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论文《数字万用电表的使用与测量》

包头师范学院

本科学年论文

论文题目：

数字万用电表的使用与测量

院系：

专业：

学号：

姓名：

指导教师：

撰写学年：

2010至2011学年

二零一零年十一月

摘要

数字式万用表由于它的测量准确度较高，使用方便，直观，功能多，受到广泛的欢迎。

随着大规模集成电路技术的发展和成熟，数字式万用表的稳定性越来越好，价格越来越便宜，这一切使得数字式万用表的使用也越来越普遍。

数字万用电表是一种功能齐全,精度高,性能稳定,灵敏度高,结构紧凑的仪表.它显示直观能做到小型化,智能化,并且可以与计算机接口组成自动化测试系统.数字万用电表按显示位数分,可以分为三位半,四位半,五位,六位,八位等;按测量速度分为高速和低速;按重量,体积分,可分为袖珍式,便携式和台式;按A/D变换方式分,可分为直接变换型和间接变换型.。

本文就是针对其具体的使用原理与使用方法进行研究的。

关键字:

数字式万用表、测量、转换

Abstract

Digitalmultimeterduetoitshighdegreeofaccuracyofmeasurement,easytouse,intuitive,multi-function,hasbeenwidelywelcomed.Withthedevelopmentoflargescaleintegratedcircuittechnologyandmature,thestabilityofdigitalmultimetergettingbetterandbetter,cheaperprice,thismakestheuseofdigitalmultimeterareincreasinglycommon.

Digitalmultimeterisafull-featured,highprecision,stableperformance,highsensitivity,compactinstrument.Itshowstheintuitivecandosmall,intelligent,andcanbeformedwiththecomputerinterface,automatictestsystems.Digitalmultimeteraccordingtothemedianpointsshown,canbedividedintothreeandahalf,fourandahalf,five,six,eight,etc.;bymeasuringthespeedintohighspeedandlowspeed;byweight,volumefraction,canbedividedintopocket,portableanddesktop;byA/Dconversionmethodpoints,canbedividedintodirectandindirectconversiontypeconversion..Thisarticleisusedforitsspecificprinciplesandmethodsofresearchused.

Keywords:

digitalmultimeter,measure,conversion

目录

1.数字万用表原理5

1.1DT830B型数字万用表的特点5

1.2DT830B型数字万用表的原理框图6

2．使用数字万用电表时的注意事项6

2.1与万用表相同的注意事项6

2.1数字万用表的注意事项7

3．数字万用表的使用7

3.1电压的测量7

3.1.1直流电压的测量7

3.1.2交流电压的测量7

3.2电流的测量8

3.2.1直流电流的测量8

3.2.2交流电流的测量8

3.3电阻的测量8

3.4电容、电感的测量8

3.5二极管的测量8

3.6三极管的测量9

3.7MOS场效应管的测量9

4数字万用表的特殊使用9

4.1用二极管档和200MΩ档判别三极管9

4.2利用电容档测量电感10

4.3测量大于20μF的电容11

4.4用数字万用表作测温仪11

结语12

数字万用电表的使用与测量

1.数字万用表原理

数字万用表是由数字电压表配上相应的功能转换电路构成的，它可对交流电压、直流电压、交流与直流电流、电阻、电容以及频率等多种参数进行直接测量。

数字电压表通常使用一块集成电路芯片，它将A/D转换器与能够直接驱动显示器的显示逻辑控制器集成在一起，在其周围配上相关的电阻器、电容器和显示器，组成数字万用表表头。

它只测量直流电压，其它参数必须转换成和其自身大小成一定比例关系的直流电压后才能被测量。

数字万用表的整体性能主要由这一数字表头的性能决定。

数字电压表是数字万用表的核心，A/D转换器是数字电压表的核心，不同的A/D转换器构成不同原理的数字万用表。

功能转换电路是数字万用表实现多参数测量的必备电路。

电压、电流的测量电路一般由无源的分压、分流电阻网络组成，交流、直流转换电路与电阻、电容等电参数测量的转换电路，一般采用有源器件组成的网络来实现。

功能选择可通过机械式开关的切换来实现，量程选择可通过转换开关切换，也可以通过自动量程切换电路来实现。

下面我们具体以DT830B型数字万用表为例研究其原理。

1.1DT830B型数字万用表的特点

DT830B其显示器第一位只能显示0或1，其它位能显示0～9。

其基本量程为200mV，表头最大显示值为199.9。

它的测量参数有：

DCV：

直流电压

ACV：

交流电压

DCA：

直流电流

R：

电阻

UF：

二极管的正向导通电压

hFE：

三极管放大倍数

DT830B型万用表主要包括十个部分：

（1）A/D转换器电路；

（2）直流电压测量电路；（3）直流电流测量电路；（4）交流电压测量电路；（5）交流电流测量电路；（6）电阻测量电路；（7）测量晶体管Hfe的电路；（8）二极管测试电路；（9）蜂鸣器电路；（10）小数点驱动电路及低电压指示电路。

