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数字多用表技术指南

数字多用表（Digital Multimeters，简称 DMM）用于将模拟信号转换为数字信息。一般来讲，数字多用表*少应有这5种功能，即直流电压、交流电压、直流电流、交流电流和电阻。虽然技术指标各不相同，但大多数数字表都具有图1的结构框图。
模数转换
模数转换器（A/D Converter）作为数字表的核心部分，实现将模拟信号转换为数字信号的功能，直接影响仪器的关键特性，如读数速率、线性、分辨率、串模抑制比和精度。数字信号可用于前面板显示测量结果，或者通过接口（GPIB、RS-233、USB或Ethernet）传输给计算机作进一步的分析处理。
分辨率
分辨率（Resolution）定义为*小可检测到的信号变化量与满量程之比。例如，一台仪表满量程时显示为19,999，而其*小可检测到的变化为±1个末位字，那么分辨率则为 1/19999或0.005%。
分辨率也经常表述为一个整数加一个分数的形式，如5?（五位半）。整数表示能显示 0-9全部数字的位数，分数表示*高位能显示一个或多个非零数字，如0,1,2。
灵敏度
灵敏度（Sensitivity）与分辨率相似，也表示仪器可检测到*小的输入信号变化量。不同的是，灵敏度不与满量程相比较，表示为某功能*小量程下的*小变化量（有单位）。例如，一台7?数字表，*小量程为200mV，其灵敏度为10nV。
准确度
准确度（Accuracy）表示为两部分，±（读数的％＋量程的％）或（读数的ppm＋量程的ppm）。由计算公式可见，在某一量程内越接近零的地方，与量程相关部分的贡献对准确度的影响越大。而接近满量程的地方，读数项对准确度的影响会越大。在接近满量程附近准确度应*佳。
一般来说，准确度与这些条件有关，包括 ±1℃、±5℃工作环境温度，24小时、90天或1年的校准周期。准确度可以通过控制环境温度和选择更短的校准周期来改善。图2示例了一个准确度的变化曲线，一条线表示5?数字表，另一条表示6?数字表，准确度表达式都是 ±（0.1％＋1个字）。
负载影响与输入阻抗
负载影响指由于输入阻抗不是无限大而对被测电路造成的干扰。输入阻抗指数字表输入端的等效电阻和电容。负载误差（图3）指数字表实际测量得到的电压（Vm）与理想情况下的电压（Vs）之差。输入端电压降误差（图4）指由于数字表输入端电压降不为零导致的实测电流（Im）与理想情况下流过RL的电流（Is）之差。
2线与4线电阻
2线电阻测量时，数字表电流源的测试电流也流过测试引线，而引线接入数字表的 HI-LO输入端。这种方法在大多数电阻测量时结果良好。然而其问题是流过测试引线（RL）产生的电压降会引入测量误差，尤其对低阻测量时。（图5） 4线电阻测量（也称Kelvin法），引入另外两条线（Sense端）直接将被测电阻RX接入数字表内高输入阻抗的电压测量端。由于高输入阻抗，Sense引线（等效电阻RL）中流过的电流极小，产生的电压降可忽略不计，通过 Sense端测得的电压就是Rx上的电压。因此4线法对低阻可**测量。
速度与建立时间每一台表都有一个与其输入电路相关的建立时间。仪表的读数速率或称测量速度与建立时间是独立的。对高精度的数字表，有时必须等一定的输入信号建立时间才能达到满精度。有几种参数影响测量速度，包括积��速率（NPLC），滤波设置，量程设置，自动校零（AutoZero），触发延迟与显示设置。要想达到*快的速度，设置如下：积分速率（NPLC）＝0.01 滤波＝关闭量程＝固定（不用自动量程）自动校零（AutoZero）＝关闭触发延迟＝0.0 显示＝关闭请注意，*快速度时准确度并不是*高的。串模与共模抑制比串模干扰指干扰信号直接串接到输入信号中。*主要的串模干扰来自市电频率和其谐波信号。串模抑制比（简称NMRR）表示为dB，对应频率为50Hz或60Hz。串模干扰大小为噪声峰值或直流信号上的偏差量。共模抑制比（简称CMRR）指仪表对加在输入HI和LO端共模信号的抑制能力。这项指标一般是用一个1kΩ的不平衡电阻加在一个输入端上测量所得，更大的不平衡电阻会引起 CMRR变坏。CMRR用dB表示（类似NMRR），分为DC,50Hz或60Hz。CMRR影响直流与交流测量，一般为偏置误差。过载保护这是一个电气牢固与可靠性的指标，以保护仪表在可能遭遇到的供电高压时的**。一般情况下对高电压易敏感的是*低的量程如电压（100mV）和电阻。与过载保护相似的是* 大共模电压，指LO或COMMON端能**承受到大地的*大电压。输入端总是应该接*低阻抗。

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