数字万用表的选型方法
数字万用表的模式有几百种之多。为了挑选出合用的数字万用表是一件很伤脑筋的事。问题是如何找到价钱适当而性能符合需要的数字万用表。
在选择之前先要确定需要测量的量值是什么？你做精密的计量工作吗？真的是用到第7位或第8位数字进行测量吗？如果是就应选购高准确度的台面式数字万用表,因为它的稳定性很好。如要用在定制系统中可选择61/2f位的能与PXI和VXI兼容的数字多用表一般说来有许多数字万用表的准确度和分辨率都很高但是要求测量的结果并不一定要有这么高的准确度和分辨率。虽然分辨率是设计上的**性能但是实现高准确度的测量毕竟有赖于测量技术的优劣。例如用81/2位数字万用表做测量,必须十分小心谨慎和有经验否则光有**数字多用表不一定能测量出好的结果来。另一方面,有许多低档数字万用表也可能是恰当的选择对象。如果只要求测量准确度是5%,测量功能又不多，那就选购低档的数字万用表。数字万用表都能测的基本量：交、直流电压、电流和电阻。有些人的测量需求处在以上两种极端情况之间。选购什么样的数字万用表就难以下定决心。因为他们要求有较高的测量准确度和分辨率,又要价钱便宜。若要做出*好的选择,建议他们仔细阅读说明书和有关脚注资料。阅读小体字脚注有多种高准确度的台面式数字多用表和低档手持式数字万用表。但是各种数字万用表的技术指标表达式缺乏一致性。例如直流电压的准确度有的表示为读数的%再加上量程的%。有的表示为读数的%加上几多个计数,还有的表表示为读数的%再加几伏特。对于一种特定的数字万用表来说,如果知道了它的满度值对应多少个计数,就能把一种表达式换算成另一种表达式。以上三种表达式都经常见到。
但是在什么样的测试条件下所说的准确度才能实现呢?从说明书中可以看到,规定测试条件为：准确度在数字多用表计量校准后一年之内有效,而且环境温度是23℃土5℃。其它尚有90天的准确度和24小时准确度的时间限制。数字多用表的准确度各种各样,无法直接进行比较,除非是都在同样的有效时间段内来比较。另外,在加电后预热一定时间后才能达到准确度要求。
有些数字万用表内有一个集成的参考标准源,有自校准能力,就是说这种数字多用表即使处在23℃土5℃环境之外使用也能保证它的测量准确度。例如National仪器公司的PXI-4070型数字万用表,即使处在0℃-50℃环境中,经过自校准后也能保证它的测量准确度。如果一台数字万用表在校准温度范围以外使用,而未经校准,其测量准确度指标必定会降低。例如若考虑到它的温度系数：±(读数的5ppm+量程的1ppm)/0C,它在50℃而不是在28℃(50℃是23℃±5℃的上限)进行测量要有附加的误差:±(读数的11Oppm+量程的22ppm)。对于某些数字万用表来说,附加的误差可能远远大于它在说明书上规定的准确度。说明中的小字体脚注就是对规定准确度限定条件的补充。但是给出6个甚至10个或12个脚注还是不足以说清问题。
测量交流电压和电流时,其频率也会影响测量结果。一个厂家把频率以一种方式分段给出它的影响量,而另一个厂家又以另一种方式给频率分段。例如一家把60Hz(或50Hz)包括在10Hz—3kHz段内,而另一家又把它包括在45Hz—50OHz频段内,它们都用许多个脚注来说明其全部想告诉用户的内容。
波峰系数也存在同样的问题。波峰系数定义为峰值除以它的有效值。一般说来,波峰系数大的信号只是偶而与它的平均值偏差较大。放峰系数大对应着的测量误差也较大。一个脚注限定一个交流信号的准确度指标,还必须限制被测信号的波峰系数在可以允许的范围之内,才能保证测量的准确度。除信号形状对测量结果有影响外,信号的大小和频率也必须限制在某一定范围之内才能保证测量结果的准确性。否则数字多用表的输入电路会被损坏。例如Fluke的170系列中的数字多用表,限制输入信号的电压与它频率的乘积V-Hz要小于1×10↑7。有许多数字多用表都有1000Vac量程,允许信号频率是在10kHz以下。测量的读数率与分辨率有直接的联系。例如SignametricsSMX2044是一种61/2位的数字多用表。在如此分辨率上对应的读数率是30个读数/每秒。若要增加读数率就必须降低分辨率（即减少位数)。例如任选一种数字多用表,它的读数率是1000个读数/每秒,它的分辨率是41/2位。类似制约关系也适用于其它厂家的高分辨率数字万用表。在脚注里说明了读数率和分辨率之间的制约关系。
