數(shù)字多用表技術(shù)指南

數(shù)字多用表（Digital Multimeters，簡(jiǎn)稱 DMM）用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息。一般來(lái)講，數(shù)字多用表*少應(yīng)有這5種功能，即直流電壓、交流電壓、直流電流、交流電流和電阻。雖然技術(shù)指標(biāo)各不相同，但大多數(shù)數(shù)字表都具有圖1的結(jié)構(gòu)框圖。
模數(shù)轉(zhuǎn)換
模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D Converter）作為數(shù)字表的核心部分，實(shí)現(xiàn)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào) 的功能，直接影響儀器的關(guān)鍵特性，如讀數(shù)速率、線性、分辨率、串模抑制比和精度。數(shù)字信號(hào)可用于前面板顯示測(cè)量結(jié)果，或者通過(guò)接口（GPIB、RS-233、USB或Ethernet）傳輸給計(jì)算機(jī)作進(jìn)一步的分析處理。
分辨率
分辨率（Resolution）定義為*小可檢測(cè) 到的信號(hào)變化量與滿量程之比。例如，一臺(tái) 儀表滿量程時(shí)顯示為19,999，而其*小可檢測(cè)到的變化為±1個(gè)末位字，那么分辨率則為 1/19999或0.005%。
分辨率也經(jīng)常表述為一個(gè)整數(shù)加一個(gè)分?jǐn)?shù) 的形式，如5?（五位半）。整數(shù)表示能顯示 0-9全部數(shù)字的位數(shù)，分?jǐn)?shù)表示*高位能顯示一個(gè)或多個(gè)非零數(shù)字，如0,1,2。
靈敏度
靈敏度（Sensitivity）與分辨率相似，也表示儀器可檢測(cè)到*小的輸入信號(hào)變化量。不同的是，靈敏度不與滿量程相比較，表示為某功能*小量程下的*小變化量（有單位）。例如，一臺(tái)7?數(shù)字表，*小量程為200mV，其靈敏度為10nV。
準(zhǔn)確度
準(zhǔn)確度（Accuracy）表示為兩部分，±（讀數(shù)的％＋量程的％）或（讀數(shù)的ppm＋量程的ppm）。由計(jì)算公式可見(jiàn)，在某一量程內(nèi)越接近零的地方，與量程相關(guān)部分的貢獻(xiàn)對(duì)準(zhǔn)確度的影響越大。而接近滿量程的地方，讀數(shù)項(xiàng) 對(duì)準(zhǔn)確度的影響會(huì)越大。在接近滿量程附近準(zhǔn) 確度應(yīng)*佳。
一般來(lái)說(shuō)，準(zhǔn)確度與這些條件有關(guān)，包括 ±1℃、±5℃工作環(huán)境溫度，24小時(shí)、90天或1年的校準(zhǔn)周期。準(zhǔn)確度可以通過(guò)控制環(huán)境溫度和選擇更短的校準(zhǔn)周期來(lái)改善。圖2示例了一個(gè)準(zhǔn)確度的變化曲線，一條線表示5?數(shù)字表，另一條表示6?數(shù)字表，準(zhǔn)確度表達(dá)式都是 ±（0.1％＋1個(gè)字）。
負(fù)載影響與輸入阻抗
負(fù)載影響指由于輸入阻抗不是無(wú)限大而對(duì) 被測(cè)電路造成的干擾。輸入阻抗指數(shù)字表輸入端的等效電阻和電容。負(fù)載誤差（圖3）指數(shù)字表實(shí)際測(cè)量得到的電壓（Vm）與理想情況下的電壓（Vs）之差。輸入端電壓降誤差（圖4）指由于數(shù)字表輸入端電壓降不為零導(dǎo)致的實(shí)測(cè)電流（Im）與理想情況下流過(guò)RL的電流（Is）之差。
2線與4線電阻
2線電阻測(cè)量時(shí)，數(shù)字表電流源的測(cè)試電流也流過(guò)測(cè)試引線，而引線接入數(shù)字表的 HI-LO輸入端。這種方法在大多數(shù)電阻測(cè)量時(shí)結(jié)果良好。然而其問(wèn)題是流過(guò)測(cè)試引線（RL）產(chǎn)生的電壓降會(huì)引入測(cè)量誤差，尤其對(duì) 低阻測(cè)量時(shí)。（圖5） 4線電阻測(cè)量（也稱Kelvin法），引入另外兩條線（Sense端）直接將被測(cè)電阻RX接入數(shù)字表內(nèi)高輸入阻抗的電壓測(cè)量端。由于高輸入阻抗，Sense引線（等效電阻RL）中流過(guò)的電流極小，產(chǎn)生的電壓降可忽略不計(jì)，通過(guò) Sense端測(cè)得的電壓就是Rx上的電壓。因此4線法對(duì)低阻可**測(cè)量。
速度與建立時(shí)間每一臺(tái)表都有一個(gè)與其輸入電路相關(guān)的建立時(shí)間。儀表的讀數(shù)速率或稱測(cè)量速度與建立時(shí)間是獨(dú)立的。對(duì)高精度的數(shù)字表，有時(shí)必須等一定的輸入信號(hào)建立時(shí)間才能達(dá)到滿精度。有幾種參數(shù)影響測(cè)量速度，包括積分速率（NPLC），濾波設(shè)置，量程設(shè)置，自動(dòng)校零（AutoZero），觸發(fā)延遲與顯示設(shè)置。要想達(dá) 到*快的速度，設(shè)置如下：積分速率（NPLC）＝0.01 濾波＝關(guān)閉量程＝固定（不用自動(dòng)量程）自動(dòng)校零（AutoZero）＝關(guān)閉觸發(fā)延遲＝0.0 顯示＝關(guān)閉請(qǐng)注意，*快速度時(shí)準(zhǔn)確度并不是*高的。串模與共模抑制比串模干擾指干擾信號(hào)直接串接到輸入信號(hào) 中。*主要的串模干擾來(lái)自市電頻率和其諧波信號(hào)。串模抑制比（簡(jiǎn)稱NMRR）表示為dB，對(duì)應(yīng)頻率為50Hz或60Hz。串模干擾大小為噪聲峰值或直流信號(hào)上的偏差量。共模抑制比（簡(jiǎn)稱CMRR）指儀表對(duì)加在輸入HI和LO端共模信號(hào)的抑制能力。這項(xiàng)指標(biāo)一般是用一個(gè)1kΩ的不平衡電阻加在一個(gè) 輸入端上測(cè)量所得，更大的不平衡電阻會(huì)引起 CMRR變壞。CMRR用dB表示（類似NMRR），分為DC,50Hz或60Hz。CMRR影響直流與交流測(cè)量，一般為偏置誤差。過(guò)載保護(hù) 這是一個(gè)電氣牢固與可靠性的指標(biāo)，以保護(hù)儀表在可能遭遇到的供電高壓時(shí)的**。一般情況下對(duì)高電壓易敏感的是*低的量程如電壓（100mV）和電阻。與過(guò)載保護(hù)相似的是* 大共模電壓，指LO或COMMON端能**承受到大地的*大電壓。輸入端總是應(yīng)該接*低阻抗。

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