數(shù)字萬用表基礎(chǔ)知識
萬用表特點及功能介紹 

導(dǎo)言
萬用表。它們被譽為新千年測量上的一把卷尺。但是什么才是真正的數(shù)字萬用表？你能用它做什么呢？如何做到安全測量？你又有什么特殊測量要求呢？怎樣用最簡單的方法讓你的萬用表發(fā)揮出其最大功效呢？哪種萬用表才是最適合你現(xiàn)在的工作環(huán)境的呢？這些及其他問題都將會在本手冊中給予解答。
技術(shù)發(fā)展正迅速改變著我們的世界。電氣及電子電路正滲入到各種產(chǎn)品中，并且正變得更復(fù)雜、體積更小。隨著移動電話、尋呼機及因特網(wǎng)聯(lián)接等信息產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，給電子技術(shù)人員也帶來了不小的壓力。維護，修理及安裝這些復(fù)雜設(shè)備都需要診斷工具來提供準確的信息。
我們從介紹什么才是數(shù)字萬用表開始。數(shù)字萬用表就是一個用于電氣測量的電子尺。數(shù)字萬用表具有很多特殊性能，但大體上來說數(shù)字萬用表主要用于測量電壓，電阻以及電流。
本應(yīng)用說明書以福祿克牌數(shù)字萬用表為例進行說明。其他品牌的數(shù)字萬用表相比來看或許有不同的操作或不同的特點。而本應(yīng)用說明書說明的是大部分數(shù)字萬用表的通用功能和使用技巧。下面，我們將介紹如何使用數(shù)字萬用表進行測量以及數(shù)字萬用表之間的差別。

選擇你適用的數(shù)字萬用表
選擇一臺適合工作的數(shù)字萬用表不僅要看它的基本規(guī)格，還要考慮它的特點、功能及萬用表設(shè)計的整體表現(xiàn)性能和產(chǎn)品服務(wù)。
當今，萬用表的可靠性比任何時候都重要，特別是在惡劣條件下使用時。另一個重要因素是安全性。當使用不正確時，萬用表的適當?shù)牟考臻g，雙重絕緣及輸入保護都能夠保護使用者的人身安全，并防止儀表損壞。選擇最新設(shè)計的數(shù)字萬用表，大部分都滿足安全標準。
福祿克提供了具有 Touch Hold?、模擬條形圖和增強分辨率等各種特性的不同組合的數(shù)字式萬用表。高電流和溫度測量附件可用來擴展數(shù)字式萬用表的功能

基礎(chǔ)知識
分辨率，位數(shù)及計數(shù)
分辨率是指一臺萬用表能測量結(jié)果的好壞。通過了解萬用表的分辨率就可以知道是否能觀測到被測量信號的微小變化。例如，如果數(shù)字萬用表在 4 V 量程內(nèi)的分辨率為 1 mV，那么在測量 1 V 的信號時就能觀測到 1 mV （1/1000 伏）的微小變化。
如果你要測量 1/4 英寸或 1 毫米的長度，你不會去買一把以英寸（或厘米）為單位的尺子。當你的正常體溫是98.6°F 時，使用只有整數(shù)標記的體溫計測量是沒用的。你需要的是一支分辨率為 0.1°F 的體溫計。
位數(shù)和字用于描述萬用表的分辨率。數(shù)字萬用表按其顯示的位數(shù)和字數(shù)進行分類。

數(shù)字萬用表功能廣泛。選擇適合的萬用表是一個挑戰(zhàn)，除非你知道特點所在。本應(yīng)用說明書介紹了部分普遍使用的功能特點及如何在實際應(yīng)用中使用它們。

