数字多用表培训讲义

数 字 多 用 表 计 量 培 训 讲 义

编写人：王

煜

数字多用表计量培训讲义

数字多用表的组成

数字多用表一般是由交直流数字电压表、交直流数字电流表，直流数字欧姆表组成。现代技术的发展，数字多用表还能测量电容，电感等项目。 1.直流数字电压表

直流数字电压表的基本用途是测量直流电压，低电压表作为电压指零仪，即作为测量用工作计量器具，由于直流数字电压表准确度不断提高，已经可以做到8?位，10数量级，所以直流数字电压表已经进入校准实验室，作为量值传递用的计量标准，承担保存和复现直流电压量值的任务，检定直流电压表，直流电压源等直流电压计量器具。智能型直流数字电压表还可以测量一段时间内被测量的最大值、最小值，可以测量误差，比例，平均值，方差等。目前先进的直流数字电压表的性能为：

1.1显示位数：达到8? 1.2分辨力 达到0.01μV 1.3输入阻抗 达到1010Ω 1.4测量误差 达到10-6数量级 1.5测量速度 达到每秒几万次 1.6测量范围 100nV～100kV

直流数字电压表类型很多，分类方法也很多： 按工作原理分：比较型、积分型、谐波型、复合型； 按显示位数分：三位、三位半……八位、八位半等； 按体积形状分：台式、便携式、手持式、面板式； 按测量速度分：低速、高速； 按功能分： 单功能、多功能。 2.直流数字电流表

直流数字电流表用于测量直流电流，小电流表可用作电流指零仪，还可用作计量标准，保存和复现直流电流量值对直流电流进行量值传递，检定直流电流表，直流电流源等直流电流计量器具。目前先进的直流电流表性能为：

2.1显示位数：达到6?

-6

2.2分辨力 达到0.01aA 2.3测量误差 达到10-5数量级 2.4测量范围 1pA～20A

直流电流表的分类按原理分为电阻式、放大器式、斩波放大器式。按显示位数分为三位、三位半……六位、六位半。按体积形状分有台式、便携式、手持式、面板式。

3.直流数字欧姆表

直流数字欧姆表是用于测量直流电阻，精密低阻值的直流数字欧姆表一般可以测量四线接法的直流电阻以便消除引线电阻引入的测量误差。直流数字欧姆表还可用作计量标准，保存和复现直流电阻量值，对直流电阻进行量值传递，检定直流电阻箱，直流电阻表，直流电阻源，直流电桥等直流电阻计量器具。目前先进的直流电阻表性能为：

3.1显示位数：达到8? 3.2分辨力 达到1μΩ 3.3测量误差 达到10-6数量级 3.4测量范围 1Ω～108Ω 4.交流数字电压表

交流数字电压表的基本用途是测量交流电压，作为计量标准，承担保存和复现交流电压量值，对交流电压进行量值传递，检定交流电压表，交流电压源等直流电压计量器具。目前先进的直流数字电压表的性能为：

4.1显示位数：达到6? 4.2分辨力 达到1nV 4.3测量误差 达到10-5数量级

4.4测量范围 1mV～10kV(10Hz～10MHz)

交流数字电压表的类型很多，按参数分为平均值表、有效值表、峰值表。最适用的是真有效值表，不仅可以测量正弦电压的有效值，也可测量非正弦电压的有效值。平均值表原理结构简单，但不适用于非正弦测试。峰值表只适用于某些特殊测量，应用较少。按工作原理分，有检波式、热电式、电子式。按显示位数分有三位、三位半……六位、六位半等。

5.交流数字电流表

交流数字电流表的基本用途是测量交流电流，作为计量标准，承担保存和复现交流电流量值，对交流电流进行量值传递，检定交流电流表，交流电流源等直流电压计量器具。目前先进的直流数字电流表的性能为：

