仔細(xì)閱讀數(shù)字萬用表說明書
從資料上看, 數(shù)字多用表(數(shù)字萬用表)的模式有幾百種之多。為了挑選出合用的數(shù)字萬用表是一件很傷腦筋的事。問題是如何找到價(jià)錢適當(dāng)而性能符合需要的 數(shù)字萬用表。在選擇之前, 先要確定需要測量的量值是什么。
你做精密的計(jì)量工作嗎 ? 真的是用到第 7 位或 第 8 位數(shù)字進(jìn)行測量嗎 ? 如果是, 就應(yīng)選購高準(zhǔn)確度的臺(tái)面式 數(shù)字萬用表, 因?yàn)樗姆�(wěn)定性很好。如要用在定制系統(tǒng)中可選擇 6 1/2位的能與 PXI和 VXI 兼容的數(shù)字萬用表。
一般說來, 有許多數(shù)字萬用表的準(zhǔn)確度和分辨率都很高, 但是要求測量的結(jié)果并不一定要有這么高的準(zhǔn)確度和分辨率。雖然分辨率是數(shù)字萬用表設(shè)計(jì)上的精確性能, 但是實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確度的測量畢竟有賴于測量技術(shù)的優(yōu)劣。例如用 8 1/2位數(shù)字萬用表做測量, 必須十分小心謹(jǐn)慎和有經(jīng)驗(yàn), 否則光有高檔數(shù)字萬用表不一定能測量出好的結(jié)果來。
另一方面 , 有許多低檔數(shù)字萬用表也可能是恰當(dāng)?shù)倪x擇對(duì)象。如果只要求測量準(zhǔn)確度是 5%, 測量功能又不多，那就選購低檔的數(shù)字萬用表。數(shù)字萬用表都能測的基本量： 交、直流電壓、電流和電阻。
有些人的測量需求處在以上兩種極端情況之間。選購什么樣的數(shù)字萬用表就難以下定決心。因?yàn)樗麄円笥休^高的測量準(zhǔn)確度和分辨率, 又要價(jià)錢便宜。 若要做出最好的選擇, 建議他們仔細(xì)閱讀說明書和有關(guān)腳注資料。

閱讀數(shù)字萬用表說明書小體字腳注
有多種高準(zhǔn)確度的臺(tái)面式數(shù)字萬用表和低檔手持式數(shù)字萬用表。但是各種數(shù)字萬用表的技術(shù)指標(biāo)表達(dá)式缺乏一致性。例如直流電壓的準(zhǔn)確度有的表示為讀數(shù)的 % 再加上量程的 % 。有的表示為讀數(shù)的 % 加上幾多個(gè)計(jì)數(shù), 還有的表表示為讀數(shù)的 % 再加幾伏特。對(duì)于一種特定的數(shù)字萬用表來說 , 如果知道了它的滿度值對(duì)應(yīng)多少個(gè)計(jì)數(shù), 就能把一種表達(dá)式換算成另一種表達(dá)式。以上三種表達(dá)式都經(jīng)常見到。
但是在什么樣的測試條件下所說的準(zhǔn)確度才能實(shí)現(xiàn)呢? 從說明書中可以看到, 規(guī)定測試條件為： 準(zhǔn)確度在數(shù)字萬用表計(jì)量校準(zhǔn)后一年之內(nèi)有效, 而且環(huán)境溫度是 23 ℃土 5 ℃。其它尚有 90 天的準(zhǔn)確度和 24 小時(shí)準(zhǔn)確度的時(shí)間限制。數(shù)字萬用表的準(zhǔn)確度各種各樣, 無法直接進(jìn)行比較, 除非是都在同樣的有效時(shí)間段內(nèi)來比較。另外, 在加電后預(yù)熱一定時(shí)間后才能達(dá)到準(zhǔn)確度要求。