一臺 3? 位的萬用表可以顯示三個從 0 到 9 的全數(shù)字位，以及一個 半位（只能顯示 1 或空白）。一臺 3? 位萬用表可以達到 1,999 字的分辨率。一臺 4? 位萬用表可以達到 19,999 字的分辨率。用分辨率字來描述一臺數(shù)字萬用表比用位數(shù)更準確?，F(xiàn)今的 3? 位表的分辨率已經(jīng)提高到 3,200、4,000, 或 6,000 字。對于某些測量，3,200 字萬用表具有更好的分辨率。例如，如果要測量200 伏或更高電壓，一臺 1,999 字的表就無法測量到 0.1 伏。而一臺 3,200 字的表在測量高達 320 伏電壓時仍可以顯示到 0.1 伏。當被測電壓高于 320 伏，而又要達到 0.1 伏的分辨率時,就要用價格貴一些的20000 字的數(shù)字表。

準確度
準確度是在特定使用環(huán)境下的最大允許誤差。換句話說，準確度就是用來表明數(shù)字萬用表的測量值與被測信號實際值的接近程度。對數(shù)字萬用表來說，準確度通常使用讀數(shù)的百分數(shù)表示。例如，1% 的讀數(shù)的準確度的含義是：萬用表顯示讀數(shù)為 100 伏時，實際電壓值可能是 99 伏到 101 伏之間。
說明書在有時也會把特定數(shù)值加到基本準確度上。其含義是，顯示屏最右端的位有多少數(shù)可以變化。所以在前面的例子中，準確度就可能會表示成 ± (1 % + 2)。因此如果讀數(shù)為 100.0 伏，實際電壓值應(yīng)該在 98.8 到 101.2 伏之間。
指針萬用表的準確度是按全量程的誤差來計算的，而不是按顯示的讀數(shù)來計算。指針表的典型準確度是全量程的 ±2 % 或 ±3 %。在全量程的十分之一時，就變?yōu)樽x數(shù)的 20% 或 30%。數(shù)字萬用表的典型基本準確度在讀數(shù)的 ±（0.7 % + 1）和 ±（0.1 % + 1）之間，甚至更高。

歐姆定律
使用歐姆定律，可以計算任何電路的電壓，電流和電阻。公式是：電壓 =電流 × 電阻（見圖1）。因此，只要知道公式中的任何兩個值，就可以計算出第三個值。數(shù)字萬用表就是利用歐姆定律直接測量并顯示電阻、電流或電壓。在后面的介紹中，你將會看到數(shù)字萬用表非常易用。

數(shù)字和模擬指針顯示
對于高準確度和分辨率來說，數(shù)字顯示有很好的優(yōu)勢，每個測量結(jié)果都能顯示到三位或更多位。
模擬指針的準確度和有效分辨率都不高，因為你必須在刻度之間估算結(jié)果值。
條形圖像模擬指針一樣顯示信號的變化和趨勢，但相比模擬指針，它更耐用，且不易損壞。

直流電壓和交流電壓

電壓測量
數(shù)字萬用表的基本用途之一就是測量電壓。典型直流電壓源就是電池，如汽車用的電池。交流電壓通常是由發(fā)電機產(chǎn)生的。最常見的交流電壓源就是家中使用的壁裝電源插座。某些設(shè)備可將交流轉(zhuǎn)換為直流。例如，電視機、立體音響、錄像機及電腦等電子設(shè)備，接入壁裝電源插座后，通過整流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。直流電為這些設(shè)備的電子電路提供能量。測試供電電壓通常是檢修電路的第一步。如果沒有電壓，或電壓過高或過低，則在進一步檢查前，首先要解決電壓問題。

交流電壓的波形不是正弦曲線（正弦波），就是非正弦曲線（鋸齒波，方波，紋波等）真有效值數(shù)字萬用表顯示的是這些電壓波形的“有效值”（均方根）。有效值是交流電壓的有效或等量直流電壓值。許多數(shù)字萬用表具有“平均響應(yīng)”功能，如果輸入一個純正弦波交流電壓信號，它給出準確的有效值讀數(shù)。具有平均響應(yīng)功能的萬用表無法正確測量非正弦波信號。具有“真有效值”功能的數(shù)字萬用表可以準確測量非正弦信號，直至數(shù)字萬用表的指定波峰系數(shù)。波峰系數(shù)是信號的峰值與有效值的比值。純正弦波的波峰系數(shù)為 1.414，對于一個整流的電流脈沖，這個數(shù)值更大。因此，具有平均響應(yīng)功能的萬用表的讀數(shù)通常比實際有效值低的多。 

