*,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儀器,由于其價格低廉、操作簡單、功能齊全、使用廣泛等特點(diǎn),專業(yè)電子工程師使用上往往忽略以下問題:1.由于萬用表的精度、分辨率不夠,憑估測判斷,往往導(dǎo)致“人為”的誤差:2.由于各種萬用表測試方法不同,在不同信號和非正弦波標(biāo)準(zhǔn)信號測試中萬用表往往導(dǎo)致“誤差”:3.操作上的安全性、可靠性和保護(hù)性:由于萬用表本身的保護(hù)性差,測試中需要測試人員不能絲毫馬虎,否則導(dǎo)致萬用表不必要的損壞……,因此,根據(jù)本人多年的經(jīng)驗,勸告使用者,請根據(jù)需要選擇您的萬用表!
那么如何選擇萬用表呢?
一、根據(jù)需要,選擇萬用表的顯示位數(shù),精度和分辨率。
根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB776-76的規(guī)定,電工儀表的精度等級分為七級,它們與引用誤差的關(guān)系列于表1中。
表1
精度等級 | 0.1 | 0.2 | 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2.5 | 5.0 |
引用誤差(%) | ±0.1 | ±0.2 | ±0.5 | ±1.0 | ±1.5 | ±2.5 | ±5.0 |
1. 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。
例如,在用數(shù)字萬用表測量電網(wǎng)電壓時,普通3 1/2位數(shù)字萬用表的zui高位只能是0或1,若要測量220V 或 380V 電網(wǎng)電壓,只能用三位顯示,該檔的分辨率僅為 1V 。相比之下,用 33/4 位的數(shù)字萬用表來測量電網(wǎng)電壓,zui高位可以顯示 0~3 ,這樣可以四位顯示,分辨率為 0.1V ,這與 4 1/2位的數(shù)字萬用表分辨力相同。
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 ,51/2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。
2. 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。
準(zhǔn)確度有三種表達(dá)方式,分別如下:
準(zhǔn)確度=±(a % RDG + b% FS ) ( 2.2.1 )
準(zhǔn)確度=±(a % RDG +n個字) ( 2.2.2 )
準(zhǔn)確度=±(a % RDG + b% FS + n個字) ( 2.2.3 )
式( 2.2.1 )中, RDG 為讀數(shù)值(即顯示值), FS 表示滿度值,括弧中前一項代表A/D 轉(zhuǎn)換器和功能轉(zhuǎn)換器(例如分壓器、分流器、真有效值轉(zhuǎn)換器)的綜合誤差,后一項是由于數(shù)字化處理而帶來的誤差。式( 2.2.2)中, n 是量化誤差反映在末位數(shù)字上的變化量,若把 n 個字的誤差折合成滿量程的百分?jǐn)?shù),即變成式( 2.2.1 )。式( 2.2.3)比較特殊,有些廠家用此種表達(dá)方式,后兩項中有一項表示其它環(huán)境或功能引入的誤差。
數(shù)字萬用表的準(zhǔn)確度遠(yuǎn)優(yōu)于模擬指針萬用表。以測量直流電壓的基本量程的準(zhǔn)確度指標(biāo)為例, 3位半可達(dá)到± 0.5 %, 4 位半可達(dá)到 0.03%等。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)出真實的值,容易引起測量上的誤判。
3. 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,例如:3 1/2位的萬用表100μV 。
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。例如,一般31/2位數(shù)字萬用表可顯示的zui小數(shù)字為1,zui大數(shù)字可為1999 ,故分辨率等于 1/1999≈0.05%。
需要指出,分辨率與準(zhǔn)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(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”指標(biāo)(它決定測量誤差得大?。?。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。
