1.3 數字萬用表的發展趨勢

采用新技術、新工藝，由超大規模集成電路（VLSI）構成的新型數字萬用表的問世，標志著電子儀器領域的一場革命，也開創了現代電子測量技術的先河。下面從5個方面闡述新型數字萬用表的發展趨向。

1.廣泛采用新技術，不斷開發新產品

電子技術的進步，往往預示著數字萬用表研制水平的新突破。近年來各項新技術愈來愈被廣泛采用，使之迅速轉化為生產力。例如，美國福祿克（Fluke）公司的“余數再循環”專利技術、“自動脫離接觸測量保持功能”專利技術；吉時利（Kelthley）公司的直流在線電流測量專利技術；哈里斯（Harris）公司的低噪聲Bi-MOS工藝制造專利技術；模擬器件公司（ADI）的四斜率A/D轉換技術、“閉殼（closed-case）”校準技術、“依次加法積分”專利技術；英國迪持朗（Datron）公司的“自動校準（AUTO-CAL）”技術、固態真有效值轉換技術、真歐姆測量技術（采用4線制測量電阻的同時檢測并扣除電阻上的各種電動勢）；等精度測量頻率等，都為提高數字萬用表的技術性能做出了貢獻。例如，美國惠普（HP）公司研制的HP3458A型位數字多用表（DMM）中，采用多斜率A/D轉換原理，并用超導領域的約瑟夫森（Josephson）結陣列標準來校準10V擋的線性度，使之優于5×10-8。英國舒力強（Solartron）公司生產的7081型位數字電壓表（DVM），所用精密電阻的溫度系數低至0.5×10-6/℃，基準電壓源的電壓溫度系數αT＜1×10-6/℃。HP3458A型DMM測量DCV的準確度高達±0.000 06%，按4?位方式工作時的測量速率可達10萬次/秒。7081型DVM的轉換準確度為±0.000 03%，分辨力為10nV。

與此同時，儀表專用的單片大規模、超大規模集成電路也發展迅速。例如，位單片智能化A/D轉換器，專配微機的位單片DMM芯片等，為研制高性價比數字萬用表創造了條件。惠普、福祿克等公司都擁有一批ASIC產品，作為開發數字萬用表的技術依托。美國泰克（TEK）公司推出的萬能示波表中，就采用單片示波器特制集成電路。

供智能數字萬用表使用的8位單片機，現已發展到第三代產品。荷蘭飛利浦（Philips）公司推出的80C51系列全兼容式8位單片機，摩托羅拉公司開發的MC68HC05系列單片機。美國得州儀器公司（TI）開發的MSP430系列新一代16位單片機。具有極低的功耗、豐富的內部資源和靈活方便的開發手段，已成為單片機領域一顆耀眼的新星。近年來32位單片機（亦稱微控制器MCU）也不斷面世，例如美國微芯（Microchip）公司開發的PIC32系列單片機、瑞薩（Renesas）公司的SH2/2A單片機、意-法半導體（ST）公司推出的TR750F單片機等。目前全世界每年銷售的單片機數量已超過100億片。這些新器件必將對數字萬用表的發展起到推動作用。

虛擬儀器（Virtual Instrument，VI）是基于軟件而開發成的儀器。它是在硬件的基礎上，通過軟件來實現測試功能的。虛擬儀器集測量儀器、計算機與軟件于一身，將儀器硬件（如A/D、D/A轉換器，數字I/O）、計算機資源（如μP，存儲器，顯示器）、軟件（如軟面板，圖形界面，數據處理，信息交換等）有機地結合起來，構成軟硬結合、虛實共體的新一代電子儀器。虛擬數字萬用表的典型產品有北京普源精電科技有限公司推出的VM3000系列。

2.廣泛采用新工藝

新一代數字萬用表正朝著標準模塊化的方向發展。預計在不久的將來，更多的數字萬用表將由標準化、通用化、系列化的模塊所構成，給電路設計、安裝調試和維修都帶來極大方便。

表面安裝技術（SMT）和表面安裝元器件（SMD）將獲得普遍應用。這項技術被譽為世界電子工藝技術的一項重要突破。所謂表面安裝是將微型化的表面安裝集成電路（SMIC）和表面安裝元件，用粘貼工藝直接安裝在印制板上，再用波峰焊機或回流焊機焊接，由此取代傳統的打孔焊接工藝，使印制板安裝密度大為增加，可靠性得到明顯提高。目前，全世界生產的電子元件中已有50%屬于表面安裝元器件或組件，SMT技術正在儀器儀表、計算機和高檔家電產品中迅速推廣與應用。