一臺數(shù)字萬用表測量交流電壓的能力是受信號頻率限制的。大部分數(shù)字萬用表能準確測量頻率從50Hz 到500Hz的交流電壓，但數(shù)字萬用表的交流測量帶寬可達幾百千赫茲。這樣的萬用表就能讀取更高的值，因為它能測量更復(fù)雜的交流信號。對于交流電壓和電流的準確度規(guī)格，數(shù)字萬用表應(yīng)標明頻率范圍及該范圍內(nèi)的精度。

 

                圖5

有兩種基本電流探頭類型：電流互感器型，僅用于測量交流電流；霍耳效應(yīng)探頭，可用于測量交流或直流電流。
電流互感器型探頭的輸出，一般是 1 毫安代表 1 安培。這樣，100 安培就可以減少到 100 毫安，從而可以很安全地用數(shù)字萬用表進行測量。將探頭線連接到“mA”和“COM”輸入口，萬用表功能開關(guān)設(shè)置到 mA ac 檔?；舳?yīng)探頭的輸出是 1 毫伏代表 1 安培的交流或直流值。例如，100A 交流電可被轉(zhuǎn)換為 100mV 交流電。將探頭線連接到“V”和“COM”口，萬用表功能開關(guān)設(shè)置到“V”或“mV”刻度。交流電流測量選擇 V~ 或直流電流測量選擇 V 。此時，萬用表用 1 毫伏電壓代表 1 安培電流。

安全性
萬用表安全性
安全測量的第一步是選擇適合應(yīng)用及使用環(huán)境的萬用表。選擇了合適的萬用表后，還應(yīng)該按照正確的測量步驟來使用它。使用前請務(wù)必認真閱讀用戶使用手冊，要特別注意帶警告和小心的章節(jié)。
國際電工技術(shù)委員會（IEC）為在電氣系統(tǒng)下工作制定了安全標準。確認你所使用的萬用表滿足 IEC 分類，并且額定電壓滿足測量的環(huán)境要求。例如，如果電壓測量需要在 480V 電板上進行，則要使用級別為 Category III 600V 或 1000 V 的萬用表。這就意味著該表的輸入電路設(shè)計為能夠承受這種環(huán)境下普遍出現(xiàn)的電壓瞬變，而不會傷害使用者。選擇具有這種等級的萬用表同樣也有 UL、CSA、VDE 或 TüV 認證，即該萬用表不僅按照 IEC 標準設(shè)計，而且還經(jīng)過上述認證機構(gòu)獨立測試并滿足其標準。（參見第 6 頁獨立測試補充）

導(dǎo)致數(shù)字萬用表損壞的幾種情形：
1. 測試線插在電流插孔時拿去測量交流電壓
2. 在電阻模式下測量交流電壓
3. 遇到太高的電壓瞬變
4. 超過最大輸入限值（電壓和電流）

數(shù)字萬用表保護電路類型：
1. 自動恢復(fù)保護 有些萬用表具有探測過載情況的電路，該電路會保護萬用表直到過載情況結(jié)束。過載情況消失后，數(shù)字萬用表自動恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。通常用于保護電阻功能，避免電壓過載。
2. 無自動恢復(fù)保護 有些萬用表可以探測到過載情況并保護儀表，但需要操作者對萬用表進行操作方可恢復(fù)使用，比如更換保險絲。

數(shù)字萬用表安全特性一覽：
1. 保險絲電流輸入保護。
2. 使用高能保險絲（600V 或更高）。
3. 電阻模式的高壓保護（500V 或更高）。
4. 電壓瞬變保護（6kV 或更高）。
5. 安全設(shè)計的測試線，帶護手和絕緣端子。
6. 獨立安全機構(gòu)認證/列名（如 UL 或 CSA）。