1.2DT830B型数字万用表的原理框图

图1

2．使用数字万用电表时的注意事项

数字万用电表和万用表一样是比较精密的仪器，如果使用不当，不仅造成测量不准确且极易损坏。

但是，只要我们掌握万用表的使用方法和注意事项，谨慎从事，那么数字万用表就能经久耐用。

使用数字万用表应注意如下事项：

2.1与万用表相同的注意事项

（1）测量电流与电压不能旋错档位。

如果误将电阻档或电流档去测电压，就极易烧坏电表。

万用表不用时，最好将档位旋至交流电压最高档，避免因使用不当而损坏。

（2）测量直流电压和直流电流时，注意“+”“-”极性，不要接错。

如发现指针开反转，既应立即调换表棒，以免损坏指针及表头。

（3）如果不知道被测电压或电流的大小，应先用最高档，而后再选用合适的档位来测试，以免表针偏转过度而损坏表头。

所选用的档位愈靠近被测值，测量的数值就愈准确。

（4）测量电阻时，不要用手触及元件的裸体的两端（或两支表棒的金属部分），以免人体电阻与被测电阻并联，使测量结果不准确。

（5）测量电阻时，如将两支表棒短接，调“零欧姆”旋钮至最大，指针仍然达不到0点，这种现象通常是由于表内电池电压不足造成的，应换上新电池方能准确测量。

（6）万用表不用时，不要旋在电阻档，因为内有电池，如不小心易使两根表棒相碰短路，不仅耗费电池，严重时甚至会损坏表头

2.1数字万用表的注意事项

（1）量程开关应置于正确测量位置。

（2）检查表笔绝缘层应完好，无破损和断线。

（3）红、黑表笔应插在符合测量要求的插孔内，保证接触良好。

（4）严禁量程开关在电压测量或电流测量过程中改变档位，以防损坏仪表。

（5）必须用同类型规格的保险丝更换坏保险丝。

（6）为防止电击，测量公共端“COM”和大地“”之间电位差不得超过1000V。

（7）液晶显示“

”符号时，应及时更换电池，以确保测量精度。

（8）测量完毕应及时关断电源。

长期不用时，应取出电池。

3．数字万用表的使用

3.1电压的测量

3.1.1直流电压的测量

如电池、随身听电源等。

首先将黑表笔插进“com”孔，红表笔插进“V/Ω”。

把旋钮选到比估计值大的量程（注意：

表盘上的数值均为最大量程，“V－”表示直流电压档，“V～”表示交流电压档，“A”是电流档），接着把表笔接电源或电池两端；保持接触稳定。

数值可以直接从显示屏上读取，若显示为“1.”，则表明量程太小，那么就要加大量程后再测量工业电器。

如果在数值左边出现“-”，则表明表笔极性与实际电源极性相反，此时红表笔接的是负极。

3.1.2交流电压的测量

表笔插孔与直流电压的测量一样，不过应该将旋钮打到交流档“V～”处所需的量程即可。

交流电压无正负之分，测量方法跟前面相同。

无论测交流还是直流电压，都要注意人身安全，不要随便用手触摸表笔的金属部分。

3.2电流的测量

3.2.1直流电流的测量

先将黑表笔插入“COM”孔。

若测量大于200mA的电流，则要将红表笔插入“10A”插孔并将旋钮打到直流“10A”档；若测量小于200mA的电流，则将红表笔插入“200mA”插孔，将旋钮打到直流200mA以内的合适量程。

调整好后，就可以测量了。

将万用表串进电路中，保持稳定，即可读数。

若显示为“1.”，那么就要加大量程；如果在数值左边出现“-”，则表明电流从黑表笔流进万用表。

3.2.2交流电流的测量

测量方法与1相同，不过档位应该打到交流档位，电流测量完毕后应将红笔插回“VΩ”孔。

3.3电阻的测量

　将表笔插进“COM”和“V/Ω”孔中，把旋钮打旋到“Ω”中所需的量程，用表笔接在电阻两端金属部位，测量中可以用手接触电阻，但不要把手同时接触电阻两端，这样会影响测量精确度的－－人体是电阻很大但是有限大的导体。

