1.1 數(shù)字萬用表的性能特點(diǎn)

數(shù)字萬用表亦稱數(shù)字多用表，簡稱DMM（Digital Multimeter），它是在數(shù)字電壓表（Digital Voltmeter，DVM）的基礎(chǔ)上擴(kuò)展而成的。

數(shù)字萬用表具有以下十大特點(diǎn)。

1.顯示清晰直觀，讀數(shù)準(zhǔn)確

為了提高觀察的清晰度，新型便攜式數(shù)字萬用表（HDMM）已普遍采用字高大于26mm（約1in）的大屏幕LCD。有些數(shù)字萬用表還增加了背光源，以便于夜間觀察讀數(shù)。為提高顯示亮度，臺式數(shù)字萬用表大多選用LED數(shù)碼管或熒光數(shù)碼管（VFD）。

新型數(shù)字萬用表還增加了標(biāo)識符顯示功能，包括測量項(xiàng)目符號（如AC、DC、hFE、LOΩ、LOGIC、MEM），單位符號（如mV、V、kV、μA、mA、A、Ω、kΩ、MΩ、ns、Hz、kHz、MHz、pF、nF、μF、℃、℉），特殊符號（如低電壓指示符號“LO BAT”、讀數(shù)保持符號“HOLD”或“DH”、峰值保持符號“PEAK HOLD”或“PH”、自動量程符號AUTO、10倍乘符號×10、蜂鳴器符號等）。有些數(shù)字萬用表還在液晶顯示器的小數(shù)點(diǎn)下面設(shè)置了量程標(biāo)識符，例如當(dāng)小數(shù)點(diǎn)下邊顯示200時，就表明所對應(yīng)的量程為200，依此類推。

為解決數(shù)字萬用表不能反映被測電壓的連續(xù)變化過程以及變化趨勢這一難題，一種“數(shù)字/模擬條圖”儀表也已問世。這里講的“模擬條圖”有雙重含義：第一，被測量為連續(xù)變化的模擬量；第二，利用條狀圖形來模擬被測量的大小及變化趨勢。這類儀表將數(shù)字顯示與高分辨率模擬條圖顯示集于一身，兼有數(shù)字萬用表與指針萬用表的優(yōu)點(diǎn)，為數(shù)字萬用表完全取代指針萬用表創(chuàng)造了條件。

智能數(shù)字萬用表帶微處理器與標(biāo)準(zhǔn)接口，可配計(jì)算機(jī)和打印機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或自動打印，構(gòu)成完整的測試系統(tǒng)。

2.顯示位數(shù)

數(shù)字萬用表的顯示位數(shù)通常為位～位。具體地講，有位、位、位、位、位、位、位、位、位共9種。判定數(shù)字萬用表的位數(shù)有兩條原則：第一，能顯示從0～9所有數(shù)字的位是整數(shù)值；第二，分?jǐn)?shù)位的數(shù)值是以最大顯示值中最高位的數(shù)字為分子，用滿量程時最高位的數(shù)字做分母。例如某數(shù)字萬用表的最大顯示值為±1999，滿量程計(jì)數(shù)值為2000，這表明該儀表有3個整數(shù)位，而分?jǐn)?shù)值的分子為1，分母是2，故稱為位，讀作三位半，其最高位只能顯示0或1。

需要指出的是目前有些新型智能數(shù)字萬用表的顯示位數(shù)比較特殊。例如，VC8145A型臺式智能數(shù)字萬用表的滿量程值為33000，MS8050型臺式智能數(shù)字萬用表的滿量程值為53000，就很難將其歸入哪一種顯示位數(shù)。這種情況下，通常只給出滿量程值。

3.準(zhǔn)確度高

準(zhǔn)確度是測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的綜合。它表示測量結(jié)果與真值的一致程度，也反映了測量誤差的大小，準(zhǔn)確度愈高，測量誤差愈小。測量的絕對誤差有以下三種表達(dá)式：