• 使用滿足使用環(huán)境下的安全標準的萬用表。
• 使用裝有電流輸入保險絲的萬用表，并在測量電流前檢查保險絲。
• 測量前檢查測試線是否有物理損壞。
• 使用萬用表檢查測試線是否導(dǎo)通。
• 只使用帶護手和絕緣連接器的測試線。
• 只使用具有凹陷形輸入插孔的萬用表。
• 針對具體測量選擇正確的功能和量程。
• 確認萬用表處于正常工作狀態(tài)。
• 遵循用戶使用手冊。
• 首先斷開“熱端”（紅色）測試線。
• 不要一個人操作。
• 使用電阻檔有過載保護的萬用表。
• 當不使用電流夾進行電流測量時，在接入電路前先切斷電源。
• 在高電流和高電壓情況下，要使用合適的測量設(shè)備，例如高壓探頭和高電流夾具。

附件和術(shù)語

表數(shù)字萬用表附件
數(shù)字萬用表的一個非常重要的方面就是可以使用大量各式各樣的附件。許多附件可擴大數(shù)字萬用表的量程和有用性，同時使測量更簡便。
高壓探頭和電流探頭可將高電壓和電流按比例縮小到數(shù)字萬用表可以安全測量的水平。溫度探頭可將數(shù)字萬用表變成方便的數(shù)字溫度計。射頻（RF）探頭可用于測量高頻電壓。
此外，使用測試線，測試探頭和測試夾可以使你輕松地將數(shù)字萬用表接入電路。軟包和硬包不僅可以保護數(shù)字萬用表，還可以很方便地將數(shù)字萬用表及其附件存放其中。
術(shù)語表
準確度：表示數(shù)字萬用表顯示的測量值與被測信號的實際值接近程度。以讀數(shù)的百分比或全量程的百分比形式表示。指針萬用表：一種使用指針移動來顯示被測信號數(shù)值的儀器。使用者以指針在刻度盤上位置來判斷讀數(shù)。
信號器：用來識別所選量程或功能的指示符號。
平均響應(yīng)數(shù)字萬用表：可以準確測量正弦曲線波形，但測量非正弦波形時準確度稍顯遜色。
字：表示數(shù)字萬用表分辨率的一個數(shù)字。
分流器：數(shù)字萬用表內(nèi)的一個用來測量電流的低值電阻?？墒褂脭?shù)字萬用表測量出分流器兩端的電壓降，再利用歐姆定律計算出電流值。
DMM：數(shù)字萬用表。一種使用數(shù)字顯示屏顯示測量信號值的儀表。與指針萬用表相比，數(shù)字萬用表更耐用，分辨率和準確度更高。
非正弦波形：一個畸變的波形，例如脈沖序列，方波，三角波，鋸齒波和尖峰。分辨率：測量中可以觀察到的微小變化的程度。
有效值：交流波形的等效直流值。
正弦曲線波形：沒有畸變的純正弦波形。
真有效值數(shù)字萬用表：一種可以準確測量正弦曲線和非正弦曲線波形的數(shù)字萬用表。

• 信號器功能，可直觀顯示測量模式（電壓測量、電阻測量等）。
• 旋鈕操作，方便選擇測量功能。
• 過載保護，可防止損壞萬用表和電路，并保護使用者。
• 專用高能保險絲，在電流測量和過載情況下，為使用者和萬用表提供額外保護。
• 自動量程選擇功能，可自動選擇合適的量程。手動調(diào)節(jié)量程功能，可將量程鎖定在特定范圍以進行反復(fù)測量。
• 自動極性變換功能，用帶“-”符號的數(shù)值表示負數(shù)讀數(shù)，所以即使接反了測試線，也不會損壞萬用表。
• 電池電量低顯示功能。