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萬用表

更新時間:2015-09-10       點(diǎn)擊次數(shù):2826
 本釋義
萬用表是一種帶有整流器的、可以測量交、直流電流、電壓及電阻等多種電學(xué)參量的磁電式儀表。對于每一種電學(xué)量,一般都有幾個量程。又稱多用電表或簡稱多用表。萬用表是由磁電系電流表(表頭),測量電路和選擇開關(guān)等組成的。通過選擇開關(guān)的變換,可方便地對多種電學(xué)參量進(jìn)行測量。其電路計算的主要依據(jù)是閉合電路歐姆定律。萬用表種類很多,使用時應(yīng)根據(jù)不同的要求進(jìn)行選擇。[1] 

基本功用

萬用表不僅可以用來測量被測量物體的電阻,
萬用表(圖1)萬用表(圖1)
交直流電壓還可以測量直流電壓。甚至有的萬用表還可以測量晶體管的主要參數(shù)以及電容器的電容量等。充分熟練掌握萬用表的使用方法是電子技術(shù)的zui基本技能之一。常見的萬用表有指針式萬用表和數(shù)字式萬用表。指針式多用表是一表頭為核心部件的多功能測量儀表,測量值由表頭指針指示讀取。數(shù)字式萬用表的測量值由液晶顯示屏直接以數(shù)字的形式顯示,讀取方便,有些還帶有語音提示功能。萬用表是公用一個表頭,集電壓表、電流表和歐姆表于一體的儀表。
萬用表的直流電流檔是多量程的直流電壓表。表頭并聯(lián)閉路式分壓電阻即可擴(kuò)大其電壓量程。萬用表的直流電壓檔是多量程的直流電壓表。表頭串聯(lián)分壓電阻即可擴(kuò)大其電壓量程。分壓電阻不同,相應(yīng)的量程也不同。萬用表的表頭為磁電系測量機(jī)構(gòu),它只能通過直流,利用二極管將交流變?yōu)橹绷鳎瑥亩鴮?shí)現(xiàn)交流電的測量。

結(jié)構(gòu)組成

萬用表由表頭、測量電路及轉(zhuǎn)換開關(guān)等三個主要部分組成。
萬用表(圖2)萬用表(圖2)
萬用表是電子測試領(lǐng)域zui基本的工具,也是一種使用廣泛的測試儀器。萬用表又叫多用表、三用表(A,V,Ω也即電流,電壓,電阻三用)、復(fù)用表、表,萬用表分為指針式萬用表和數(shù)字萬用表,還有一種帶示波器功能的示波萬用表,是一種多功能、多量程的測量儀表。一般萬用表可測量直流電流、直流電壓、交流電壓、電阻和音頻電平等,有的還可以測交流電流、電容量、電感量、溫度及半導(dǎo)體(二極管、三極管)的一些參數(shù)。數(shù)字式萬用表已成為主流,已經(jīng)取代模擬式儀表。與模擬式儀表相比,數(shù)字式儀表靈敏度高,度高,顯示清晰,過載能力強(qiáng),便于攜帶,使用也更方便簡單。
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(shù)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(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“-”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??潭染€下的幾行數(shù)字是與選擇開關(guān)的不同檔位相對應(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)是一個多檔位的旋轉(zhuǎn)開關(guān)。用來選擇測量項(xiàng)目和量程。
萬用表(圖3)萬用表(圖3)
一般的萬用表測量項(xiàng)目包括:“mA”;直流電流、“V(-)":直流電壓、“V(~)”:交流電壓、“Ω”:電阻。每個測量項(xiàng)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(yīng)將紅色表筆插入標(biāo)有“+”號的插孔,黑色表筆插入標(biāo)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(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(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:*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,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,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,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(圖4)萬用表(圖4)
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。zui常用的芯片是ICL7106(3位半LCD手動量程經(jīng)典芯片,后續(xù)版本為7106A,7106B,7206,7240等等),ICL7129(4位半LCD手動量程經(jīng)典芯片),ICL7107(3位半LED手動量程經(jīng)典芯片)。
測量線路
測量線路是用來把各種被測量轉(zhuǎn)換到適合表頭測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)行測量。
轉(zhuǎn)換開關(guān)
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(zhuǎn)換開關(guān)一般是一個圓形撥盤,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。
萬用表(圖5)萬用表(圖5)
當(dāng)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(lián)與串聯(lián)一些電阻進(jìn)行分流或降壓,從而測出電路中的電流、電壓和電阻。

