如何正确选择数字万用表

本文通过对数字万用表的基本指标、功能等的介绍，来讲述如何选择数字万用表、并介绍了数字万用表未来的发展趋势。

    关键字：数字万用表、准确度、分辨率、显示位数

一、概述

    数字万用表是目前zui常用的一种数字仪表。其主要特点是准确度高、分辨率强、测试功能完善、测量速度快、显示直观、过滤能力强、耗电省，便于携带。已成为现代电子测量与维修工作的*仪表，并正在逐步取代传统的模拟式（即指针式）万用表。

    数字万用表亦称为数字多用表（ DMM ），其种类繁多，型号各异。每个电子工作者都希望有一块较理想的数字万用表。选择数字万用表的原则很多，有时甚至会因人而异。但对于手持式（袖珍式）数字万用表而言，大致应具备以下特点：显示清晰，准确度高，分辨力强，测试范围宽，测试功能齐全，抗干扰能力强，保护电路比较完善，外形美观、大方、操作简便、灵活、可靠性好，功耗较低，便于携带、价格适中等等。市面上手持万用表的价格千差万别。

二、数字万用表的主要指标

显示位数及显示特点

    数字万用表的显示位数通常为 3 1/2 位～8 1/2 位。判定数字仪表的显示位数有两条原则：其一是，能显示从0－9中所有数字的位数是整位数；其二是，分数位的数值是以zui大显示值中zui高位数字为分子，用满量程时计数值为2000 ，这表明该仪表有3个整数位，而分数位的分子是1，分母是2 ，故称之为3 1/2 位，读作“三位半”，其zui高位只能显示 0 或1（0 通常不显示）。3 2/3 位（读作“三又三分之二位”）数字万用表的zui高位只能显示0～2的数字，故zui大显示值为±2999 。在同样情况下，它要比3 1/2 位的数字万用表的量限高50％，尤其在测量380V 的交流电压是很有价值。

    例如，在用数字万用表测量电网电压时，普通3 1/2 位数字万用表的zui高位只能是0或1，若要测量220V 或 380V 电网电压，只能用三位显示，该档的分辨率仅为 1V 。相比之下，用 3 3/4 位的数字万用表来测量电网电压，zui高位可以显示 0～3 ，这样可以四位显示，分辨率为 0.1V ，这与 4 1/2 位的数字万用表分辨力相同。

    普及型数字万用表一般属于3 1/2 位显示的手持式万用表，4 1/2 ，5 1/2位（6位以下）数字万用表分为手持式、台式两种。6 1/2 位以上大多属于台式数字万用表。

    数字万用表采用*的数显技术，显示清晰直观、读书准确。它既能保证了读数的客观性，又符合人们的读数习惯，能够缩短读数或记录时间。这些优点是传统的模拟式（即指针式）万用表所不具备的。

准确度（精度）

    数字万用表的准确度是测量结果中系统误差与随机误差的综合。它表示测量值与真值的一致程度，也反映测量误差的大小。一般讲准确度愈高，测量误差就愈小，反之亦然。

    准确度有三种表达方式，分别如下：

    准确度＝±（a ％ RDG + b％ FS ） （ 2.2.1 ）

    准确度＝±（a ％ RDG +n个字） （ 2.2.2 ）

    准确度＝±（a ％ RDG + b％ FS + n个字） （ 2.2.3 ）

    式（ 2.2.1 ）中， RDG 为读数值（即显示值）， FS 表示满度值，括弧中前一项代表 A/D 转换器和功能转换器（例如分压器、分流器、真有效值转换器）的综合误差，后一项是由于数字化处理而带来的误差。式（ 2.2.2 ）中， n 是量化误差反映在末位数字上的变化量，若把 n 个字的误差折合成满量程的百分数，即变成式（ 2.2.1 ）。式（ 2.2.3 ）比较特殊，有些厂家用此种表达方式，后两项中有一项表示其它环境或功能引入的误差。

    数字万用表的准确度远优于模拟指针万用表。以测量直流电压的基本量程的准确度指标为例， 3 位半可达到± 0.5 ％， 4 位半可达到 0.03 ％等。万用表的准确度是一个很重要的指标，它反映万用表的质量和工艺能力，准确度差的万用表很难表达出真实的值，容易引起测量上的误判。

分辨力（分辨率）

    数字万用表在zui低电压量程上末位1个字所对应的电压值，称作分辨力，它反映出仪表灵敏度的高低。数字仪表的分辨力随显示位数的增加而提高。不同位数的数字万用表所能达到的zui高分辨力指标不同，例如： 3 1/2位的万用表100μV 。

