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如何正確選用您的萬用表

更新時間:2013-04-17        閱讀量:3811

 *,萬用表是電子測試領域zui基本的工具,也是一種使用廣泛的儀器,由于其價格低廉、操作簡單、功能齊全、使用廣泛等特點,專業(yè)電子工程師使用上往往忽略以下問題:1.由于萬用表的精度、分辨率不夠,憑估測判斷,往往導致人為的誤差:2.由于各種萬用表測試方法不同,在不同信號和非正弦波標準信號測試中萬用表往往導致誤差3.操作上的安全性、可靠性和保護性:由于萬用表本身的保護性差,測試中需要測試人員不能絲毫馬虎,否則導致萬用表不必要的損壞……,因此,根據本人多年的經驗,勸告使用者,請根據需要選擇您的萬用表!

  那么如何選擇萬用表呢?
  一、根據需要,選擇萬用表的顯示位數(shù),精度和分辨率。

根據國家標準GB77676的規(guī)定,電工儀表的精度等級分為七級,它們與引用誤差的關系列于表1中。
   表1

精度等級

0.1

0.2

0.5

1.0

1.5

2.5

5.0

引用誤差

±0.1

±0.2

±0.5

±1.0

±1.5

±2.5

±5.0

1.      顯示位數(shù)及顯示特點
   
數(shù)字萬用表的顯示位數(shù)通常為 3 1/2 位~8 1/2位。判定數(shù)字儀表的顯示位數(shù)有兩條原則:其一是,能顯示從09中所有數(shù)字的位數(shù)是整位數(shù);其二是,分數(shù)位的數(shù)值是以zui大顯示值中zui高位數(shù)字為分子,用滿量程時計數(shù)值為2000,這表明該儀表有3個整數(shù)位,而分數(shù)位的分子是1,分母是2 ,故稱之為3 1/2 位,讀作三位半,其zui高位只能顯示 0 10通常不顯示)。3 2/3 位(讀作三又三分之二位)數(shù)字萬用表的zui高位只能顯示02的數(shù)字,故zui大顯示值為±2999。在同樣情況下,它要比3 1/2 位的數(shù)字萬用表的量限高50%,尤其在測量380V 的交流電壓是很有價值。
   
例如,在用數(shù)字萬用表測量電網電壓時,普通3 1/2位數(shù)字萬用表的zui高位只能是01,若要測量220V 380V 電網電壓,只能用三位顯示,該檔的分辨率僅為 1V 。相比之下,用 33/4 位的數(shù)字萬用表來測量電網電壓,zui高位可以顯示 03 ,這樣可以四位顯示,分辨率為 0.1V ,這與 4 1/2位的數(shù)字萬用表分辨力相同。
   
普及型數(shù)字萬用表一般屬于3 1/2 位顯示的手持式萬用表,4 1/2 ,51/2位(6位以下)數(shù)字萬用表分為手持式、臺式兩種。6 1/2 位以上大多屬于臺式數(shù)字萬用表。
   
數(shù)字萬用表采用先進的數(shù)顯技術,顯示清晰直觀、讀書準確。它既能保證了讀數(shù)的客觀性,又符合人們的讀數(shù)習慣,能夠縮短讀數(shù)或記錄時間。這些優(yōu)點是傳統(tǒng)的模擬式(即指針式)萬用表所不具備的。

2.      準確度(精度)
   
數(shù)字萬用表的準確度是測量結果中系統(tǒng)誤差與隨機誤差的綜合。它表示測量值與真值的一致程度,也反映測量誤差的大小。一般講準確度愈高,測量誤差就愈小,反之亦然。
   
準確度有三種表達方式,分別如下:
   
準確度=±a RDG + b FS 2.2.1
   
準確度=±a RDG +n個字) 2.2.2
   
準確度=±a RDG + b FS + n個字) 2.2.3
   
式( 2.2.1 )中, RDG 為讀數(shù)值(即顯示值), FS 表示滿度值,括弧中前一項代表A/D 轉換器和功能轉換器(例如分壓器、分流器、真有效值轉換器)的綜合誤差,后一項是由于數(shù)字化處理而帶來的誤差。式( 2.2.2)中, n 是量化誤差反映在末位數(shù)字上的變化量,若把 n 個字的誤差折合成滿量程的百分數(shù),即變成式( 2.2.1 )。式( 2.2.3)比較特殊,有些廠家用此種表達方式,后兩項中有一項表示其它環(huán)境或功能引入的誤差。
   
