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万用表的介绍及工作原理

2015/6/19 9:50:35

表头

万用表的表头是灵敏电流计。表头上的表盘印有多种符号，刻度线和数值。符号A一V一Ω表示这只电表是可以测量电流、电压和电阻的多用表。表盘上印有多条刻度线，其中右端标有“Ω”的是电阻刻度线，其右端为零，左端为∞，刻度值分布是不均匀的。符号“－”或“DC”表示直流，“～”或“AC”表示交流，“～”表示交流和直流共用的刻度线。刻度线下的几行数字是与选择开关的不同档位相对应的刻度值。

表头上还设有机械零位调整旋钮，用以校正指针在左端零位。

选择开关

万用表的选择开关是一个多档位的旋转开关。用来选择测量项目和量程。

一般的万用表测量项目包括：“mA”；直流电流、“V（－）"：直流电压、“V（～）”：交流电压、“Ω”：电阻。每个测量项目又划分为几个不同的量程以供选择。

表笔和表笔插孔

表笔分为红、黑二只。使用时应将红色表笔插入标有“+”号的插孔，黑色表笔插入标有“－”号的插孔。

表头（指针式）

它是一只高灵敏度的磁电式直流电流表，万用表的主要性能指标基本上取决于表头的性能。表头的灵敏度是指表头指针满刻度偏转时流过表头的直流电流值，这个值越小，表头的灵敏度愈高。测电压时的内阻越大，其性能就越好。表头上有四条刻度线，它们的功能如下：第一条（从上到下）标有R或Ω，指示的是电阻值，转换开关在欧姆挡时，即读此条刻度线。第二条标有∽和VA,指示的是交、直流电压和直流电流值，当转换开关在交、直流电压或直流电流挡，量程在除交流10V以外的其它位置时，即读此条刻度线。第三条标有10V,指示的是10V的交流电压值，当转换开关在交、直流电压挡，量程在交流10V时，即读此条刻度线。第四条标有dB,指示的是音频电平。

表头（数字式）

数字万用表的表头一般由一只A/D（模拟/数字）转换芯片+外围元件+液晶显示器组成，

万用表的精度受表头的影响，万用表由于A/D芯片转换出来的数字，一般也称为3 1/2位数字万用表,4 1/2位数字万用表等等。最常用的芯片是ICL7106(3位半LCD手动量程经典芯片，后续版本为7106A,7106B,7206,7240等等）,ICL7129(4位半LCD手动量程经典芯片）,ICL7107(3位半LED手动量程经典芯片）。

测量线路

测量线路是用来把各种被测量转换到适合表头测量的微小直流电流的电路，它由电阻、半导体元件及电池组成

它能将各种不同的被测量（如电流、电压、电阻等）、不同的量程，经过一系列的处理（如整流、分流、分压等）统一变成一定量限的微小直流电流送入表头进行测量。

转换开关

其作用是用来选择各种不同的测量线路，以满足不同种类和不同量程的测量要求。转换开关一般是一个圆形拨盘，在其周围分别标有功能和量程。

工作原理

万用表的基本原理是利用一只灵敏的磁电式直流电流表（微安表）做表头。

当微小电流通过表头，就会有电流指示。但表头不能通过大电流，所以，必须在表头上并联与串联一些电阻进行分流或降压，从而测出电路中的电流、电压和电阻。

设计原理

数字万用表的测量过程由转换电路将被测量转换成直流电压信号，再由模/数(A/D)转换器将电压模拟量转换成数字量，然后通过电子计数器计数，最后把测量结果用数字直接显示在显示屏上。

万用表测量电压、电流和电阻功能是通过转换电路部分实现的，而电流、电阻的测量都是基于电压的测量，也就是说数字万用表是在数字直流电压表的基础上扩展而成的。

数字直流电压表A/D转换器将随时间连续变化的模拟电压量变换成数字量，再由电子计数器对数字量进行计数得到测量结果，再由译码显示电路将测量结果显示出来。逻辑控制电路控制电路的协调工作，在时钟的作用下按顺序完成整个测量过程。

常用类型

数字万用表是目前最常用的一种数字仪表。其主要特点是准确度高、

分辨率强、测试功能完善、测量速度快、显示直观、过滤能力强、耗电省，便于携带。进入 90 年代以来，数字万用表在我国获得迅速普及与广泛使用，已成为现代电子测量与维修工作的必备仪表，并正在逐步取代传统的模拟式（即指针式）万用表。

