数字万用表的高灵敏度和准确度

数字万用表（又称数字多用表或数字繁用表）是数显技术与新型大规模集成电路技术的结晶。数字万用表具有很高的灵敏度和准确度，显示清晰直观，功能齐全，性能稳定，过载能力强，便于携带。因此，在电子测量、电工检测及检修等工作领域中，得到迅速推广和普及，显示出强大的生命力，并在许多情况下正逐步取代模拟式万用表。

（一）数字万用表的构成原理

数字万用表是在直流数字电压表的基础上，配以各种功能转换电路组成的多功能测量仪表。数字万用表最基本的功能是对电流、电压和电阻的测量，其原理框图如图8-15所示。

图8-15　数字万用表原理框图

常见的功能转换电路还有把二极管正向压降转换为直流电压的变换器，把电容量转换为直流电压的变换器，把晶体管电流放大倍数转换为直流电压的变换器，把频率转换为直流电压的变换器，把温度转换为直流电压的变换器等。除此之外，数字万用表还常附加有自动关机电路、报警电路、蜂鸣器电路、保护电路、量程自动切换电路等。DT830型数字万用表就是在前面讲的由单片ICL7106构成的直流数字电压表的基础上增加外围功能转换电路构成的，下面仅举DT830型数字万用表的几例转换电路进行说明。

1.数字万用表的直流电压档

数字万用表的直流电压档就是一个多量限的直流数字电压表，如图8-16所示。该表共设置五个电压量程：200mV和2、20、200、2000V，由量程选择开关S1控制，其分压比依次为1/1、1/10、1/100、1/1000、1/10000。只要选取合适的档，就可把0～2000V范围内的任何直流电压衰减为0～200mV的电压，再利用基本表（量程为200mV）进行测量。该基本表就是前面刚讲过的单片7106构成的直流数字电压表。

2.数字万用表的直流电流档

DT830型万用表的直流档分五个量程，其电路原理图如图8-17所示。电阻R6～R10是分流电阻，当被测电流流经分流电阻时产生压降，以此作为基本表的输入直流电压。在各档满量程时，基本输入端得到200mV的输入电压。

图8-16　DT830型万用表测量直流电压的电路

图8-17　DT830型万用表直流电流档电路

图8-18　DT830型数字万用表的电阻档电路

3.数字万用表电阻的测量

DT830型数字万用表的基本表（直流电压表）采用7106A/D转换芯片，该芯片第1脚有2.8V的基准电压输出，可作为基准电压源供电阻测量使用。电阻测量原理是利用被测电阻和基准电阻串联后接在基准电压源上，被测电阻上的压降作为基本表的电压输入端，通过选择开关改变基准电阻的大小，就可实现多量程电阻测量，其原理接线如图8-18所示。图中Rx是被测电阻，R1～R6是基准电阻。

（二）数字万用表的特点

1.显示位数

数字万用表的显示位数通常为位～位，一般有位、位、位、位、位、位、位、位共9种。位读作“三又二分之一位”。其余类推。

判定数字仪表的显示位数有两条原则：第一，能显示从0～9中所有数字的位是整数位；第二，分数位的数值是以最大显示值中最高位数字为分子，用满量程时（此时仪表已溢出）最高位数字作分母。例如，DT830型万用表显示位数是位，其最大显示值是1999，满度值是2000，此时万用表已超量限，低三位数字全部熄灭，最高位即千位处显示溢出标志“－1”，也就是说其最高位只能显示0或1，显0时以灭的状态表示。又如，位数字万用表最高位只能显示0、1、2，最大显示数值为2999，满度值为3000，即它的量程上限是3000。

2.显示方式

数字万用表一般采用液晶显示器，以数字的形式将测量结果显示出来。目前，新型数字万用表在数字显示的基础上普遍增加了标志符显示功能，标志符包括被测量的单位符号、测量项目符号（AC、DC）、特殊符号和图形等。