有些數(shù)字萬用表內(nèi)有一個(gè)集成的參考標(biāo)準(zhǔn)源, 有自校準(zhǔn)能力, 就是說這種數(shù)字萬用表即使處在 23 ℃土 5 ℃ 環(huán)境之外使用也能保證它的測量準(zhǔn)確度。例如 National 儀器公司的 PXI-4070 型 數(shù)字萬用表, 即使處在 0 ℃ -50 ℃環(huán)境中, 經(jīng)過自校準(zhǔn)后也能保證它的測量準(zhǔn)確度。如果一臺(tái)數(shù)字萬用表在校準(zhǔn)溫度范圍以外使用, 而未經(jīng)校準(zhǔn), 其測量準(zhǔn)確度指標(biāo)必定會(huì)降低。例如若考慮到它的溫度系數(shù)： ± ( 讀數(shù)的 5ppm+ 量程的 1ppm) /0C , 它在 50 ℃而不是在 28 ℃ (50 ℃是 23 ℃± 5 ℃的上限 ) 進(jìn)行測量要有附加的誤差 : ± ( 讀數(shù)的 11Oppm+ 量程的 22ppm ) 。對(duì)于某些數(shù)字萬用表來說, 附加的誤差可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它在說明書上規(guī)定的準(zhǔn)確度。
說明中的小字體腳注就是對(duì)規(guī)定準(zhǔn)確度限定條件的補(bǔ)充。但是給出 6 個(gè)甚至 10 個(gè)或 12 個(gè)腳注還是不足以說清問題。例如測量交流電壓和電流時(shí), 其頻率也會(huì)影響測量結(jié)果。一個(gè)廠家把頻率以一種方式分段給出它的影響量, 而另一個(gè)廠家又以另一種方式給頻率分段。 例如一家把 60Hz( 或 50Hz) 包括在 10Hz—3kHz 段內(nèi), 而另一家又把它包括在 45Hz—50OHz 頻段內(nèi), 它們都用許多個(gè)腳注來說明其全部想告訴用戶的內(nèi)容。
波峰系數(shù)也存在同樣的問題。波峰系數(shù)定義為峰值除以它的有效值。一般說來, 波峰系數(shù)大的信號(hào)只是偶而與它的平均值偏差較大。放峰系數(shù)大對(duì)應(yīng)著的測量誤差也較大。一個(gè)腳注限定一個(gè)交流信號(hào)的準(zhǔn)確度指標(biāo), 還必須限制被測信號(hào)的波峰系數(shù)在可以允許的范圍之內(nèi), 才能保證測量的準(zhǔn)確度。
除信號(hào)形狀對(duì)測量結(jié)果有影響外, 信號(hào)的大小和頻率也必須限制在某一定范圍之內(nèi)才能保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。否則數(shù)字萬用表的輸入電路會(huì)被損壞。例如 Fluke 的 170 系列中的 數(shù)字萬用表, 限制輸入信號(hào)的電壓與它頻率的乘積 V -Hz 要小于 1 × 10↑7 。有許多數(shù)字萬用表都有 1000Vac 量程, 允許信號(hào)頻率是 在 10 kHz 以下。
測量的讀數(shù)率與分辨率有直接的聯(lián)系。例如 Signametrics SMX2044 是一種 6 1/2 位的 數(shù)字萬用表 。在如此分辨率上對(duì)應(yīng)的讀數(shù)率是 30 個(gè)讀數(shù)/每秒。若要增加讀數(shù)率就必須降低分辨率 （ 即減少位數(shù) ) 。例如任選一種 數(shù)字萬用表, 它的讀數(shù)率是 1000 個(gè)讀數(shù) / 每秒 , 它的分辨率是 4 1/2 位。類似制約關(guān)系也適用于其它廠家的高分辨率數(shù)字萬用表。在腳注里說明了讀數(shù)率和分辨率之間的制約關(guān)系。
許多數(shù)字萬用表有不同的滿度量程, 難以相互比較 , 例如有兩個(gè)不同的 數(shù)字萬用表, 都有電壓量程, 旁邊都有乘 10 因數(shù) , 但是一個(gè)數(shù)字萬用表的起始量程是 4V, 另一個(gè)起始量程是 1V 。如用它們都測量 1OV 。一個(gè)用 1V × 1O = 1OV 來測, 另一個(gè)則需用 4V X 1O = 40V 來測。前者正好是用滿量程測10V, 后者則用 40V 量測 10V,1OV 只是 4OV 滿 度值 25% 。由于兩個(gè)數(shù)字萬用表之間存在 4 個(gè)因數(shù) , 它們的滿度分辨率就不一樣了。但是在做 10V 測量時(shí)用的是它們的實(shí)際分辨率。這就是說, 在 4OV 表的最低位上存在令人討厭的噪聲比用 1OV 表測 1OV 時(shí)的噪聲大 4 倍。