许多数字万用表有不同的满度量程,难以相互比较,例如有两个不同的数字万用表,都有电压量程,旁边都有乘10因数,但是一个数字万用表的起始量程是4V,另一个起始量程是1V。如用它们都测量1OV。一个用1V×1O=1OV来测,另一个则需用4VX1O=40V来测。前者正好是用满量程测10V,后者则用40V量测10V,1OV只是4OV满度值25%。由于两个数字多用表之间存在4个因数,它们的满度分辨率就不一样了。但是在做10V测量时用的是它们的实际分辨率。这就是说,在4OV表的*低位上存在令人讨厌的噪声比用1OV表测1OV时的噪声大4倍。对低价数字万用表,总的准确度没有限定条件。就此事询问过有关的厂家代表,他们说,测量仪器的准确度与使用技巧有很大关系,他们建议数字万用表应当每年校准一次。这虽是含糊其辞的回答,但用其建议的方式校准数字万用表增强了使用者对测量准确度的信心。
测量电阻是另外一件事,它的细节说明差别很大。大多数方法是电流集中流过被测电阻,测出其两端之间的电压降就可算出电阻值。如果出现在被测电阻上的开路电压太高,就有问题了。Signamertrics公司CEOTee.Sheffer先生说过：“我在展览会上见到过某些数字万用表,在表演时加在被测电阻上的电压大于10V,这个电压成为一种源,能激起振荡,造成很大的测量误差。”有消息称,加在被测电阻上的电压必须是低伏特值。例如Fluke179型数字万用表,所有电阻量程的开路电压小于1.5V。在测量电阻时并非所有电流都流过被测电阻,总有一小部分被旁路过去,这样会造成测量误差。某些型号的数字多用表能消除掉这个误差电压,使欧姆读数更准确。也有许多种电阻,其本身就有与之相连的小电压源。例如在测量电路中,不同金属相接在不同温度下会产生微伏级的误差电压。心电图机(EKG)的电极贴在患者的皮肤上,由于皮肤自然存在着盐份和湿气,必然产生较大的误差电压。
所谓消除欧姆误差电压的做法是用两次测量法,**次用有电流源测电压值,**次关掉电流源后再测电阻上的误差电压。**次电压值减去**次电压值(误差电压),然后计算出被测电阻值。还有一种方法也能消除误差电压和由于连续测量被测电阻本身发热造成的误差电压。方法是使电流源大小相等而极性相反地加到被测电阻上测两次电阻值,不同于前述的开关电流源测量法。本方法保证两次测量用的电流的大小是恒定的。如果两次连续测量在几个毫秒内测完,环境温度和电阻值仍然是恒定的。这种测法表明在计算电阻值时比简单的误差电压修正法包含的噪声少50%。
测量电阻还有比两线法更准的方法,即4线法和6线法。两线法是把连续被测电阻导线也接到数字多用表上,连接线的电阻也算在被测电阻值里,无法将它们分开。4线法或称kelvin法测电阻,用一对导线接电流源,另一对线(感知线)把被测电阻上电压降引人数字多用表进行测量。由于流过感知线的电流很小,所以测量的电阻值更接近真实值。特别是测量低值电阻时,连接导线的电阻值可与被测电阻值属同一量级,误差很大。
若用4线法测低值电阻可排除引线电阻,使测量准确性更好。在测大值电阻时,无论怎样都会有旁路电流存在,对被测电阻采用保护措施可以解决旁路电流造成的误差。然而通常是用两线测量大值电阻时才采用保护措施。.用数字多用表也能做6线测量电阻,4线法再加两条保护线。6线法通常用来测量接在电阻网络中的某一个电阻。网络中的其它与被测电阻相接的电阻都接到保护端上。这样便把被测电阻从中有效地隔离出来。被测电阻每端的端电压和保护端上的电压三者是由互相分开的电源产生的,这样也可把感知线电阻造成的误差排除了。就典型而论,高分辨率仪器具备6线测量功能。4线法通用于4位—5位的数字万用表。这些测量方法都以脚注方式说明。如果没有脚注说明只能采用两线法测电阻。