    数字万用表的分辨力指标亦可用分辨率来显示。分辨率是指仪表能显示的zui小数字（零除外）与zui大数字的百分比。例如，一般3 1/2位数字万用表可显示的zui小数字为1，zui大数字可为1999 ，故分辨率等于 1/1999≈0.05％。

    需要指出，分辨率与准确度属于两个不同的概念。前者表征仪表的“灵敏性”，即对微小电压的“识别”能力；后者反映测量的“准确性”，即测量结果与真值的一致程度。二者无必然的，因此不能混为一谈，更不得将分辨力（或分辨率）误以为是类似于准确度则取决于仪表内部 A/D 转换器、功能转换器得综合误差以及量化误差。从测量角度看，分辨力是“虚”指标（与测量误差无关），准确度才是“实”指标（它决定测量误差得大小）。因此，任意增加显示位数来提高仪表分辨力得方案是不可取得。

测量范围

    在多功能数字万用表中，不同功能均有其对应得可以测量得zui大值和zui小值。例如： 4 1/2位万用表，直流电压档的测试范围是 0.01mV ～ 1000V 。

测量速率

    数字万用表每秒钟对被测电量的测量次数叫测量速率，其单位是“次/s”。它主要取决于 A/D 转换器的转换速率。有的手持式数字万用表用测量周期来表示测量的快慢。完成一次测量过程所需要的时间叫测量周期。

    测量速率与准确度指标存在着矛盾，通常是准确度愈高，测量速率愈低，二者难以兼顾。解决这一矛盾可在同一块万用表设置不同的显示位数或设置测量速度转换开关：增设快速测量档，该档用于测量速率较快的 A/D 转换器；通过降低显示位数来大幅度提高测量速率，此法目前应用的比较普通，可满足不同用户对测量速率的需要。

输入阻抗

    测量电压时，仪表应具有很高的输入阻抗，这样在测量过程中从被测电路中吸取的电流极少，不会影响被测电路或信号源的工作状态，能够减少测量误差。例如：3 1/2位手持式数字万用表的直流电压档输入电阻一般为 10μΩ。交流电压档受输入电容的影响，其输入阻抗一般低于直流电压档。

    测量电流时，仪表应该具有很低的输入阻抗，这样接入被测电路后，可尽量减小仪表对被测电路的影响，但是在使用万用表电流档时，由于输入阻抗较小，所以较容易烧坏仪表，请用户在使用时注意。

三、数字万用表的功能

数字万用表的分类

    数字万用表按照量程转换方式来分类，可划分成三种类型：手动量程（MAN RANGZ），自动量程（AUTO RANGZ），自动/手动量程（AUTO/MAN RANGZ ）。

    根据功能、用途及价格的不同，数字万用表大致可分为9大类：低档数字万用表（亦称普及型数字万用）、中档数字万用表、中/数字万用表、数字/模拟混合式仪表，数字/模拟双显示的仪表、万用示波表（将数字万用表、数字存储示波器等动能集于一身）。

数字万用表的测试功能

    数字万用表不仅可以测量直流电压（DCV）、交流电压（ACV），直流电流（DCA）、交流电流（ACA）、电阻（Ω）、二极管正向压降（VF）、晶体管发射极电流放大系数（hrg）、还能测电容量（C）、电导（ns）、温度（T）、频率（f），并增加了用以检查线路通断的蜂鸣器档（BZ）、低功率法测电阻档（L0Ω）。有的仪表还具有电感档、信号档、AC/DC自动转换功能，电容档自动转换量程功能。

    数型数字万用表大多增加了下述新颖实用的测试功能：读数保持（HOLD）、逻辑测试（LOGIC）、真有效值（TRMS）、相对值测量（RELΔ）、自动关机（AUTO OFF POWER）等。

数字万用表的抗干扰能力

    简单的数字万用表普遍采用积分式 A/D 转换原理，只要选择正向积分时间恰好等于串桢干扰信号周期的整倍数，就能有效地抑制串桢干扰。这是因为串桢干扰信号在正向积分阶段被平均掉的缘故。中、低档数字万用表的共桢抑制比（CMRR）可达86～120dB。

数字万用表故障捕获功能

四、数字万用表的发展趋势

集成化

    手持式数字万用表采用单片 A/D 转换器，外围电路比较简单，只需少量辅助芯片和元器件。近年来单片数字万用表芯片不断问世，使用一片 IC 即可构成功能比较完善的自动量程数字万用表，为简化设计和降低成本创造了有利条件。

功耗低

    新型数字万用表普遍采用 CMOS 大规模集成电路的 A/D 转换器，整机功耗很低。