5.1显示位数：达到5? 5.2分辨力 达到1nA 5.3测量误差 达到10-4数量级

5.4测量范围 10nA～20A(10Hz～100kHz) 交流数字电流表的原理多为分流器式。

交直流数字仪表技术要求

1. 示值误差：测量器具示值与对应输入量的真值之差为测量器具的示值误

差。

2. 线性误差：测量仪器输入输出特性实际曲线与理想直线的偏差为线性误

差，该直线为量程始末的连线，即为清除零点误差，调整满量程误差为零后，量程始末的连线。

3. 重复性：在相同测量条件下，测量器具对重复使用相同的被测量提供非

常接近的示值的能力。相同测量条件包括：相同的测试程序、相同的观测者、相同条件下使用相同的测量设备、相同地点和在短时间内进行重复测量。重复测量的实验标准偏差用贝塞尔公式表示。

sn??(Xi?1nti?Xt)2

n?1 重复性是准确度的先决条件，允许重复性误差极限与其允许误差极限的

比一般应小于1/5

4. 稳定性：测量器具保持其计量特性恒定的能力。可以用计量特性变化到

某个规定的量所经过的时间表示，也可以用在规定时间内所发生的变化表示。测量器具作为计量标准，需要保存量值，稳定性是十分重要的计量特性。测量器具作为工作量具去进行测量，如果有测量误差，可以进行修正，如果稳定性不好，就很难修正，不可能测准，所以从某种意义

上来讲，稳定性比准确度更重要。允许稳定性误差极限与其允许误差极限的比一般应小于1/3。

5. 分辨力：测量仪器能显示的被测量的最小增量。也就是使交直流数字仪

器最低一位数字变化一个字所对应的被测量的变化量。分辨力是准确度的先决条件，分辨力引入的测量不确定度与其允许误差极限的比一般应小于1/5

6. 鉴别力：是测量仪器产生未察觉的响应变化的最大激励变化，这种激励

变化应是缓慢而单调地进行。

7. 响应时间：按规定的量值对测量仪器施加激励到响应达到并保持在规定

误差范围内所需要的时间。

8. 复现性：在变化的测量条件下，测量器具对同一被测量的测量结果之间

的一致性。

9. 超然性：测量器具不影响被测量值的能力。

10.输入阻抗：在工作状态下，测量仪器输入端所呈现的阻抗值，它不含零

电流和偏置电流的影响。

11.输入零电流：在工作状态下，在输入信号为零时，测量仪器的输入电路

中由仪器内部电路引起的电流。

12.抗干扰特性：任何企图改变测量仪器被测输入信号的能源都称为干扰源，

根据干扰源与输入信号的引线关系，可分为串模干扰和共模干扰。 12.1串模干扰抑制比：串接在直流数字电压表输入回路中的干扰源为串模干扰，对串模干扰的抑制能力，用串模抑制比NMRR来表示： NMRR=20lg（Unm/ΔUnm） 式中：Unm——串模干扰电压的峰值，单位V

ΔUnm——由串模干扰电压引起的直流数字电压表示值的最大变化，单位V。

12.2共模干扰抑制比：同时加在直流数字电压表高低端与公共端之间的干扰源为共模干扰，公共端可以是大地、外供电电源地、机壳。共模干扰分直流共模干扰和交流共模干扰。

共模干扰一种情况是被测信号源的地与数字电压表的地之间的电流引

起的，另一种情况是数字电压表浮地测量引起的。

对共模干扰的抑制能力，用共模干扰抑制比CMRR来表示：

CMRR=20lg（Ucm/ΔUcm）

式中：Ucm——共模干扰电压的峰值，单位V

ΔUcm——由共模干扰电压引起的直流数字电压表示值的最大变化，单位V。

13.波峰因数：交流数字表保证其准确度的被测信号的最大波峰因数。

数字多用表的类型

DMM通常把测量的电学量显示在它的数字显示器上。然而，由于检测电学量的方法不同，可能使DMM的测量响应结果和校准的数值有所不同。这一点在测量复杂的交流电流和电压波形时尤为突出。因此，为了能够进行恰当的校准工作，计量学家了解DMM的特性是非常重要的。

下面我们将对市场上的各种DMM种最流行的三种进行讨论，这就是： ? 实验室DMM； ? 台式/系统DMM ? 手持式DMM。

第四种DMM刚刚出现，这就是卡上的DMM。由于这种DMM比较新，我们在这里对它不作讨论。但是，这种卡式DMM的校准方法和台式/系统DMM是很类似的。 实验室DMM

