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数字万用表设计性试验讲义
数字万用表设计性实验讲义
实验目的
掌握数字万用表的工作原理、组成和特性
掌握数字万用表的校准方法和使用方法
掌握分压及分流电路的连接和计算
了解整流滤波电路和过压过流保护电路的功用
实验仪器
DM-Ⅰ数字万用表设计性实验仪 一台
三位半或四位半数字万用表 一台
实验原理
数字万用表的特性
与指针式万用表相比较,数字万用表有如下优良特性:
⑴ 高准确度和高分辨力
三位半数字式电压表头的准确度为±0.5%,四位半的表头可达±0.03%,而指针式万用表中使用的磁电系表头的准确度通常仅为±2.5%。
分辨力即表头最低位上一个字所代表的被测量数值,它代表了仪表的灵敏度。通常三位半数字万用表的分辨力可达到电压0.1mV、电流(指电流强度,下同)0.1μA、电阻0.1Ω,远高于一般的指针式万用表。
⑵ 电压表具有高的输入阻抗
电压表的输入阻抗越高,对被测电路影响越小,测量准确性也越高。
三位半数字万用表电压挡的输入阻抗一般为10MΩ,四位半的则大于100MΩ。而指针式万用表电压挡输入阻抗的典型值是20~100kΩ/V。
⑶ 测量速率快
数字表的速率指每秒钟能完成测量并显示的次数,它主要取决于A/D转换的速率。三位半和四位半数字万用表的测量速率通常为每秒2~4次,高的可达每秒几十次。
⑷ 自动判别极性
指针式万用表通常采用单向偏转的表头,被测量极性反向时指针会反打,极易损坏。而数字万用表能自动判别并显示被测量的极性,使用起来格外方便。
⑸ 全部测量实现数字式直读
指针式万用表尽管刻画了多条刻度线,也不能对所有挡进行直接读数,需要使用者进行换算、小数点定位,易出差错。特别是电阻挡的刻度,既反向读数(由大到小)又是非线性刻度,还要考虑挡的倍乘。而数字万用表则没有这些问题,换挡时小数点自动显示,所有测量挡都可以直接读数,不用换算、倍乘。
⑹ 自动调零
由于采用了自动调零电路,数字万用表校准好以后使用时无需调校,比指针式万用表方便许多。
⑺ 抗过载能力强
数字万用表具备比较完善的保护电路,具有较强的抗过压过流的能力。
当然,数字万用表也有一些弱点,如:
⑴ 测量时不象指针式仪表那样能清楚直观地观察到指针偏转的过程,在观察充放电等过程时不够方便。不过有些新型数字表增加了液晶显示条,能模拟指针偏转,弥补这一不足。
⑵ 数字万用表的量程转换开关通常与电路板是一体的,触点容量小,耐压不很高,有的机械强度不够高,寿命不够长,导致用旧以后换挡不可靠。
⑶ 一般数字万用表的V/Ω挡公用一个表笔插孔,而A挡单独用一个插孔。使用时应注意根据被测量调换插孔,否则可能造成测量错误或仪表损坏。
数字万用表的基本组成
图(1) 数字万用表的基本组成
除了图(1)中的基本组成部分之外,数字万用表通常还有蜂鸣器电路、二极管检测电路、三极管hFE测量电路、低电压指示电路等(如DT830A型)。有的表还设有电容测量电路、温度测量电路、自动延时关机电路等(如DT890C+、M890D、KT105等型号)。更新型的还有电感、频率测量电路(如DT930F+、KT102、VC9808等型号)。
[本实验只研究数字万用表的基本组成部分]
模数(A/D)转换与数字显示电路
常见的物理量都是幅值(大小)连续变化的所谓模拟量(模拟信号)。指针式仪表可以直接对模拟电压、电流进行显示。而对数字式仪表,需要把模拟电信号(通常是电压信号)转换成数字信号,再进行显示和处理(如存储、传输、打印、运算等)。
数字信号与模拟信号不同,其幅值(大小)是不连续的。就是说数字信号的大小只能是某些分立的数值。就象人站在楼梯上时,人站的高度只能是某些分立的数值一样。这种情况被称为是“量化的”。若最小量化单位(量化台阶)为Δ,则数字信号的大小一定是Δ的整数倍,该整数可以用二进制数码表示。但为了能直观地读出信号大小的数值,需经过数码变换(译码)后由数码管或液晶屏显示出来。
例如,设Δ=0.1mV,我们把被测电压U与Δ比较,看U是Δ的多少倍,并把结果四舍五入取为整数N(二进制)。然后,把N变换为十进制七段显示码显示出来。能准确得到并被显示出来的N是有限的,一般情况下,N≥1000即可满足测量精度要求(量化误差≤1/1000=0.1%)。所以,最常见的数字表头的最大示数为1999,被称为三位半()数字表。对上述情况,我们把小数点定在最末位之前,显示出来的就是以mV为单位的被测电压U的大小。如:U是Δ(0.1mV)的1234倍,即N=1234,显示结果为123.4(mV)。这样的数字表头,再加上电压极性判别显示电路,就可以测量显示-199.9~199.9mV的电压,显示精度为0.1mV。
由上可见,数字测量仪表的核心是模/数(A/D)转换、译码
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