读数时，要保持表笔和电阻有良好的接触；注意单位：

在“200”档时单位是“Ω”，在“2K”到“200K“档时单位为“KΩ”，“2M”以上的单位是“MΩ”。

3.4电容、电感的测量

测量电容、电感时，表笔位置与测电阻时，将旋钮旋到相应电容、电感的量程档上，然后测量即可。

注意的是测量电容时，测前要对被测电容进行放电，以防损坏数字万用表。

3.5二极管的测量

数字万用表可以测量发光二极管，整流二极管。

测量时，表笔位置与电压测量一样，将旋钮旋到“

”档；若将红表笔接二极管阳（正）极，黑表笔接二极管阴（负）极，则二极管处于正偏，万用表有一定数值显示。

肖特基二极管的压降是0.2V左右，普通硅整流管（1N4000、1N5400系列等）约为0.7V，发光二极管约为1.8～2.3V。

若将红表笔接二极管阴极，黑表笔接二极管阳极，二极管处于反偏，万用表高位显示为“1”或很大的数值，此时说明二极管是好的。

在测量时若两次的数值均很小，则二极管内部短路；若两次测得的数值均很大或高位为“1”，则二极管内部开路

3.6三极管的测量

（1）用数字万用表的二极管档位测量三极管的类型和基极b

判断时可将三极管看成是一个背靠背的PN结。

按照判断二极管的方法，可以判断出其中一极为公共正极或公共负极，此极即为基极b。

对NPN型管，基极是公共正极；对PNP型管则是公共负极。

因此，判断出基极是公共正极还是公共负极，即可知道被测三极管是NPN或PNP型三极管。

（2）发射极e和集电极c的判断

利用万用表测量β（HFE）值的档位，判断发射极e和集电极c。

将档位旋至MFE基极插入所对应类型的孔中，把其于管脚分别插入c、e孔观察数据，再将c、e孔中的管脚对调再看数据，数值大的说明管脚插对了。

（3）判别三极管的好坏

测试时用万用表测二极管的档位分别测试三极管发射结、集电结的正、反偏是否正常，正常的三极管是好的，否则三极管已损坏。

如果在测量中找不到公共b极、该三极管也为坏管子。

3.7MOS场效应管的测量

　Ｇ极（栅极）的确定：

利用万用表的二极管档。

若某脚与其他两脚间的正反压降均大于２Ｖ，即显示“１”，此脚即为栅极Ｇ。

再交换表笔测量其余两脚，压降小的那次中，黑表笔接的是Ｄ极（漏极），红表笔接的是Ｓ极（源极）。

4数字万用表的特殊使用

4.1用二极管档和200MΩ档判别三极管

　　1．将万用表开关置于二极管档，因数字万用表的二极管档有2.7V左右的电压输出，利用PN结的单向导电性，判断b极及判断NPN、PNP型三极管。

（1）假设三极管的某一极为b极，将红表笔接在假设的b极上，将黑表笔分别接另外两个极测其电阻，如果两次测得电阻均为低阻且大致相等，此时再对换表笔测其电阻是否均为高阻且相等，则红笔接的就是要找的b极，并判断是NPN型管。

（2）如果红表笔接假设的b极，照上述方法测量，结果均为高阻值且相等，对换表笔测其电阻均为低阻且相等，则黑表笔所接为b极，并且为PNP管。

（3）如果上述方法测得结果一个为低阻值，一个为高阻值，则原假设的b极是错的，必须假设另一脚为b极，直到满足要求。

当三次测得的结果没有相等的阻值，则三极管是坏管。

　　2．将万用表开关置于电阻200MΩ档，对于NPN型管，先假设其一极为c极，把红表笔接在假设的c极上，黑表笔接e极，或用手捏住b极和c极，但不能相碰。

这样是为了在bc间接入偏置电阻给三极管的基极加上一正向电流，使三极管导通。

记下此时的阻值，然后将红、黑表笔对换重测，也记下其阻值，比较两次阻值的大小，哪次阻值小，说明哪次假设是正确的，则该次红表笔所接是c极。

反之，对于PNP型管，黑表笔所接是c极。

　　注意：

数字万用表与机械万用表的红、黑表笔相反。

4.2利用电容档测量电感

　　1．根据电路原理，电容的容抗电感的感抗XL=2πfL。

如果合理地利用电容—容抗—电压（C—XC—V）的转换任务,可用数字万用表的电容档测量电感。

令待测电感的电抗与相应电容的容抗XC相等，即XL=XC，则有同时，待测电感与相应电容上的电压的大小相等，利用电容-容抗-电压（C—XC—V）转换器完成电感—感抗—电压（L—XL—V）的转换。