設(shè)計原理

數(shù)字萬用表的測量過程由轉(zhuǎn)換電路將被測量轉(zhuǎn)換成直流電壓信號,
萬用表(圖6)萬用表(圖6)
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,然后通過電子計數(shù)器計數(shù),zui后把測量結(jié)果用數(shù)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(zhuǎn)換電路部分實(shí)現(xiàn)的,而電流、電阻的測量都是基于電壓的測量,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)換器將隨時間連續(xù)變化的模擬電壓量變換成數(shù)字量,再由電子計數(shù)器對數(shù)字量進(jìn)行計數(shù)得到測量結(jié)果,再由譯碼顯示電路將測量結(jié)果顯示出來。邏輯控制電路控制電路的協(xié)調(diào)工作,在時鐘的作用下按順序完成整個測量過程。

數(shù)字萬用表

數(shù)字萬用表是目前zui常用的一種數(shù)字儀表。其主要特點(diǎn)是準(zhǔn)確度高、
萬用表(圖7)萬用表(圖7)
分辨率強(qiáng)、測試功能完善、測量速度快、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)字萬用表在我國獲得迅速普及與廣泛使用,已成為現(xiàn)代電子測量與維修工作的*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,型號各異。每個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,有時甚至?xí)蛉硕悺5珜τ谑殖质剑ㄐ湔涫剑?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),測試范圍寬,測試功能齊全,抗干擾能力強(qiáng),保護(hù)電路比較完善,外形美觀、大方、操作簡便、靈活、可靠性好,功耗較低,便于攜帶、價格適中等等。
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zui大顯示值中zui高位數(shù)字為分子,用滿量程時計數(shù)值為2000 ,這表明該儀表有3個整數(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(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
萬用表(圖8)萬用表(圖8)
位(6位以下)數(shù)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(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)確度是測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機(jī)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(zhǔn)確度愈高,測量誤差就愈小,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,容易引起測量上的誤判。
分辨力(分辨率)
數(shù)字萬用表在zui低電壓量程上末位1個字所對應(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zui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)確度屬于兩個不同的概念。
萬用表(圖9)萬用表(圖9)
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(zhǔn)確性”,即測量結(jié)果與真值的一致程度。二者無必然的,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。從測量角度看,分辨力是“虛”指標(biāo)(與測量誤差無關(guān)),準(zhǔn)確度才是“實(shí)”指標(biāo)(它決定測量誤差得大小)。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。
測量范圍
在多功能數(shù)字萬用表中,不同功能均有其對應(yīng)得可以測量得zui大值和zui小值。
測量速率
數(shù)字萬用表每秒鐘對被測電量的測量次數(shù)叫測量速率,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(zhǔn)確度指標(biāo)存在著矛盾,通常是準(zhǔn)確度愈高,
萬用表(圖10)萬用表(圖10)
