第一節(jié)
數(shù)字式萬用表的組成

一、概述

我們把傳統(tǒng)的指針式萬用表稱為模擬式萬用表，而把數(shù)字化的模擬式萬用表稱為數(shù)字式萬用表。數(shù)字式萬用表具有測量精度高、靈敏度高、速度快及數(shù)字顯示等特點。隨著單片CMOS A/D轉(zhuǎn)換器的廣泛使用，新型袖珍式數(shù)字式萬用表也迅速得到普及，尤其是現(xiàn)代電子設(shè)備普遍應(yīng)用微機(jī)作中央控制系統(tǒng)，因此，除在測試過程中特殊指明者外，不能用指針式歐姆表測試微機(jī)和傳感器，以免微機(jī)或傳感器受損，通常應(yīng)使用高阻抗的數(shù)字式萬用表（內(nèi)阻在10MΩ以上）。

數(shù)字式萬用表與指針式萬用表在使用方面有許多不同。

①指針式萬用表在使用中很容易讀錯直流電壓和交流電壓的刻度線，這種情況在電壓量程不同時也經(jīng)常發(fā)生，而數(shù)字式萬用表就不會發(fā)生這種情況。

②指針式萬用表電阻阻值的刻度，從左到右的刻度密度逐漸變稀，也就是說它的刻度是非線性的；相對而言，數(shù)字式萬用表顯示則是線性的。

③與指針式萬用表的內(nèi)阻相比，數(shù)字式萬用表的內(nèi)阻非常高，所以在進(jìn)行電壓測量時，后者更接近理想的測量條件。

④在測量直流電壓時，指針式萬用表如果正、負(fù)極接反，表頭指針的偏轉(zhuǎn)方向也隨之相反，而使用數(shù)字式萬用表時，它能自動判斷并且顯示出電壓的極性，所以用不著考慮接錯正負(fù)極的問題。可見，數(shù)字式萬用表有許多指針式萬用表無法相比的優(yōu)點。近年來，隨著我國電子工業(yè)的發(fā)展，數(shù)字式萬用表以其測量精度高、顯示直觀、速度快、功能全、可靠性好、小巧輕便、耗電省、便于操作等優(yōu)點，受到人們的普遍歡迎，它已成為電子、電工測量以及電子設(shè)備維修等部門的必備儀表。

二、常見的數(shù)字式萬用表類型

1．按照量程轉(zhuǎn)換方式分類

（1）手動量程

這種儀表的價格較低，但操作比較復(fù)雜，因量程選擇得不合適很容易使儀表過載。

（2）自動量程

自動量程數(shù)字式萬用表可大大簡化操作，有效地避免過載并能使儀表處于最佳量程，從而提高了測量準(zhǔn)確度與分辨力。此類儀表的價格較高。

2．按照用途及功能分類

（1）低檔數(shù)字式萬用表

它屬于位普及型儀表，功能比較簡單，價格與指針式萬用表相當(dāng)。典型產(chǎn)品有M810、DT820B、DT830B、DT830C、DT830D、DT840D、M3900、DT5803、DT9201A等型號。

（2）中檔數(shù)字式萬用表

①多功能型數(shù)字式萬用表　此類儀表一般設(shè)置了電容擋、測溫?fù)酢㈩l率擋，有的還增加了高阻擋和電導(dǎo)擋。典型產(chǎn)品有DT890C+、DT890C+TM、DT890F、DT890G、DT9208、VC9808型位數(shù)字式萬用表。

②準(zhǔn)確度較高的數(shù)字式萬用表　其準(zhǔn)確度較高，功能較全，適合實驗室測量用。典型產(chǎn)品有DT930F+、VC94、DT980A、DT1000、M1000、DT9203A、DT9204A、DT9205A、VC9807A型數(shù)字式萬用表。

③語音數(shù)字式萬用表　內(nèi)含語音合成電路，顯示數(shù)字的同時還能用語音播報測量結(jié)果。典型產(chǎn)品有VC93型位數(shù)字式萬用表。

