具备数字万用表的基本知识

什么是数字万用表？

数字万用表通常用于测量直流电压、交流电压、直流电流和电阻等基本电气特性。

与传统的电压表、电流表和电阻表（使用指针指示测量值）不同，数字万用表之所以被称为数字万用表，是因为它们具有多种测量功能，并显示三到八位数的数值。此外，还有具备电容、交流频率和温度等扩展测量功能的型号可供选择。

此外，体积小巧、重量轻的紧凑型型号也被称为数字式电压表，适用于建筑工地等类似场所。它们通常具有四位左右的显示数字，直流电压测量精度约为0.05%至0.1%，交流电压测量精度约为0.5%至1%。虽然它们的精度不足以满足实验室环境下的精确测量需求，但它们易于在户外使用。市面上也有结构坚固、可承受跌落的型号可供选择。

数字万用表的用途

数字万用表可用于各种场合，包括实验室测量、工厂生产线上产品的电气调整以及电气设备的安装和维护。

这些设备通常集成在电源接收设备和电源控制面板中。在这种情况下，除了电流、电压和电阻等基本参数外，一些设备还具备测量电容、频率和温度的功能。

此外，如上所述，市面上也有价格低廉的型号，不仅可以用于特殊用途，还可以用于一般的家庭电子产品项目。

数字万用表的原理

数字万用表的核心部件由高精度/高分辨率模数转换器和处理器组成，处理器根据其数字输出计算测量值。

1. 直流电压测量

两探针之间的电压信号经放大器或衰减器放大（小电压）或衰减（大电压）后，转换为动态范围内的电压，作为模数转换器（A/D转换器）的输入电压。A/D转换器输出与该输入电压对应的数字值，处理器根据该数字值以及放大器的增益或衰减器的衰减率计算探针之间的电压，并将直流电压值显示在屏幕上。

2. 交流电压测量

交流电压通过整流电路转换为直流电压，然后输入到模数转换器，在那里它经过与直流电压相同的处理，交流电压值显示在显示屏上。

3. 电阻测量

数字万用表内置恒流电源，通过两个探针向被测电阻器提供恒定电流。此时探针两端的直流电压被输入到模数转换器（A/D转换器），从而测量被测电阻器两端的电压。处理器根据该电压值和恒流电源的电流值计算出被测电阻器的阻值。

4. 电流测量

测量直流电流时，数字万用表内部流过一个微小电阻的电流产生的电压被输入到模数转换器（A/D转换器）。处理器根据模数转换器的输出计算出电流值并显示在屏幕上。测量交流电流时，微小电阻上的交流电压经整流电路转换为直流电压后，再输入到模数转换器。

5. 模数转换器

数字万用表需要非常高精度（高分辨率）的模数转换器；例如，7 位显示需要 24 位或更高的精度。因此，通常采用双积分式模数转换器。这样一来，转换时间相对较长，每秒只能进行几次测量。但是，可以通过减少显示位数并缩短模数转换器的转换时间来减少测量时间。

如何使用数字万用表

以下是如何使用数字万用表：

1. 电压和电流测量

数字万用表将待测系统连接到两个输入端：高电平端（Hi）和低电平端（Lo）。测量直流电压时，高电平端连接到高压侧，低电平端连接到恒压侧。然后，高电平端的电压值相对于低电平端的电压值显示。测量直流电流时，如果电流从高电平端流入并从低电平端流出，则电流值显示为正；如果电流方向相反，则显示为负。测量交流电压、电流或电阻时，无需考虑极性。

2. 设置测量范围

如果电压和电流均在最大输入额定值范围内，自动量程功能会自动切换到最佳量程，因此通常情况下无需手动设置最佳量程。但是，当需要缩短测量时间时，例如在生产线上进行调整时，则需要根据预期测量值手动设置量程。

3. 对被测电路的影响

连接数字万用表可能会影响被测系统，导致测量值波动。例如，在黑暗环境下测量光传感器的输出电压时，如果将数字万用表连接到阻抗很高的电路，则其内部阻抗会成为测量系统的负载，从而导致输出电压读数低于实际值。

同样，在测量低阻抗电路中的电流时，数字万用表内部的小型电压检测电阻可能会给被测电路引入较大的误差。因此，在使用数字万用表之前，您应该考虑它对被测电路的影响。

4. 低电阻测量

有些数字万用表可以进行四端电阻测量。四端测量是一种非常有效的测量方法，尤其适用于测量低电阻值，因为探针与被测电阻之间的接触电阻会导致测量误差。顾名思义，它由一个带有两个端子的恒流电源和一个带有两个端子的电压表组成。将恒流电源连接到被测电阻的两端即可提供恒定电流。

电压表通过将探针插入恒流端（电阻器侧）来测量电阻器两端的电压。电阻值由测得的电压和恒流值计算得出。由于恒流端的接触电阻不影响电压测量，且电压表探针的接触电阻相对于电压表10 MΩ的内阻可以忽略不计，因此可以精确测量低阻值电阻。