实验室DMM通常是五功能的DMM，能测量直流和交流电压、电阻及直流和交流电流。这种DMM通常具有最高等级的准确度和分辨率，并可能达到用来校准它们的MFC的准确度。它们能显示多达8?的测量读数，并且通常能通过其IEEE-488总线兼容的系统接口，用闭环的方法自动进行校准。

这些DMM使用类似的技术测量直流电压、直流电流和电阻。然而它们并不都使用相同的工作原理来测量交流电压和电流。由于DMM显示的读数是按照理想正弦波的数值给出的，所以校准器必须产生非常纯的正弦波量值。

现代的实验室DMM使用了当代最先进的元件，如微处理器和计算机存储器芯片。这就使得DMM能够进行复杂的数学计算，其中也包括贮存DMM所有功能和所

有量程的全部的校正常数。这样不必打开DMM的机箱进行物理校正调整，就能够对DMM进行校准。 台式/系统DMM

台式/系统DMM通常和实验室DMM一样，也测量同意的五种功能，但是其准确度和分辨率要低一些，通常为4?或5?位。这种DMM可以带有IEEE-488总线或者RS232接口，也可以没有。如果没有按照接口，则用手动的方法来进行校准。 在有些情况下，手动校准只需要选择量程和功能、向DMM提供标称值的激励信号，DMM自己进行调节。否侧，就要通过调节有关的电位器、变阻器和可变电容器等，来对DMM的响应景象校准。这类DMM也使用复杂的元件和当代先进的电路，并且也可能像高档的实验室DMM那样复杂。

在很多校准实验室中，大量的工作负荷来自台式/系统DMM，这就导致实验室采用自动化的闭环校准的方法，例如使用PC机运行MET/CAL软件，控制5700A来进行校准。即使DMM是在手动操作的应用场合使用，很多用户也常常为其DMM购买IEEE-488或者RS-232接口选件，来进行自动化的校准。 手持式DMM

手持式DMM是最常用的一类数字多用表。这是一种真正的多功能的表，其功能包括五种主要的电学量，再加上其它的附加的功能，如：频率、通断检查、二极管测试、峰值电压测量和保持、停留时间（dwell time）（在汽车测量的场合使用）、温度、电容和波形测量等。

手持式DMM通常具有3?位或者4?位的数字显示，有的还带有模拟读出指示及用于通断测量的蜂鸣声等功能。这种DMM可以用于非常广阔的应用领域，从极为复杂的电子电路测试，到汽车维修，甚至供业余爱好者使用等。

手持式DMM一般体积很小，坚固耐用并用电池工作。现在一般还没有计算机接口以便全部自动化地对其进行校准。然而，随着质量的重要性日渐突出，以及符合ISO 9000标准的要求日渐加强，未来的手持式DMM将可能会具有某种形式的接口以供校准只用，从而优化仪器使用中的开销，并符合有关质量标准的要求。 从准确度的角度来说，校准手持式DMM是不成问题的。然而，随着手持式DMM所具有的功能种类不断增加，未来的MFC无疑将会具有更多的功能，以便校准各种手持式DMM。

下面我们介绍数字多用表的检定：

数字多用表的检定

首先数字多用表我们可以看成是五个表的组合，分别是交直流数字电压表、交直流数字电流表、直流数字电阻表，我们对其逐一检定： 一、直流数字电压表的检定

直流数字电压表的检定项目有：示值误差，线性误差，稳定性，分辨力，输入电阻和零电流，串模抑制比，共模抑制比。

检定方法有直流标准电压发生法、直接比较法(标准数字表法)、直流标准仪器法、标准电压测量装置法。 1.外观及工作正常性的检查 2.示值误差的检定

根据被检直流数字电压表的测量范围和允许误差极限，根据本实验室标准设备条件，从检定规程介绍的检定方法中选择检定方法和检定线路。根据计量标准的测量不确定度一般应优于被检器具的允许误差极限的1/3原则，分析计量标准的不确定度，根据检定线路写出标准值表达式，根据标准值表达式和隐含的不确定因素，对标准值进行不确定度评定。所有测量用的计量器具应具备有效地检定合格证书。