（3）智能數(shù)字式萬用表

①中檔智能數(shù)字式萬用表　這類儀表一般采用4位單片機(jī)，帶RS-232接口。典型產(chǎn)品有BY1941A型位數(shù)字式萬用表。

②高檔智能數(shù)字式萬用表　內(nèi)含8～16位單片機(jī)，具有數(shù)據(jù)處理、自動校準(zhǔn)、故障自檢等多種功能。典型產(chǎn)品有HP3458A、7181型位臺式數(shù)字式萬用表。

（4）雙顯示及多重顯示數(shù)字式萬用表

雙顯示儀表的特點是在位數(shù)顯的基礎(chǔ)上增加了模擬條圖顯示器，后者能迅速反映被測量的變化過程及變化趨勢，典型產(chǎn)品有DT960T、EDM81B、VC97型數(shù)字式萬用表。多重顯示儀表是在雙顯示儀表的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，它能同時顯示三組或三組以上的數(shù)據(jù)（例如最大值、最小值、即時值、平均值），典型產(chǎn)品有國產(chǎn)VC97型數(shù)字式萬用表，F(xiàn)luke公司生產(chǎn)的87、88型數(shù)字式萬用表。

（5）專用數(shù)字儀表

例如VC6013型數(shù)字電容表，DM4070D、ADM6243、LC6243型數(shù)字電感電容表，DM6801A、DM6902型數(shù)字溫度計，3001C、SW508、CTH-2型數(shù)字溫濕度計，HT-602智能露點儀，LX101數(shù)字照度計，DM6234P型光電式數(shù)字轉(zhuǎn)速表，AM-4202型數(shù)字風(fēng)速表，VC3212型數(shù)字鉗形表，DT266FT型鉗形數(shù)字式萬用表，CM6100、PG14A型數(shù)字功率表。

三、數(shù)字式萬用表的結(jié)構(gòu)原理

常見的數(shù)字式萬用表類型有MS8215型、DT9205A⁺型、VC890C⁺型等，如圖2-1所示。

數(shù)字式萬用表主要由模擬電路、數(shù)字電路兩部分構(gòu)成：模擬電路包括輸入電路、A/D轉(zhuǎn)換器；數(shù)字電路包括計數(shù)器、邏輯控制電路、時鐘發(fā)生器、顯示屏，如圖2-2所示。

A/D轉(zhuǎn)換器的作用是將模擬直流電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量脈沖輸出。例如，輸入為500mV，則輸出為500個脈沖，計數(shù)器的任務(wù)是計量這些脈沖數(shù)，而顯示器則以數(shù)字形式顯示輸入電壓的值。這一過程就構(gòu)成了最基本的數(shù)字直流電壓表（DCM）。

在數(shù)字直流電壓表的輸入端，配以不同的轉(zhuǎn)換器就構(gòu)成了基本的數(shù)字式萬用表，這些轉(zhuǎn)換器的作用可以歸結(jié)為以下四項變換過程，從而使數(shù)字式萬用表不僅可以測量直流電壓，還可以測量直流電流、交流電流、交流電壓、電阻等各種參數(shù)。

這四項變換是：

①把直流電流I變換成直流電壓U，簡稱I-U變換。

②把交流電壓u變換成直流電壓U，簡稱u-U變換。

③把交流電流i變換成直流電壓U，簡稱i-U變換。

④把電阻阻值R變換成直流電壓U，簡稱R-U變換。

實際中，I-U變換是利用歐姆定律的原理，使被測的直流電流I_x通過標(biāo)準(zhǔn)電阻R，以R上的直流壓降U_x來表示I_x的大小，即

U_x=I_xR_x

u-U變換是采用二極管整流的方法。為克服二極管整流的非線性，利用運(yùn)算放大器來改善這種非線性引起的失真。

i-U變換是把交流電流變換成交流電壓，然后進(jìn)行u-U變換。

R-U變換是采用一種恒流法轉(zhuǎn)換原理，即利用恒定電流I_x流經(jīng)被測電阻R_x時，R_x兩端的電壓U_x與R_x成正比的關(guān)系求得。通常，是用帶有運(yùn)算放大器的恒流源電路來實現(xiàn)的。

綜上所述，數(shù)字式萬用表的原理方框圖就不難理解了，數(shù)字式萬用表的總體方框圖如圖2-3所示（圖中接線為測量直流電壓）。