二、根據(jù)需要,選擇萬用表的測量方法和交流頻響
一般來講,萬用表的測量方法主要對交流信號測量而言,大家都知道交流信號很多種類和各種復(fù)雜情況,并且伴隨交流信號頻率的改變,出現(xiàn)各種頻率響應(yīng),影響萬用表的測量。萬用表對交流信號的測量,一般有二種方法:平均值和真有效值測量。平均值測量一般是對純正弦波而言,它采用估算平均的方法測量AC信號,而對非正弦波信號將會出現(xiàn)較大的誤差,同時,如果正弦波信號出現(xiàn)諧波干擾時,其測量誤差也會有很大改變,而真有效值測量,是用波形的瞬時峰值再乘以0.707來計算電流與電壓,保證在失真和噪聲系統(tǒng)中的讀數(shù)。這樣如果您需要檢測普通的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號,用平均值萬用表測量就不會到達(dá)真實的測量效果。同時交流信號的頻響也至關(guān)需要,有的可高達(dá)100KHz。
三、根據(jù)需要,選擇萬用表的功能和測量范圍
不同的萬用表,其生產(chǎn)廠家將會設(shè)計不同的功能測量范圍。一般來講,普通的萬用表都能測試交直流電壓、電流、電阻、通斷等,但是有的萬用表為了降低成本不設(shè)置電流功能。在此基礎(chǔ)上,有的萬用表考慮使用方便,增加了些其它功能。譬如:二極管、“萬用表電池測試”、三極管hef、電容、頻率、溫度等?,F(xiàn)在由于電子技術(shù)的發(fā)展,有些有名的廠家,像“Agilent、Fluke”等,在傳統(tǒng)參數(shù)和元件的基礎(chǔ)上,增加了更先進(jìn)的功能,譬如:占空比測試,dBm值測試,zui大、zui小值記錄保持功能等??傊f用表的功能將隨著測試的需要,有經(jīng)驗的廠家將會創(chuàng)造更多更*的功能。但是我們在追求萬用表功能的基礎(chǔ)上,也不能忽視其測量范圍,同樣測試電流,有的萬用表可到20A,而有的卻只有40mA或更小。
四、根據(jù)需要,選擇您的萬用表
和大多數(shù)儀器一樣,萬用表自身也有測量穩(wěn)定性,其測量結(jié)果的準(zhǔn)確性與其使用時間、環(huán)境溫濕度等相關(guān)。如果萬用表的穩(wěn)定性差,在使用一段時間后,萬用表有時就會“自相矛盾”——測量結(jié)果不一致。因此有些廠家非常注意此方面的問題:如像“Agilent、Fluke”等公司在zui近新產(chǎn)品銷售中允諾終身可溯源校準(zhǔn)和保修。
大多數(shù)維護(hù)工程師使用萬用表,zui擔(dān)心萬用表的保護(hù)性差,不經(jīng)意中表筆線插錯或測試檔錯誤,導(dǎo)致萬用表不必要的損害,影響工作。因此萬用表的安全性非常重要,有些好的萬用表自我保護(hù)性很好,像有些萬用表插錯表筆線時,會自動產(chǎn)生蜂鳴報警……這樣萬用表的選購,不要盲目貪圖便宜,要實用、好用才行。
五、根據(jù)需要,選用多功能的萬用表
像三節(jié)所述,由于電子科技的發(fā)展,很多萬用表增加了許多功能。
1.溫度測量
在電子維修時,有此功能的萬用表方便您檢驗電子元件的發(fā)熱程度,如焊接拔取元件時,測量溫度防止損傷元器件。
2.同時測量AC和DC分量
在電子測試中,我們所碰到的信號并非是很純真的交流或直流信號,我們需要觀測波形的總真有效值(包括AC和DC部分),以便分析電路的功耗量,找出部分零件燒壞的原因——DC失調(diào)。
3.dBm和毫伏值測量
所謂dBm值測量,即低電平測量----dB值測量。dB一般用此公式表達(dá):dB=20LogV測/V參。如果改變V參考電壓,通過測試比較,我們可以測量相對應(yīng)值:譬如用來分析電壓發(fā)大器的電壓增益。
4.尖峰保持
利用萬用表真有效值測量,我們在此功能可以測量寬度大于0.25毫秒非規(guī)則交流信號的瞬時峰值電壓,并且自動保持,有利于尋找元件和設(shè)備破壞的原因。
5.△相對值測定
利用此功能,我們可以進(jìn)行相對值測定,即我們測試電壓或電流與參考電壓或電流的差值,電容相對模式可以清除讀數(shù)中的雜散電容。
六、根據(jù)需要,選用新的安全標(biāo)準(zhǔn)
1. 需要安全標(biāo)準(zhǔn)的原因:電壓類峰——一個難以避免的危險
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