式（1-1-1）中，RDG為讀數(shù)值（即顯示值），F(xiàn)S表示滿量程值。括號中第一項(xiàng)代表A/D轉(zhuǎn)換器和功能轉(zhuǎn)換器（如分壓器）的綜合誤差，第二項(xiàng)是數(shù)字化處理所帶來的誤差。式（1-1-2）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?jǐn)?shù)，則變成式（1-1-1）。因此，上述二式是完全等價的。式（1-1-3）比較特殊，第三項(xiàng)通常表示由熱電勢引起的測量誤差。

數(shù)字萬用表的準(zhǔn)確度遠(yuǎn)優(yōu)于指針萬用表，例如位、位便攜式數(shù)字萬用表的準(zhǔn)確度分別可達(dá)±0.5%、±0.1%。

4.分辨力高

數(shù)字萬用表在最低電壓量程上末位1個字所代表的電壓值，稱做儀表的分辨力，它反映了儀表靈敏度的高低。分辨力隨顯示位數(shù)的增加而提高。例如3?位、4?位、8?位數(shù)字萬用表的最高分辨力分別為100μV、10μV、1nV。數(shù)字萬用表的分辨力指標(biāo)亦可用分辨率來表示。分辨率是指所能顯示的最小數(shù)字（零除外）與最大數(shù)字的百分比。例如，3?位數(shù)字萬用表的分辨率為1/1999≈0.05%。

5.測試功能強(qiáng)

數(shù)字萬用表不僅可以測量直流電壓（DCV）、交流電壓（ACV）、直流電流（DCA）、交流電流（ACA）、電阻（Ω）、二極管正向壓降（UF）、晶體管共發(fā)射極電流放大系數(shù)（hFE），還能測量電容（C）、電導(dǎo)（G）、溫度（T）和頻率（f），而且利用蜂鳴器擋（BZ）還可檢查線路的通/斷。VC9805A+、VC9808、MS8201H型數(shù)字萬用表增加了電感擋。有的儀表還有信號發(fā)生器擋及AC/DC自動轉(zhuǎn)換功能。

新型數(shù)字萬用表大多增加了下述測試功能：讀數(shù)保持（HOLD）、邏輯測試（LOGIC）、真有效值測量（TRMS）、相對值測量（REL）、自動關(guān)機(jī)（AUTO OFF POWER）、當(dāng)電流擋撥錯位置時的聲音告警等。國產(chǎn)VC90型數(shù)字萬用表具有語音報數(shù)功能。MS8209型“五合一”數(shù)字萬用表，還可以測量占空比（測量范圍是0.1%～99.9%，誤差為±3.0%）、溫度（測量范圍是-20～400℃或-20～1000℃，誤差為±3.0%）、相對濕度（測量范圍是30%～95%，誤差為±5.0%）、照度（測量范圍是4000～40000lx，誤差為±5.0%）及噪聲（測量范圍是35～100dB，誤差為±4dB）。VC9808A+增加了2000MΩ超高阻擋，VC8145A還能測量功率電平。

最新開發(fā)的位～位智能數(shù)字萬用表，將高性能與低成本集于一身，大都具有下述功能：液晶條圖顯示（LCD Bargraph），多重顯示，測量最小值/最大值，峰值保持，數(shù)據(jù)存儲，復(fù)位，數(shù)據(jù)輸出，設(shè)定測量范圍的上、下限，軟件自動校準(zhǔn)，快速測量等。例如國產(chǎn)MS9803R型智能數(shù)字萬用表采用光電隔離的RS-232C接口，還配有PC Windows視窗軟件，能在PC上記錄數(shù)據(jù)及輸出圖表。利用MS9803R所提供的DMM VIEW Version2軟件，可通過RS-232C接口連到PC上。