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(shè)置不同的顯示位數(shù)或設(shè)置測量速度轉(zhuǎn)換開關(guān):增設(shè)快速測量檔,該檔用于測量速率較快的 A/D 轉(zhuǎn)換器;通過降低顯示位數(shù)來大幅度提高測量速率,此法應(yīng)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(yīng)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(tài),能夠減少測量誤差。
測量電流時,儀表應(yīng)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。
數(shù)字萬用表的分類
數(shù)字萬用表按照量程轉(zhuǎn)換方式來分類,可劃分成三種類型:手動量程(MAN RANGZ),自動量程(AUTO RANGZ),自動/手動量程(AUTO/MAN RANGZ )。
根據(jù)功能、用途及價格的不同,數(shù)字萬用表大致可分為9大類:
萬用表(圖11)萬用表(圖11)
低檔數(shù)字萬用表(亦稱普及型數(shù)字萬用)、中檔數(shù)字萬用表、中/數(shù)字萬用表、數(shù)字/模擬混合式儀表,數(shù)字/模擬圖雙顯示的儀表、萬用示波表(將數(shù)字萬用表、數(shù)字存儲示波器等動能集于一身)。
數(shù)字萬用表的測試功能
數(shù)字萬用表不僅可以測量直流電壓(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)、低功率法測電阻檔(L0Ω)。有的儀表還具有電感檔、信號檔、AC/DC自動轉(zhuǎn)換功能,電容檔自動轉(zhuǎn)換量程功能。
數(shù)型數(shù)字萬用表大多增加了下述新穎實(shí)用的測試功能:讀數(shù)保持(HOLD)、邏輯測試(LOGIC)、真有效值(TRMS)、相對值測量(RELΔ)、自動關(guān)機(jī)(AUTO OFF POWER)等。
數(shù)字萬用表的抗干擾能力
簡單的數(shù)字萬用表普遍采用積分式A/D轉(zhuǎn)換原理,
萬用表(圖12)萬用表(圖12)
只要選擇正向積分時間恰好等于串楨干擾信號周期的整倍數(shù),就能有效地抑制串楨干擾。這是因?yàn)榇畼E干擾信號在正向積分階段被平均掉的緣故。中、低檔數(shù)字萬用表的共楨抑制比(CMRR)可達(dá)86~120dB。
數(shù)字萬用表的發(fā)展趨勢
集成化:手持式數(shù)字萬用表采用單片 A/D 轉(zhuǎn)換器,外圍電路比較簡單,只需少量輔助芯片和元器件。隨著單片數(shù)字萬用表芯片不斷問世,使用一片IC即可構(gòu)成功能比較完善的自動量程數(shù)字萬用表,為簡化設(shè)計和降低成本創(chuàng)造了有利條件。
功耗低:新型數(shù)字萬用表普遍采用CMOS大規(guī)模集成電路的A/D轉(zhuǎn)換器,整機(jī)功耗很低。
普通萬用表與數(shù)字萬用表的優(yōu)缺點(diǎn)對比:
指針式與數(shù)字式萬用表各有優(yōu)缺點(diǎn)。
指針萬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)值與指針擺動角度密切相關(guān),所以很直觀)。
數(shù)字萬用表是瞬時取樣式儀表。它采用0.3秒取
萬用表(圖13)萬用表(圖13)
一次樣來顯示測量結(jié)果,有時每次取樣結(jié)果只是十分相近,并不*相同,這對于讀取結(jié)果就不如指針式方便。指針式萬用表一般內(nèi)部沒有放大器,所以內(nèi)阻較小。
數(shù)字式萬用表由于內(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)。這使得對被測電路的影響可以更小,測量精度較高。
指針式萬用表由于內(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(相對數(shù)字式來說),而數(shù)字式萬用表的頻率特性相對好一點(diǎn)?!≈羔樖饺f用表內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單,所以成本較低,功能較少,維護(hù)簡單,過流過壓能力較強(qiáng)。
數(shù)字式萬用表內(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。比如可以測量溫度、頻率(在一個較低的范圍)、電容、電感,做信號發(fā)生器等等。
數(shù)字式萬用表由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)多用集成電路所以過載能力較差,損壞后一般也不易修復(fù)。數(shù)字式萬用表輸出電壓較低(通常不超過1伏)。對于一些電壓特性特殊的元件的測試不便(如可控硅、發(fā)光二極管等)。指針式萬用表輸出電壓較高。電流也大,可以方便的測試可控硅、發(fā)光二極管等。
對于初學(xué)者應(yīng)當(dāng)使用指針式萬用表,對于非初學(xué)者應(yīng)當(dāng)使用兩種儀表。
 

 

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