進入21世紀后，各類電子元器件正以SMD為目標，進一步實現小型化、復合化、高準確度、高可靠性。片狀金屬箔電阻的準確度和電阻溫度系數（RTC），將分別提高到±0.005%、±1×10-6/℃。薄膜電容將向小型化、高頻化和低噪聲方向發展，鉭電容繼續向小型化、大容量和高可靠性方向發展。帶溫度補償的超小型石英晶體振蕩器將被普遍采用。印制板向多層、薄型、高電路密度方向發展，印制導線寬度和間距有望達到50μm。片狀阻容網絡、LC濾波器、帶LED的開關等復合產品也將得到進一步發展。預計2010年全球電子元件的片狀化率可達90%。

3.多重顯示儀表

為徹底解決數字萬用表不便于觀察連續變化量的技術難題，“數字/模擬條圖”雙顯示儀表已成為國際流行款式，它兼有數字萬用表準確度高、模擬式儀表便于觀察被測量的變化過程及變化趨勢這兩大優點。這里講的模擬條圖有兩層含義：第一，被測量為連續變化的模擬量；第二，用條圖形式來模擬被測量的變化情況。

條圖（Bargraph）亦稱條狀圖形，也有人稱為條棒或模擬條狀顯示。模擬條圖大致分成三類：①液晶（LCD）條圖，呈斷續的條狀，這種顯示器的分辨力高、微功耗，體積小，低壓驅動，適合于電池供電的小型化儀表。不足之處是它本身不發光，需借助于背光源才便于夜間觀察。目前這種顯示器應用較廣；②等離子體（PDP）光柱顯示器，其優點是自身發光，亮度高，顯示清晰，觀察距離遠，分辨力較高，缺點是驅動電壓高，耗電較大；③LED光柱，它是由多只發光二極管排列而成。這種顯示器的亮度高，成本低，但像素尺寸較大，功耗高。數字/液晶條圖雙顯示儀表的典型產品有FLUKE87型位數字/4×32段條圖DMM。

多重顯示儀表是在雙顯示儀表基礎上發展起來的。這類儀表能同時顯示3組或3組以上的相關數據，大多配有模擬條圖顯示。典型產品有VC97型便攜式智能DMM，為國內首創的3?位帶LCD背光源的四重顯示儀表，主顯示器用以顯示測量值，3個輔助顯示器分別顯示最大值（MAX）、最小值（MIN）、測量時間（從開機起計時），并有42段快速響應的液晶條圖，能設定上、下限，帶RS-232接口。Fluke189/87V型能同時顯示被測交流電壓值及頻率值，該儀表內置數據記錄儀，可將讀數及測量時間記錄下來，以便于捕獲間歇式故障。

4.安全性

數字萬用表在設計和使用中的安全性，對生產廠家和廣大用戶都至關重要。一方面數字萬用表產品必須符合國際標準（如美國UL認證，德國GS認證，ISO9001國際質量體系認證）；另一方面用戶必須遵循安全操作規范，并時刻注意儀表上的各種安全警告指示。儀表的保護電路在于最大限度地減小或防止因誤操作而造成的危害。數字萬用表常見的誤操作是用電流擋或電阻擋去測量電壓。在測試過程中附近大功率電氣設備的切換或負載變化，均會在儀表輸入端產生瞬態過載電壓。若將高電壓、大電流輸入到未加保護的儀表，就會產生電弧、火花，很容易使儀表損壞甚至危及人身安全。一些新型便攜式數字萬用表具有“三防”（防摔、防塵、防水）功能，還增加保護托罩，選用隱埋式插座等。

常見的保護裝置如下：

（1）過電流保護裝置

快速熔絲管（Fast Fuse），熔斷電阻器，限流電阻，集成過電流保護電路（如LTC4213）。

（2）過電壓保護裝置

雙向限幅二極管，火花放電器（SG），半導體放電管，氖管，壓敏電阻器（VSR），瞬態電壓抑制器（TVS），快速晶閘管（FSCR），集成過電壓保護電路（如NCP345、MAX9890）。

（3）電阻擋保護裝置

二極管或晶體管保護器，正溫度系數熱敏電阻（PTCR）。

（4）靜電放電保護裝置

高速ESD保護集成電路。

5.操作簡單化

便攜式數字萬用表的操作也日趨簡單。單刀操作、單按鈕手動量程式數字萬用表是優選方案之一。對于自動量程式數字萬用表，操作鍵也不斷減少。為便于單手拇指操作，福祿克公司使用一只具有定時功能的按鈕。根據按下時間的長短，可選擇不同的功能，并產生聲、光提示信號。Fluke87V型數字萬用表配有磁性懸掛套件，不必手持儀表即可進行現場測量，使用戶專注于安全、精確地測量。該儀表還帶LED手電筒和電壓探測器，為用戶提供了方便。