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表頭
萬用表的表頭是靈敏電流計(jì)。表頭上的表盤印有多種符號(hào),刻度線和數(shù)值。符號(hào)A一V一Ω表示這只電表是可以測(cè)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(biāo)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(hào)“-”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(shù)字是與選擇開關(guān)的不同檔位相對(duì)應(yīng)的刻度值。
表頭上還設(shè)有機(jī)械零位調(diào)整旋鈕,用以校正指針在左端零位。
選擇開關(guān)
萬用表的選擇開關(guān)是一個(gè)多檔位的旋轉(zhuǎn)開關(guān)。用來選擇測(cè)量項(xiàng)目和量程。
一般的萬用表測(cè)量項(xiàng)目包括:“mA”;直流電流、“V(-)":直流電壓、“V(~)”:交流電壓、“Ω”:電阻。每個(gè)測(cè)量項(xiàng)目又劃分為幾個(gè)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(shí)應(yīng)將紅色表筆插入標(biāo)有“+”號(hào)的插孔,黑色表筆插入標(biāo)有“-”號(hào)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(biāo)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(zhuǎn)時(shí)流過表頭的直流電流值,這個(gè)值越小,表頭的靈敏度愈高。測(cè)電壓時(shí)的內(nèi)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(biāo)有R或Ω,指示的是電阻值,轉(zhuǎn)換開關(guān)在歐姆擋時(shí),即讀此條刻度線。第二條標(biāo)有∽和VA,指示的是交、直流電壓和直流電流值,當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)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(shí),即讀此條刻度線。第三條標(biāo)有10V,指示的是10V的交流電壓值,當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)在交、直流電壓擋,量程在交流10V時(shí),即讀此條刻度線。第四條標(biāo)有dB,指示的是音頻電平。
表頭(數(shù)字式)
數(shù)字萬用表的表頭一般由一只A/D(模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換出來的數(shù)字,一般也稱為3 1/2位數(shù)字萬用表,4 1/2位數(shù)字萬用表等等。常用的芯片是ICL7106(3位半LCD手動(dòng)量程經(jīng)典芯片,后續(xù)版本為7106A,7106B,7206,7240等等),ICL7129(4位半LCD手動(dòng)量程經(jīng)典芯片),ICL7107(3位半LED手動(dòng)量程經(jīng)典芯片)。
測(cè)量線路
測(cè)量線路是用來把各種被測(cè)量轉(zhuǎn)換到適合表頭測(cè)量的微小直流電流的電路,它由電阻、半導(dǎo)體元件及電池組成
它能將各種不同的被測(cè)量(如電流、電壓、電阻等)、不同的量程,經(jīng)過一系列的處理(如整流、分流、分壓等)統(tǒng)一變成一定量限的微小直流電流送入表頭進(jìn)行測(cè)量。
轉(zhuǎn)換開關(guān)
其作用是用來選擇各種不同的測(cè)量線路,以滿足不同種類和不同量程的測(cè)量要求。轉(zhuǎn)換開關(guān)一般是一個(gè)圓形撥盤,在其周圍分別標(biāo)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(dāng)微小電流通過表頭,就會(huì)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(lián)與串聯(lián)一些電阻進(jìn)行分流或降壓,從而測(cè)出電路中的電流、電壓和電阻。
設(shè)計(jì)原理
數(shù)字萬用表的測(cè)量過程由轉(zhuǎn)換電路將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào),再由模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器將電壓模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,然后通過電子計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù),后把測(cè)量結(jié)果用數(shù)字直接顯示在顯示屏上。
萬用表測(cè)量電壓、電流和電阻功能是通過轉(zhuǎn)換電路部分實(shí)現(xiàn)的,而電流、電阻的測(cè)量都是基于電壓的測(cè)量,也就是說數(shù)字萬用表是在數(shù)字直流電壓表的基礎(chǔ)上擴(kuò)展而成的。
數(shù)字直流電壓表A/D轉(zhuǎn)換器將隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬電壓量變換成數(shù)字量,再由電子計(jì)數(shù)器對(duì)數(shù)字量進(jìn)行計(jì)數(shù)得到測(cè)量結(jié)果,再由譯碼顯示電路將測(cè)量結(jié)果顯示出來。邏輯控制電路控制電路的協(xié)調(diào)工作,在時(shí)鐘的作用下按順序完成整個(gè)測(cè)量過程。
常用類型
數(shù)字萬用表是目前常用的一種數(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、過濾能力強(qiáng)、耗電省,便于攜帶。進(jìn)入 90 年代以來,數(shù)字萬用表在我國(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)萬用表。
數(shù)字萬用表亦稱為數(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)字萬用表。選擇數(shù)字萬用表的原則很多,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)字萬用表的主要指標(biāo)、顯示位數(shù)及顯示特點(diǎn)
數(shù)字萬用表的顯示位數(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)值是以大顯示值中位數(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)字萬用表的高位只能顯示0~2的數(shù)字,故大顯示值為±2999。在同樣情況下,它要比3 1/2位的數(shù)字萬用表的量限高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(shù)字萬用表分為手持式、臺(tái)式兩種。6 1/2位以上大多屬于臺(tái)式數(shù)字萬用表。
數(shù)字萬用表采用先進(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)萬用表所不具備的。
準(zhǔn)確度(精度)
數(shù)字萬用表的準(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)字萬用表的準(zhǔn)確度遠(yuǎn)優(yōu)于模擬指針萬用表。萬用表的準(zhǔn)確度是一個(gè)很重要的指標(biāo),它反映萬用表的質(zhì)量和工藝能力,準(zhǔn)確度差的萬用表很難表達(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)字萬用表在低電壓量程上末位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)字萬用表所能達(dá)到的高分辨力指標(biāo)不同。
數(shù)字萬用表的分辨力指標(biāo)亦可用分辨率來顯示。分辨率是指儀表能顯示的小數(shù)字(零除外)與大數(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。二者無必然的聯(lián)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(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)字萬用表中,不同功能均有其對(duì)應(yīng)得可以測(cè)量得大值和小值。
測(cè)量速率
數(shù)字萬用表每秒鐘對(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)字萬用表用測(cè)量周期來表示測(cè)量的快慢。完成一次測(cè)量過程所需要的時(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;通過降低顯示位數(shù)來大幅度提高測(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。