對(duì)低價(jià) 數(shù)字萬用表, 總的準(zhǔn)確度沒有限定條件。就此事詢問過有關(guān)的廠家代表, 他們說, 測量儀器的準(zhǔn)確度與使用技巧有很大關(guān)系, 他們建議數(shù)字萬用表應(yīng)當(dāng)每年校準(zhǔn)一次。這雖是含糊其辭的回答, 但用其建議的方式校準(zhǔn)數(shù)字萬用表增強(qiáng)了使用者對(duì)測量準(zhǔn)確度的信心。

測量電阻也存在一些問題
測量電阻是另外一件事, 它的細(xì)節(jié)說明差別很大。大多數(shù)方法是電流集中流過被測電阻, 測出其兩端之間的電壓降就可算出電阻值。如果出現(xiàn)在被測電阻上的開路電壓太高, 就有問題了。 Signamertrics 公司 CEO Tee.Sheffer 先生說過：“我在展覽會(huì)上見到過某些 數(shù)字萬用表, 在表演時(shí)加在被測電阻上的電壓大于 10V, 這個(gè)電壓成為一種源, 能激起振蕩, 造成很大的測量誤差。”有消息稱, 加在被測電阻上的電壓必須是低伏特值。例如Fluke179型數(shù)字萬用表, 所有電阻量程的開路電壓小于 1.5V 。
在測量電阻時(shí)并非所有電流都流過被測電阻, 總有一小部分被旁路過去, 這樣會(huì)造成測量誤差。某些型號(hào)的數(shù)字萬用表能消除掉這個(gè)誤差電壓, 使歐姆讀數(shù)更準(zhǔn)確。也有許多種電阻, 其本身就有與之相連的小電壓源。例如在測量電路中, 不同金屬相接在不同溫度下會(huì)產(chǎn)生微伏級(jí)的誤差電壓。心電圖機(jī) (EKG) 的電極貼在患者的皮膚上, 由于皮膚自然存在著鹽份和濕氣 , 必然產(chǎn)生較大的誤差電壓。
所謂消除歐姆誤差電壓的做法是用兩次測量法, 第一次用有電流源測電壓值, 第二次關(guān)掉電流源后再測電阻上的誤差電壓。第一次電壓值減去第二次電壓值 ( 誤差電壓 ), 然后計(jì)算出被測電阻值。
還有一種方法也能消除誤差電壓和由于連續(xù)測量被測電阻本身發(fā)熱造成的誤差電壓。方法是使電流源大小相等而極性相反地加到被測電阻上測兩次電阻值, 不同于前述的開關(guān)電流源測量法。本方法保證兩次測量用的電流的大小是恒定的。如果兩次連續(xù)測量在幾個(gè)毫秒內(nèi)測完, 環(huán)境溫度和電阻值仍然是恒定的。這種測法表明在計(jì)算電阻值時(shí)比簡單的誤差電壓修正法包含的噪聲少 50% 。
測量電阻還有比兩線法更準(zhǔn)的方法, 即 4 線法和 6 線法。兩線法是把連續(xù)被測電阻導(dǎo)線也接到數(shù)字萬用表上, 連接線的電阻也算在被測電阻值里, 無法將它們分開。 4 線法或稱kelvin 法測電阻, 用一對(duì)導(dǎo)線接電流源, 另一對(duì)線 ( 感知線 ) 把被測電阻上電壓降引人數(shù)字萬用表進(jìn)行測量。由于流過感知線的電流很小, 所以測量的電阻值更接近真實(shí)值。特別是測量低值電阻時(shí), 連接導(dǎo)線的電阻值可與被測電阻值屬同一量級(jí), 誤差很大。若用 4 線法測低值電阻可排除引線電阻, 使測量準(zhǔn)確性更好。在測大值電阻時(shí), 無論怎樣都會(huì)有旁路電流存在, 對(duì)被測電阻采用保護(hù)措施可以解決旁路電流造成的誤差。然而通常是用兩線測量大值電阻時(shí)才采用保護(hù)措施。 .