检定的环境条件应符合检定规程规定的标准工作条件。对被检表及检定装置按厂家说明书要求进行预热预调。按检定规程选择检定点，设计原始记录表格。 3.线性误差的检定 4.稳定性的检定 5.分辨力的检定

6.输入电阻和零电流的检定 7.串模抑制比的检定 8.共模抑制比的检定

以上均按照JJG315-1983直流数字电压表检定规程 规定进行检定。 二、交流数字电压表的检定

数字多用表除测量直流电压的功能外，最重要的就是交流电压测量功能。交流数字电压表的检定工作可分为下列三种情况。

周期检定即定期对AC-DVM的主要技术指标进行考核，以保证仪器准确可靠的投入使用。

首次检定 修理后的检定

所有测量用的计量器具应具备有效地检定合格证书，标准设备的测量范围要涵盖被检器具的测量范围，整个标准装置的测量不确定度一般应优于被检器具的允许误差极限的1/3原则，稳定性与分辨力应优于被检设备的1/5。

检定用设备：热电式AC/DC转换标准、交流标准电压源、交流数字电压表、直流标准电压源、交流分压源、感应分压器、交流分压箱。 1. 检定方法

1.1外观及工作正常性的检查 1.2示值误差的检定

1.2.1选择准确度最高的一个频率点对基本量程的五个点（一般包括量程上限和1/10量程点在内）、非基本量程的三个点（一般包括量程上限和1/10量程点在内）进行检定。

1.2.2在每个频段的上下限频率上，对每个量程的量程上限和1/10量程点进行检定。

1.2.3也可根据用户要求适当增加或减少检定点。 1.3检定方法：交流标准源法、直接比较法、比较测量法 1.4稳定性 1.5分辨力 1.6输入阻抗 1.7频率响应

以上均按照JJG34（航天）-1999 交流数字电压表检定规程 规定进行检定。 三.直流数字电流表的检定

检定方法：直流标准电流源法、直接比较法（标准数字电流表法）、直流标准仪器法、标准数字电压表法。

测量用设备：控温标准电池组、标准电阻器或标准电阻箱、标准直流电位差计和标准数字电压表、高稳定度稳流电源、标准数字电流表、标准电流源或多功

能校准源、检流计等。所有测量用的计量器具应具备有效地检定合格证书，整个标准装置的测量不确定度一般应优于被检器具的允许误差极限的1/3原则。

测量项目：

1. 外观及工作正常性的检查 2. 基本误差测量 3. 稳定误差测量 4. 线性误差 5. 显示能力测试 6. 分辨力测试 7. 温度系数测试 8. 电源电压变化影响测试

以上均按照JJG598-1989 直流数字电流表检定规程 规定进行检定。 四.交流数字电流表的检定

测量用设备：交流标准电流源或多功能标准源、高稳定度交流稳流电源、标准交流数字电流表、交直流电压转换标准、分流器、直流标准电流源等。

所有测量用的计量器具应具备有效地检定合格证书，整个标准装置的扩展不确定度应小于被检设备允许误差极限的1/3～1/5。

测量项目：外观及工作正常性、电流示值误差测量、稳定误差测量、显示能力测试、分辨力测定、电源电压变化影响测试等。

以上均按照JJG35（航天）-1999 交流数字电流表检定规程 规定进行检定。 五.直流数字欧姆表的检定

测量用设备：标准电阻器、标准电阻过度量具、标准直流数字式欧姆表、电阻校准仪等

所有测量用的计量器具应具备有效地检定合格证书，整个标准装置的扩展不确定度应小于被检设备允许误差极限的1/3～1/5。

测量项目：外观及工作正常性的检查、电阻基本误差测量、稳定性误差测量、线性误差测量、显示能力测定和分辨力测试等。

测量方法：标准电阻或标准过度电阻法、电阻校准仪或多功能标准源法、标准数字欧姆表法。

以上均按照JJG724-1991 直流数字欧姆表检定规程 规定进行检定。

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