數(shù)字萬用表的準確度遠優(yōu)于模擬指針萬用表。以測量直流電壓的基本量程的準確度指標為例, 3位半可達到± 0.5 %, 4 位半可達到 0.03%等。萬用表的準確度是一個很重要的指標,它反映萬用表的質量和工藝能力,準確度差的萬用表很難表達出真實的值,容易引起測量上的誤判。

3.      分辨力(分辨率)
   
數(shù)字萬用表在zui低電壓量程上末位1個字所對應的電壓值,稱作分辨力,它反映出儀表靈敏度的高低。數(shù)字數(shù)字儀表的分辨力隨顯示位數(shù)的增加而提高。不同位數(shù)的數(shù)字萬用表所能達到的zui高分辨力指標不同,例如:3 1/2位的萬用表100μV 。
   
數(shù)字萬用表的分辨力指標亦可用分辨率來顯示。分辨率是指儀表能顯示的zui小數(shù)字(零除外)與zui大數(shù)字的百分比。例如,一般31/2位數(shù)字萬用表可顯示的zui小數(shù)字為1,zui大數(shù)字可為1999 ,故分辨率等于 1/1999≈0.05%。
   
需要指出,分辨率與準確度屬于兩個不同的概念。前者表征儀表的靈敏性,即對微小電壓的識別能力;后者反映測量的準確性,即測量結果與真值的一致程度。二者無必然的,因此不能混為一談,更不得將分辨力(或分辨率)誤以為是類似于準確度則取決于儀表內部A/D轉換器、功能轉換器得綜合誤差以及量化誤差。從測量角度看,分辨力是指標(與測量誤差無關),準確度才是指標(它決定測量誤差得大小)。因此,任意增加顯示位數(shù)來提高儀表分辨力得方案是不可取得。

二、根據需要,選擇萬用表的測量方法和交流頻響
  一般來講,萬用表的測量方法主要對交流信號測量而言,大家都知道交流信號很多種類和各種復雜情況,并且伴隨交流信號頻率的改變,出現(xiàn)各種頻率響應,影響萬用表的測量。萬用表對交流信號的測量,一般有二種方法:平均值和真有效值測量。平均值測量一般是對純正弦波而言,它采用估算平均的方法測量AC信號,而對非正弦波信號將會出現(xiàn)較大的誤差,同時,如果正弦波信號出現(xiàn)諧波干擾時,其測量誤差也會有很大改變,而真有效值測量,是用波形的瞬時峰值再乘以0.707來計算電流與電壓,保證在失真和噪聲系統(tǒng)中的讀數(shù)。這樣如果您需要檢測普通的數(shù)字數(shù)據信號,用平均值萬用表測量就不會到達真實的測量效果。同時交流信號的頻響也至關需要,有的可高達100KHz。
三、根據需要,選擇萬用表的功能和測量范圍
  不同的萬用表,其生產廠家將會設計不同的功能測量范圍。一般來講,普通的萬用表都能測試交直流電壓、電流、電阻、通斷等,但是有的萬用表為了降低成本不設置電流功能。在此基礎上,有的萬用表考慮使用方便,增加了些其它功能。譬如:二極管、萬用表電池測試、三極管hef、電容、頻率、溫度等?,F(xiàn)在由于電子技術的發(fā)展,有些有名的廠家,像Agilent、Fluke”等,在傳統(tǒng)參數(shù)和元件的基礎上,增加了更先進的功能,譬如:占空比測試,dBm值測試,zui大、zui小值記錄保持功能等??傊f用表的功能將隨著測試的需要,有經驗的廠家將會創(chuàng)造更多更*的功能。但是我們在追求萬用表功能的基礎上,也不能忽視其測量范圍,同樣測試電流,有的萬用表可到20A,而有的卻只有40mA或更小。
四、根據需要,選擇您的萬用表
  和大多數(shù)儀器一樣,萬用表自身也有測量穩(wěn)定性,其測量結果的準確性與其使用時間、環(huán)境溫濕度等相關。如果萬用表的穩(wěn)定性差,在使用一段時間后,萬用表有時就會自相矛盾”——測量結果不一致。因此有些廠家非常注意此方面的問題:如像AgilentFluke”等公司在zui近新產品銷售中允諾終身可溯源校準和保修。
  大多數(shù)維護工程師使用萬用表,zui擔心萬用表的保護性差,不經意中表筆線插錯或測試檔錯誤,導致萬用表不必要的損害,影響工作。因此萬用表的安全性非常重要,有些好的萬用表自我保護性很好,像有些萬用表插錯表筆線時,會自動產生蜂鳴報警……這樣萬用表的選購,不要盲目貪圖便宜,要實用、好用才行。
五、根據需要,選用多功能的萬用表
  像三節(jié)所述,由于電子科技的發(fā)展,很多萬用表增加了許多功能。
  1.溫度測量
  在電子維修時,有此功能的萬用表方便您檢驗電子元件的發(fā)熱程度,如焊接拔取元件時,測量溫度防止損傷元器件。
  2.同時測量ACDC分量
  在電子測試中,我們所碰到的信號并非是很純真的交流或直流信號,我們需要觀測波形的總真有效值(包括ACDC部分),以便分析電路的功耗量,找出部分零件燒壞的原因——DC失調。
  3.dBm和毫伏值測量
  所謂dBm值測量,即低電平測量----dB值測量。dB一般用此公式表達:dB=20LogV/V參。如果改變V參考電壓,通過測試比較,我們可以測量相對應值:譬如用來分析電壓發(fā)大器的電壓增益。 
  4.尖峰保持
  利用萬用表真有效值測量,我們在此功能可以測量寬度大于0.25毫秒非規(guī)則交流信號的瞬時峰值電壓,并且自動保持,有利于尋找元件和設備破壞的原因。
  5.相對值測定
  利用此功能,我們可以進行相對值測定,即我們測試電壓或電流與參考電壓或電流的差值,電容相對模式可以清除讀數(shù)中的雜散電容。