数字万用表亦称为数字多用表（DMM），其种类繁多，型号各异。每个电子工作者都希望有一块较理想的数字万用表。选择数字万用表的原则很多，有时甚至会因人而异。但对于手持式（袖珍式）数字万用表而言，大致应具备以下特点：显示清晰，准确度高，分辨力强，测试范围宽，测试功能齐全，抗干扰能力强，保护电路比较完善，外形美观、大方、操作简便、灵活、可靠性好，功耗较低，便于携带、价格适中等等。

数字万用表的主要指标、显示位数及显示特点

数字万用表的显示位数通常为3 1/2位～8 1/2位。判定数字仪表的显示位数有两条原则：其一是，能显示从0－9中所有数字的位数是整位数；其二是，分数位的数值是以最大显示值中最高位数字为分子，用满量程时计数值为2000 ，这表明该仪表有3个整数位，而分数位的分子是1，分母是2，故称之为3 1/2位，读作“三位半”，其最高位只能显示 0 或1（0 通常不显示）。3 2/3位（读作“三又三分之二位”）数字万用表的最高位只能显示0～2的数字，故最大显示值为±2999。在同样情况下，它要比3 1/2位的数字万用表的量限高50%，尤其在测量380V 的交流电压是很有价值。

普及型数字万用表一般属于3 1/2位显示的手持式万用表，4 1/2，5 1/2

位（6位以下）数字万用表分为手持式、台式两种。6 1/2位以上大多属于台式数字万用表。

数字万用表采用先进的数显技术，显示清晰直观、读书准确。它既能保证了读数的客观性，又符合人们的读数习惯，能够缩短读数或记录时间。这些优点是传统的模拟式（即指针式）万用表所不具备的。

准确度（精度）

数字万用表的准确度是测量结果中系统误差与随机误差的综合。它表示测量值与真值的一致程度，也反映测量误差的大小。一般讲准确度愈高，测量误差就愈小，反之亦然。

数字万用表的准确度远优于模拟指针万用表。万用表的准确度是一个很重要的指标，它反映万用表的质量和工艺能力，准确度差的万用表很难表达出真实的值，容易引起测量上的误判。

分辨力（分辨率）

数字万用表在最低电压量程上末位1个字所对应的电压值，称作分辨力，它反映出仪表灵敏度的高低。数字数字仪表的分辨力随显示位数的增加而提高。不同位数的数字万用表所能达到的最高分辨力指标不同。

数字万用表的分辨力指标亦可用分辨率来显示。分辨率是指仪表能显示的最小数字（零除外）与最大数字的百分比。

需要指出，分辨率与准确度属于两个不同的概念。

前者表征仪表的“灵敏性”，即对微小电压的“识别”能力；后者反映测量的“准确性”，即测量结果与真值的一致程度。二者无必然的联系，因此不能混为一谈，更不得将分辨力（或分辨率）误以为是类似于准确度则取决于仪表内部 A/D 转换器、功能转换器得综合误差以及量化误差。从测量角度看，分辨力是“虚”指标（与测量误差无关），准确度才是“实”指标（它决定测量误差得大小）。因此，任意增加显示位数来提高仪表分辨力得方案是不可取得。

测量范围

在多功能数字万用表中，不同功能均有其对应得可以测量得最大值和最小值。

测量速率

数字万用表每秒钟对被测电量的测量次数叫测量速率，其单位是“次/s”。它主要取决于 A/D 转换器的转换速率。有的手持式数字万用表用测量周期来表示测量的快慢。完成一次测量过程所需要的时间叫测量周期。

测量速率与准确度指标存在着矛盾，通常是准确度愈高，

测量速率愈低，二者难以兼顾。解决这一矛盾可在同一块万用表设置不同的显示位数或设置测量速度转换开关：增设快速测量档，该档用于测量速率较快的 A/D 转换器；通过降低显示位数来大幅度提高测量速率，此法应用的比较普通，可满足不同用户对测量速率的需要。

输入阻抗

测量电压时，仪表应具有很高的输入阻抗，这样在测量过程中从被测电路中吸取的电流极少，不会影响被测电路或信号源的工作状态，能够减少测量误差。

测量电流时，仪表应该具有很低的输入阻抗，这样接入被测电路后，可尽量减小仪表对被测电路的影响，但是在使用万用表电流档时，由于输入阻抗较小，所以较容易烧坏仪表，请用户在使用时注意。