如何正確選擇數字萬用表

本文通過對數字萬用表的基本指標、功能等的介紹，來講述如何選擇數字萬用表、并介紹了數字萬用表未來的發展趨勢。

    關鍵字：數字萬用表、準確度、分辨率、顯示位數

一、概述

    數字萬用表是目前zui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。已成為現代電子測量與維修工作的*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。市面上手持萬用表的價格千差萬別。

二、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zui大顯示值中zui高位數字為分子，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”）數字萬用表的zui高位只能顯示0～2的數字，故zui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。

    例如，在用數字萬用表測量電網電壓時，普通3 1/2 位數字萬用表的zui高位只能是0或1，若要測量220V 或 380V 電網電壓，只能用三位顯示，該檔的分辨率僅為 1V 。相比之下，用 3 3/4 位的數字萬用表來測量電網電壓，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 位的數字萬用表分辨力相同。

    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*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。

    準確度有三種表達方式，分別如下：

    準確度＝±（a ％ RDG + b％ FS ） （ 2.2.1 ）

    準確度＝±（a ％ RDG +n個字） （ 2.2.2 ）

    準確度＝±（a ％ RDG + b％ FS + n個字） （ 2.2.3 ）

    式（ 2.2.1 ）中， RDG 為讀數值（即顯示值）， FS 表示滿度值，括弧中前一項代表 A/D 轉換器和功能轉換器（例如分壓器、分流器、真有效值轉換器）的綜合誤差，后一項是由于數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字上的變化量，若把 n 個字的誤差折合成滿量程的百分數，即變成式（ 2.2.1 ）。式（ 2.2.3 ）比較特殊，有些廠家用此種表達方式，后兩項中有一項表示其它環境或功能引入的誤差。

    數字萬用表的準確度遠優于模擬指針萬用表。以測量直流電壓的基本量程的準確度指標為例， 3 位半可達到± 0.5 ％， 4 位半可達到 0.03 ％等。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zui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zui高分辨力指標不同，例如： 3 1/2位的萬用表100μV 。

    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zui小數字（零除外）與zui大數字的百分比。例如，一般3 1/2位數字萬用表可顯示的zui小數字為1，zui大數字可為1999 ，故分辨率等于 1/1999≈0.05％。

    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，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zui大值和zui小值。例如： 4 1/2位萬用表，直流電壓檔的測試范圍是 0.01mV ～ 1000V 。

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，此法目前應用的比較普通，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。例如：3 1/2位手持式數字萬用表的直流電壓檔輸入電阻一般為 10μΩ。交流電壓檔受輸入電容的影響，其輸入阻抗一般低于直流電壓檔。

    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。

三、數字萬用表的功能

數字萬用表的分類

    數字萬用表按照量程轉換方式來分類，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 ）。

    根據功能、用途及價格的不同，數字萬用表大致可分為9大類：低檔數字萬用表（亦稱普及型數字萬用）、中檔數字萬用表、中/數字萬用表、數字/模擬混合式儀表，數字/模擬雙顯示的儀表、萬用示波表（將數字萬用表、數字存儲示波器等動能集于一身）。

數字萬用表的測試功能

    數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）、晶體管發射極電流放大系數（hrg）、還能測電容量（C）、電導（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自動轉換功能，電容檔自動轉換量程功能。

    數型數字萬用表大多增加了下述新穎實用的測試功能：讀數保持（HOLD）、邏輯測試（LOGIC）、真有效值（TRMS）、相對值測量（RELΔ）、自動關機（AUTO OFF POWER）等。

數字萬用表的抗干擾能力

    簡單的數字萬用表普遍采用積分式 A/D 轉換原理，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，就能有效地抑制串楨干擾。這是因為串楨干擾信號在正向積分階段被平均掉的緣故。中、低檔數字萬用表的共楨抑制比（CMRR）可達86～120dB。

數字萬用表故障捕獲功能

四、數字萬用表的發展趨勢

集成化

    手持式數字萬用表采用單片 A/D 轉換器，外圍電路比較簡單，只需少量輔助芯片和元器件。近年來單片數字萬用表芯片不斷問世，使用一片 IC 即可構成功能比較完善的自動量程數字萬用表，為簡化設計和降低成本創造了有利條件。

功耗低

    新型數字萬用表普遍采用 CMOS 大規模集成電路的 A/D 轉換器，整機功耗很低。