用數(shù)字萬用表也能做 6 線測量電阻,4 線法再加兩條保護(hù)線。 6 線法通常用來測量接在電阻網(wǎng)絡(luò)中的某一個(gè)電阻。網(wǎng)絡(luò)中的其它與被測電阻相接的電阻都接到保護(hù)端上。這樣便把被測電阻從中有效地隔離出來。被測電阻每端的端電壓和保護(hù)端上的電壓三者是由互相分開的電源產(chǎn)生的, 這樣也可把感知線電阻造成的誤差排除了。
就典型而論, 高分辨率儀器具備 6 線測量功能。 4 線法通用于 4 位—5 位的數(shù)字萬用表。這些測量方法都以腳注方式說明。如果沒有腳注說明只能采用兩線法測電阻。 
除了不斷改進(jìn)電壓、電流和電阻測量功能外, 最新式的數(shù)字萬用表還有其它性能。例如 keithley 公司的 2701 型 數(shù)字萬用表, 它基本上是個(gè) 6 1/2 位表, 也具備了擴(kuò)展插槽, 用于接人多路信號(hào)的 I /O 卡。采用適當(dāng)選件后, 這種數(shù)字萬用表既能測量又能控制多個(gè)測試設(shè)備里的被測件。 .
以前占有大體積而功能不多的儀器, 現(xiàn)在變成了測試系統(tǒng)中的集成塊而且功能性有了很大改進(jìn)。keithley 公司的銷售經(jīng)理 QiWang 說：“keithley 公司已經(jīng)采用先進(jìn)的 IC, 其優(yōu)點(diǎn)是有更多的功能和更高的性能, 結(jié)構(gòu)成體積更小的儀器。今天的更小尺寸的 ICs 可以把更多的件數(shù)裝入一個(gè)給定的空間, 這 樣就能加進(jìn)一個(gè)專用的微處理器, 提高了運(yùn)行速度和管理以太網(wǎng) (Ethernet) 的數(shù)據(jù)傳輸工作�！�
現(xiàn)在來說以太網(wǎng)和與之相關(guān)的 LAN 的連接問題。 Agilent 技術(shù)公司的工程師 MarkBailey 說：“有關(guān)連接問題最終必然是數(shù)字萬用表工業(yè)中積極探索的一個(gè)領(lǐng)域。 GPIB 和 RS-232 接口在某些情況下開始被 LAN 和 USB 接口所代替�！�
Fluke 公司向用戶做了調(diào)查, 看看用戶們需要什么樣的數(shù)字萬用表。根據(jù)該公司老資格的產(chǎn)品計(jì)劃專家 chuckBowden 的說法,“要在機(jī)械結(jié)構(gòu), 電性能和軟件方面進(jìn)行革新。數(shù)字萬用表的裝電池蓋和磁性掛環(huán)和手提皮帶要統(tǒng)一起來, 看是小事但很重要。要用真有效值代替平均值。在工業(yè)設(shè)備中都采用了開關(guān)電源和調(diào)速馬達(dá), 這樣就增多了非線性負(fù)載。不革新數(shù)字萬用表怎么行!”
Signametrics 公司 Sheffer 在革新該公司的數(shù)字萬用表時(shí)說過：“ 要給現(xiàn)有的數(shù)字萬用表加進(jìn)新的運(yùn)算法, 新的測量功能和電流源。需要擴(kuò)展的功能有：測溫度, 熱電偶線性比, 提高測電流靈敏度, 使其分辨率達(dá)到 1OPA 。從而使用戶的測試系統(tǒng)縮小體積和降低成本。”
另一個(gè)例子是 ,National 儀器公司的 NIPXl- 407O Flex數(shù)字萬用表產(chǎn)品經(jīng)理 Kevin Bisking 說過：“數(shù)字萬用表 的新結(jié)構(gòu)有三個(gè)獨(dú)立的插槽,3-U 儀器的測量速率可從 100 次讀數(shù) / 每秒 (6 1/2 位即 22-b) 調(diào)到 1.8 兆次讀數(shù) / 每秒 (10-b), 機(jī)內(nèi)有在板參考源和自校準(zhǔn)。校準(zhǔn)周期定為兩年, 一般工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)儀器的標(biāo)準(zhǔn)期定為一年。
技術(shù)革新不限于數(shù)字萬用表的傳統(tǒng)功能。例如Omega 工程公司生產(chǎn)的 OMEGASAYS@ 型數(shù)字萬用表的特點(diǎn)有非接觸式紅外線測溫功能, 由機(jī)內(nèi)射出的激光點(diǎn)導(dǎo)向做周期性照射。測得的溫度以五種語言之一告訴用戶。
或許這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)能代替過分詳細(xì)的數(shù)字萬用表的說明資料。當(dāng)信號(hào)接到數(shù)字萬用表輸人端上,數(shù)字萬用表 就能即刻宣告信號(hào)的值和頻率、溫度、波峰系數(shù), 所用的讀數(shù)速步, 精確的不確定度以及電壓赫茲積 V • Hz 的 限制。或許不再考慮這些特色了