6.測量范圍寬

以位便攜式多功能數(shù)字萬用表為例，其測量范圍一般為：DCV（0.01mV～1000V），ACV（0.01mV～700V或750V），DCA（0.1μA～20A），ACA（1μA～20A），Ω（0.01Ω～20MΩ，少數(shù)儀表可達(dá)200MΩ，甚至擴(kuò)展到2000MΩ），電導(dǎo)（0.1～100nS），電容（0.1pF～20μF），電感（1μH～20H），頻率（10Hz～20kHz，部分儀表可達(dá)200kHz，甚至擴(kuò)展到10MHz），二極管正向壓降UF（0～2V），晶體管電流放大系數(shù)hFE（0～1000），可滿足常規(guī)電子測量之需要。智能數(shù)字萬用表的測量范圍更寬。

7.測量速率快

數(shù)字萬用表在每秒內(nèi)對被測電壓的測量次數(shù)叫測量速率，單位是“次/秒”。它主要取決于A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率。有的便攜式數(shù)字萬用表用測量周期來表示測量的快慢。完成一次測量過程所需要的時間叫測量周期。顯而易見，測量速率愈高，測量周期愈短，二者呈倒數(shù)關(guān)系。位數(shù)字萬用表的測量速率一般為2～5次/秒，多數(shù)儀表為2～3次/秒。位DMM可達(dá)20次/秒。位～位數(shù)字萬用表一般為幾十次/秒以上，有的能達(dá)到幾百甚至上千次/秒。HP3458A型位DMM工作在4?位方式下的最高測量速率可達(dá)10萬次/秒，在位、位方式下分別為6次/秒、5萬次/秒。

測量速率與準(zhǔn)確度指標(biāo)存在著矛盾，通常是準(zhǔn)確度愈高，測量速率愈低，二者難以兼顧。解決這一矛盾有兩種辦法：一種是增設(shè)快速測量擋，專配測量速率較快的A/D轉(zhuǎn)換器；另一種辦法是通過降低顯示位數(shù)來大幅度提高測量速率，此法目前應(yīng)用的比較普遍，可滿足不同用戶對測量速率的需要。

8.輸入阻抗高

數(shù)字萬用表電壓擋具有很高的輸入阻抗，通常為10～10000MΩ，從被測電路上吸取的電流極小，不會影響被測信號源的工作狀態(tài)，能減小由信號源內(nèi)阻引起的測量誤差。

9.集成度高，微功耗

便攜式數(shù)字萬用表采用單片A/D轉(zhuǎn)換器，外圍電路比較簡單，只需少量輔助芯片和外圍元器件。近年來各種單片DMM專用芯片競相問世，使用一片IC即可構(gòu)成功能比較完善的自動量程式數(shù)字萬用表，為簡化設(shè)計(jì)和降低成本創(chuàng)造了有利條件。

新型數(shù)字萬用表普遍采用CMOS大規(guī)模集成電路的A/D轉(zhuǎn)換器，整機(jī)功耗很低。位、位便攜式DMM的整機(jī)功耗僅幾十毫瓦，可用9V疊層電池供電。位～位DMM的總功耗一般也只有10W至幾十瓦。

10.保護(hù)功能完善，抗干擾能力強(qiáng)

數(shù)字萬用表具有比較完善的保護(hù)電路，過載能力強(qiáng)，新型數(shù)字萬用表還增加了高壓保護(hù)器件，能防止浪涌電壓。使用時只要不超過規(guī)定的極限指標(biāo)，即使出現(xiàn)誤操作（如用電阻擋去測量220V交流電壓），一般也不會損壞儀表內(nèi)部的大規(guī)模集成電路。當(dāng)然應(yīng)力求避免誤操作，以免因外圍元件（如熔絲管、量程開關(guān)）損壞而影響正常使用。必須指出，任何保護(hù)電路都不可能做到萬無一失。換言之，倘若保護(hù)電路發(fā)生故障，儀表就失去了保護(hù)屏障。

5?位以下的數(shù)字萬用表大多采用積分式A/D轉(zhuǎn)換器，其串模抑制比（SMR）、共模抑制比（CMR）分別可達(dá)100dB、80～120dB。高檔數(shù)字萬用表還采用數(shù)字濾波、浮地、雙重屏蔽等先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)一步提高了抗干擾能力，CMR可達(dá)180dB。