為2000 ,這表明該儀表有3個整數位,而分數位的分子是1,分母是2,故稱之為3 1/2位,讀作“三位半”,其高位只能顯示 0 或1(0 通常不顯示)。3 2/3位(讀作“三又三分之二位”)數字萬用表的高位只能顯示0~2的數字,故最大顯示值為±2999。在同樣情況下,它要比3 1/2位的數字萬用表的量限高50%,尤其在測量380V 的交流電壓是很有價值。
普及型數字萬用表一般屬于3 1/2位顯示的手持式萬用表,4 1/2,5 1/2
位(6位以下)數字萬用表分為手持式、臺式兩種。6 1/2位以上大多屬于臺式數字萬用表。
數字萬用表采用先進的數顯技術,顯示清晰直觀、讀書準確。它既能保證了讀數的客觀性,又符合人們的讀數習慣,能夠縮短讀數或記錄時間。這些優點是傳統的模擬式(即指針式)萬用表所不具備的。
準確度(精度)
數字萬用表的準確度是測量結果中系統誤差與隨機誤差的綜合。它表示測量值與真值的一致程度,也反映測量誤差的大小。一般講準確度愈高,測量誤差就愈小,反之亦然。
數字萬用表的準確度遠優于模擬指針萬用表。萬用表的準確度是一個很重要的指標,它反映萬用表的質量和工藝能力,準確度差的萬用表很難表達出真實的值,容易引起測量上的誤判。
分辨力(分辨率)
數字萬用表在最低電壓量程上末位1個字所對應的電壓值,稱作分辨力,它反映出儀表靈敏度的高低。數字數字儀表的分辨力隨顯示位數的增加而提高。不同位數的數字萬用表所能達到的高分辨力指標不同。
數字萬用表的分辨力指標亦可用分辨率來顯示。分辨率是指儀表能顯示的最小數字(零除外)與最大數字的百分比。
需要指出,分辨率與準確度屬于兩個不同的概念。
前者表征儀表的“靈敏性”,即對微小電壓的“識別”能力;后者反映測量的“準確性”,即測量結果與真值的一致程度。二者無必然的聯系,因此不能混為一談,更不得將分辨力(或分辨率)誤以為是類似于準確度則取決于儀表內部 A/D 轉換器、功能轉換器得綜合誤差以及量化誤差。從測量角度看,分辨力是“虛”指標(與測量誤差無關),準確度才是“實”指標(它決定測量誤差得大小)。因此,任意增加顯示位數來提高儀表分辨力得方案是不可取得。
測量范圍
在多功能數字萬用表中,不同功能均有其對應得可以測量得最大值和最小值。
測量速率
數字萬用表每秒鐘對被測電量的測量次數叫測量速率,其單位是“次/s”。它主要取決于 A/D 轉換器的轉換速率。有的手持式數字萬用表用測量周期來表示測量的快慢。完成一次測量過程所需要的時間叫測量周期。
測量速率與準確度指標存在著矛盾,通常是準確度愈高,
測量速率愈低,二者難以兼顧。解決這一矛盾可在同一塊萬用表設置不同的顯示位數或設置測量速度轉換開關:增設快速測量檔,該檔用于測量速率較快的 A/D 轉換器;通過降低顯示位數來大幅度提高測量速率,此法應用的比較普通,可滿足不同用戶對測量速率的需要。
輸入阻抗
測量電壓時,儀表應具有很高的輸入阻抗,這樣在測量過程中從被測電路中吸取的電流極少,不會影響被測電路或信號源的工作狀態,能夠減少測量誤差。
測量電流時,儀表應該具有很低的輸入阻抗,這樣接入被測電路后,可盡量減小儀表對被測電路的影響,但是在使用萬用表電流檔時,由于輸入阻抗較小,所以較容易燒壞儀表,請用戶在使用時注意。

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