数字万用表也有采用模拟条图显示的。模拟条图能反映被测电量的连续变化过程和变化趋势。常见的模拟条图有液晶条图、等离子体光柱和LED光柱三种形式。数字万用表大多选用液晶条图，以降低显示功耗。

20世纪90年代国际上流行款式是双显示，即在数字显示的基础上又增加了液晶条图显示功能，其液晶显示屏见图8-19（a）。有些仪表可同时显示被测量的多种数据（例如最大值、最小值、平均值、即时值），称为多重显示仪表，图8-19（b）是三重显示屏的示意图。

图8-19　数字万用表液晶显示屏示意图

（a）数字/模拟条图双显；（b）三重显示

3.分类(www.xing528.com)

目前，国内外生产的数字万用表多达数百种，按量程转换方式分类，可分为手动量程式数字万用表、自动量程式数字万用表和自动/手动量程数字万用表。按用途和功能分类，可分为低档普及型（如DT830型数字万用表）数字万用表、中档数字万用表、智能数字万用表、多重显示数字万用表和专用数字仪表等。按形状大小分，可分为袖珍式和台式两种。

4.分辨力

数字仪表在最低量程上末位1个字所对应的数值称为分辨力，它反映出仪表灵敏度的高低。显然，分辨力随显示位数的增加而提高。

模拟式万用表的灵敏度是用最低电压档（例如直流2.5V档，交流10V档）的最小分度值来表示的。该数值越小，说明灵敏度越高，一般为0.1V至零点几V。数字万用表与之对应的技术指标是分辨力，它表示在最低量程（例如200mV档）末位上的一个字所对应的电压值。DT830型数字万用表200mV档的最大显示值为199.9mV，末位数字1表示0.1mV，因此分辨力为0.1mV，比模拟式万用表高一千倍。

5.分辨率

数字万用表的分辨力亦可用分辨率来表示。分辨率是指仪表所能显示的最小数字（零除外）与最大数字之比，通常用百分数表示。例DT380型数字万用表可显示的最小数字（不包括零）为1，最大数字为1999，故分辨率为1/1999≈0.05％。

6.准确度

数字万用表的准确度有两种表示方法。

第一种表示方法为

式中，“a％读数值”代表转换器、分压器等的综合误差；“b％满度值”代表由于数字化处理而带来的误差。对于某块数字仪表而言，b值是固定的，a值则与所选择的测量种类及量程有关。测量准确度是测量结果中系统误差和随机误差的综合，它表示测量值与真值的一致程度，也反映了测量误差的大小，也就是说数字万用表的测量准确度表示了测量的绝对误差。例如，SK—6221型数字万用表直流2V档的准确度为±（0.8％读数值＋0.2％满度值），则测0.1V电压时的绝对误差为±（0.8％×0.1V＋0.2％×2V），即绝对误差为0.0048V。

第二种表示方法为

式中，n是由于数字化处理引起的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，即为式（8-12），因此式（8-12）和式（8-13）是等价的。

【例8-1】 DT830型数字万用表直流2V档的准确度（23±5℃）为±（0.5％读数值＋2个字），问用该表2V档测量1.997V和0.1V电压的误差分别为多少？

解：（1）测1.997V电压时

准确度＝±（0.5％读数值＋2个字）＝±（0.5％×1997＋2个字）≈±12个字所以，测1.997V电压时的绝对误差为

Δ＝±12个字

相对误差为

（2）测0.1V电压时的绝对误差为

Δ＝±（0.5％×100＋2个字）≈±3个字

相对误差为

由上例可见，用数字万用表测量电压时应尽量使所选量程接近被测值，以便减小测量结果的相对误差。

（三）DT830型数字万用表的技术指标

DT830数字万用表是20世纪80年代较为流行的一种普及型位袖珍式液晶显示数字仪表。它的价格很低，可以与模拟式（即指针式）万用表相竞争。其主要技术指标见表8-1，除表中所列测试功能外DT830型数字万用表还有测量二极管正向压降、三极管电流放大倍数和利用蜂鸣器检查线路通断的功能。

表8-1　DT—830型数字万用表技术特性