在不改变任何电路的情况下，直接将待测电感L接入数字万用表电容档的电容输入插口XC，进行电感的测量。

虽然数字万用表的屏幕上显示的是电容值，但它是与被测电感电抗大小相等的容抗所对应的电容值。

将此显示电容值转换为实际测量的电感值，才算真正地完成了测量电感的的工作。

　　2．电感的显示值转换为被测电感值。

数字万用表电容档的测量依赖于表内交流测量信号。

测量各种型号的数字万用表电容档的测量信号，无论是3位半数字万用表还是4位半的数字万用表只要电容档的最大量限为20μF，其测量信号均为频率f=400Hz,电压U=30mV（但具有大电容测量功能的数字万用表不在此列例如UT70B电容档的最大量限40000μF，测量信号采用超低频信号）。

将f=400Hz代入公式：

可以得到数字万用表电容档测量电感的显示值C与测量电感值L的转换公式

其中电容C的单位是μF，电感L的单位是H。

电感的测量范围从8mH～20H。

4.3测量大于20μF的电容

　　常见的数字万用表，其电容档的测量值最大为20μF，现无需对数字万用表原电路做任何改动，就可以用数字万用表的电容档测量大于20μF的电容。

　　此方法的测量原理是以两只电容串联公式C串＝C1C2/（C1+C2）为基础的。

由于容量大小不同的两只电容串联后，其串联后的总容量要小于容量小的那只电容的容量，因此，如果待测电容的容量超过了20μF，则只要用一只容量小于20μF的电容与之串联，就可以直接在数字万用表上测量了。

根据两只电容串联公式，很容易推导出C1＝C2C串/（C2-C串），利用此公式即可算出被测电容的容量值。

下面举一测试实例，说明运用此公式的具体方法。

　　被测元件是一只电解电容器，其标称容量为220μF，设其为C1。

选取一只标称值为10μF的电解电容作为C2，选用数字万用表20μF电容档测出此电容的实际值为9.5μF，将这两只电容串联后，测出C串为9.09μF。

将C2＝9.5μF、C串＝9.09μF代入公式，则：

　　C1＝C2C串/（C2-C串）＝9.59.09/（9.5-9.09）≈211（μF）

注意，无论C2的容量选取为多少，都要在小于20μF的前提下选取容量较大的电容，且公式中的C2应代入其实测值，而非标称值，这样可减小误差。

将两电容串联起来用数字万用表实测，由于电容本身的容量误差及测量误差，只要实测值与计算值相差不多即可认为待测电容C1是好的，根据测量值即可进一步推算出C1的实际容量。

4.4用数字万用表作测温仪

　　许多万用表都没有测温档，而每次实验课都需要记录温度，在PCB制板时需要对温度进行控制，而用水银温度计又容易损坏。

笔者通过外接简单的测温电路就可以测量温度。

测量电路包含温度—电压变换电路，高精度基准电压源。

其中温度电压变换电路由集成温度传感器,集成运算放大器,电阻等组成。

高精度基准电压源由集成稳压器，电容和电阻器等组成。

作用是补偿273.2K与0℃差异，实现量纲转换。

通过调试使测量电路的电压灵敏度为1mv/℃。

然后，将数字万用表转换开关置于电压200mV档，用数字万用表直接显示所测量的温度值即可。

结语

　　近年来，随着科技日新月异的发展，越来越多的高科技测量仪器被广泛使用，我们也开始越来越多的接触和使用此类仪器。

在学习这类一起时，不仅要懂得其基本的测量方法，还要适当掌握其必要的测量和使用原理即应注意的事项，以便更全面的了解和掌握其用法，还有就是防止在使用中损坏和因使用不当引起的不必要损失。

在遇到一些特殊情况时，不仅需要我们灵活使用，学会变通，还要掌握一些特殊的测量方法，这样有助于更快更好的进行测量研究，更全面、更准确、更简单的操作。

参考文献

　[1]周良权．模拟电子技术基础[M]．北京.高等教育出版社.1999.

[2]余孟尝.数字电子基础简明教程（第三版）.北京.高等教育出版社.2006

[4]杨素行主.《模拟电子技术基础》（第三版）.北京.高等教育出版社.2006.

[5]杨帮文.《实用电子小制作精选》.北京.人民邮电出版社.2005.