六、根據需要,選用新的安全標準

1. 需要安全標準的原因:電壓類峰——一個難以避免的危險
  隨著電力的分配系統(tǒng)和負載越來越復雜,瞬間過壓的可能性大大增加了。馬達,電容,功率變換器,變頻調速器等設備是zui主要的尖峰源。室外輸電線路遭受雷擊也會引起非常危險的高能量瞬間高壓。如果你進行電力系統(tǒng)的測量,這種瞬間高壓常常是不可見的,但它確實存在,難以避免,其潛在的危險也更大。這些情況即便在低壓測量中也會經常碰到,其所產生的瞬間電壓可達幾千伏或更高。
2.
新的安全標準
  要避免瞬間高壓所帶來的危害,安全必須深入數(shù)字多用表內部,換句話說,就是數(shù)字多用表內部必須有足夠的安全設計。IEC(電子——電工委員會專為測試儀器定義了一套新的安全標準。以前,在很長一段時間里傳統(tǒng)的工業(yè)標準是IEC348。現(xiàn)在這一標準已被IECl010取代。依據IECl010標準設計的數(shù)字表其安全指標要比依據IEC348的高很多。
3.
原則
  如果你正在考慮更新你的數(shù)字多用表,那么,在選購之前不妨花幾分鐘的時間分析一下使用環(huán)境的zui壞情況??纯茨念愡^壓標準才能滿足需要。在選擇過程中,首先選擇過壓標準,然后在同一過壓標準下選擇耐壓指標。不要忘記測試表筆,IECl010同時適用于測試表筆,測試表筆的過壓指標不能低于數(shù)字多用表,如果僅僅由于表筆而使整個過壓保護設計功虧一簣,那將是得不償失的。
4.
理解什么是額定安全電壓
  IEC1010的測試過程包含三個主要的可能因素:穩(wěn)定電壓,峰值過壓源阻抗,這三個因素綜合考慮得出萬用表真正的額定安全電壓值。

 

過壓分類

工作電壓
對地直流或交流有效值

峰值瞬間高壓重復20

測試電阻(Ω=ΩV/A)

一類

600V

2500V

30Ω

一類

1000V

4000V

30Ω

二類

600V

4000V

12Ω

二類

1000V

6000V

12Ω

三類

600V

6000V

三類

1000V

8000V


5.UL
認證,CSA,TUV,VDE認證代表什么?
  當你看到ULCSA,TUV等符號或讀到設計滿足于……”這類話時,往往就會想到獨立測試機構。當然,實際的獨立測試絕非是儀器設計工程師的一廂情愿。
  你如何證明所設計的多用表滿足三類或二類安全標準呢?可能并沒有經過獨立測試機構的測試而是制造廠家自己驗證其產品滿足二類或三類指標。IEC委員會僅僅是制定并建議它的標準,但并不強制執(zhí)行。只有當一個產品經測試*某個獨立驗證機構的標準時,才能把諸如UL,CSATUV等驗證機構的標志標于儀器上。是否有這些標志,在魚龍混雜的儀器市場是,不是,但卻可能是zui直接的辨別方法。

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