数字多用电表由于具有准确度高、测量范围宽、测量速度快、体积小、抗干扰能力强、使用方便等特点而广泛应用于国防、科研、工厂、学校、计量测试等技术领域,但其规格不同,性能指标多种多样,使用环境和工作条件也各有差别,因此应根据具体情况选择合适的数字多用表。
选择数字多用表一般从以下几个方面来考虑:
一、功能
现在的数字多用表除了具有测量交、直流电压,交、直流电流,电阻等五种功能外,还有数字计算,自检,读数保持,误差读出,二极管检测,字长选择,IEEE-488接口或RS-232接口等功能,使用时要根据具体要求选用。
二、范围和量程
数字多用表有很多量程,但其基本量程准确度较高。很多数字多用表有自动量程功能,不用手动调节量程,使得测量方便、安全、迅速。还有很多数字多用表有过量程能力,在测量值超过该量程但还没达到最大显示时可不用换量程,从而提高了准确度和分辨力。
三、准确度
数字多用表允许的最大误差不仅要看它的可变项误差,还要看它的固定项误差。选择的时候还要看稳定误差和线性误差的要求是多少,分辨力是否符合要求。一般数字多用表如要求0.0005级~0.002级,至少应有61位数字显示;0.005级~0.01级,至少应有51位数字显示;0.02级~0.05级,至少应有41位数字显示;0.1级以下,至少应有31位数字显示。
四、输入电阻和零电流
数字多用表的输入电阻过低和零电流过高都会引起测量误差,关键要看测量装置所允许的极限值是多少,即要看信号源的内阻大小。信号源阻抗高时应选择高输入阻抗、低零电流的仪器,使其影响可以忽略。
五、串模抑制比和共模抑制比
在存在各种干扰如电场、磁场和各种高频噪声或进行远距离测量时,容易混进干扰信号,造成读数不准,因此应根据使用环境选择串、共模抑制比高的仪器,尤其是进行高精度测量时,应选择带保护端G的数字多用表,能很好地抑制共模干扰。
六、显示形式及供电电源
数字多用表的显示形式不仅限于数字,还可以显示图表、文字和符号,以便于现场观测、操作和管理。根据它的显示器件的外形尺寸可分为小型、中型、大型及超大型四类。
数字多用表的供电电源一般为220V,而一些新型的数字多用表电源范围很宽,可以在1100V~240V之间。一些小型的数字多用表配上电池就可使用,也有一些数字多用表可用交流电、内部镍镉电池或外接电池三种形式。
七、响应时间、测量速度、频率范围
响应时间越短越好,但有一些表的响应时间比较长,要等一段时间后读数才能稳定下来。测量速度应根据是否与系统测试联用,如联用时,速度就很重要,而且速度越快越好。频率范围,则根据需要适当选择。
八、交流电压转换形式
交流电压测量分平均值转换、峰值转换和有效值转换。当波形失真较大时,平均值转换和峰值转换不准确,而有效值转换可不受波形的影响,使测量结果更加准确。
九、电阻接线方式
电阻测量接线方式有四线制、两线制。进行小电阻和高精度测量时,应选择带四线制的电阻测量接线方式。
随着大规模集成电路和显示技术的发展,数字多用表逐渐向小型化、低功耗、低成本方向发展,数字多用表也明显分为便携式和台式两种。便携式一般为31位或41位,体积小,重量轻,耗电少,适合生产车间或野外使用;台式可达61位或71位,准确度和分辨力越来越高,采用微处理器和GP-IB接口设备,在计量、科研和生产部门作为标准表和精密测量用。
总之,选择时不一定要具备以上所有条件,应根据使用的具体要求来选择较为适当的数字多用表。
数字多用表具有测量直流电压/电流,交流电压/电流及电阻等多种功能的数字测量仪器。
数字多用表以测量直流电压的直流数字电压表为基础,并通过交流一直流(ACHDC)电压转换器、电流一电压(HU)转换器、电阻一电压(RHU)转换器,把交流电压、电流和电阻转换成直流电压。
(数字多用表的组成方框图)
一、交流一直流(AC/DC)转换器
由于直流数字电压表是线性化刻度的仪器,因此同数字电压表配接的所有各种转换器,应能把被测量线性地转换成直流电压。 这就是说,若要对交流电压进行高精度的数字测量,则AC/DC转换器必须是线性的。常用二极管检波器构成简单的AC-DC转换器,但这种AC—DC转换器的转换特性是非线性的。这种非线性在模拟式电压表中可以用非线性的刻度来校正。可是直流数字电压表本身没有办法做这样的校正,因此这种简单的AC/DC转换器不适于用交流电压的数字测量。
交流电压的幅度可用平均值、有效值、峰值三个量来表示,相应地,AC-DC转换器也有平均值转换器、有效值转换器和峰值转换器之分。目前,以前两者较为常见。
在DMM中,AC-DC的变换主要按真有效值的数学定义用集成电路实现。因为直接用继承电路的乘,除法器能进行均方根运算,从而构成均方根式的有效值。AC-DC转换器的原理如下图。
(均方根法的AC-DC转换器图)
乘,除法器对X,Y,Z三个输入量进行X Y Z的运算,被测信号μ送入到X,Y输入端,从X Y Z端输送额电压经平均值再送回Z输入端。故直流输入电压为:
(直流输入电压图)
现在已有多种型号的真有效值转换器RMS-DC变换的专用集成芯片。
二.电流一电压(I-U)转换器
将电流转换成电压的一种较为简单的方法是让被测电流Ix,流过标准电阻Rs,则标准电阻两端的电压为UX=IXRS。测量出这个电压,便能决定被测电流的大小。
为了减小转换器的内阻,Rs—般选得很小,常在几欧姆以下。因此,UX—般不太大。 为了测量小电流,需要对1^进行放大,如图(大信号I-U转换器)所示。这里采用高输入阻抗的同相 放大器,以减小转换器对Rs的旁路作用而带来的附加误差。
在测量几毫安以下的小电流时,更多的是采用图(基本I-U转换电路)所示的F-U转换电路。由 于运算放大器的输入阻抗非常高,因此,可以认为被测电流Ix全部流入反馈电阻。同时,又由于运算放大器的增益非常大,因此运算放大器的输出电压为:
(运算放大器的输出电压)
因为这种电路是一种带有强负反馈的并联电压反馈放大器,所以这种转换器的内阻 接近于零。但由于运算放大器的输出电流等于输入电流Ix,因此这种KU转换器不适于 测量大电流,否则可能超过放大器的容许功耗。由式中可以得知,改换电阻Rs,则可改换I-U转换器的量程。
(大信号I-U转换电路)
(基本I-U转换电路)
三.电阻-电压(R-U)转换器
1)恒流法
在被测的未知电阻RX中流过已知的恒定电流IS时,在RX上产生的电压降为U=RXIX,故通过恒定电流可实现R-U转换。
2)电阻比例法
由下图中可以看出,用电租比例法构成的R-U转换器的电路,它与双斜积分式A/D转换器配合,可实现电阻-数字转换。
电阻比例法电路
为了测出RX上的电压UX,可让双斜积分式A/D转换器先在固定时向T1内对UX积分,然后再对US进行反向积分。当积分器的输出电压回到0时,第二次积分结束,则第二次积分的时间为:
用T2去打开与门G,则计数器对时钟计得的数字即代表RX的数字量。由于在电阻 RX、RS中流过同样的电流,因此电阻比例法不需要精密的基准电流。
以上是关于数字多用表三种转换器说明,希望此篇文章能让大家多产品有更多的认识。
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