第六節(jié)
指針式萬用表與數(shù)字式萬用表的比較與選用

一、指針式萬用表、數(shù)字式萬用表的比較

指針式萬用表讀取精度較差，但指針擺動的過程比較直觀，其擺動速度幅度有時也能比較客觀地反映被測量的大小；數(shù)字式萬用表讀數(shù)直觀，但數(shù)字變化的過程看起來比較雜亂。

指針式萬用表內(nèi)一般有兩塊電池，一塊是低電壓的1.5V，另一塊是高電壓的9V或15V，其黑表筆相對紅表筆來說是電壓正端。數(shù)字式萬用表則常用一塊6V或9V的電池。在電阻擋，指針式萬用表的表筆輸出電流相對數(shù)字式萬用表來說要大很多，用R×1擋可以使揚聲器發(fā)出響亮的“噠”聲，用R×10k擋甚至可以點亮發(fā)光二極管（LED）。

在電壓擋，指針式萬用表內(nèi)阻相對數(shù)字式萬用表來說比較小，測量精度相比較差。某些高電壓微電流的場合甚至無法測準，因為其內(nèi)阻會對被測電路造成影響，比如在測電視機顯像管的加速極電壓時，測量值會比實際值低很多。數(shù)字式萬用表電壓擋的內(nèi)阻很大，至少在兆歐級，對被測電路影響很小。但極高的輸出阻抗使其易受感應(yīng)電壓的影響，在一些電磁干擾比較強的場合測出的數(shù)據(jù)可能是虛的。

總之，在相對大電流高電壓的模擬電路測量中適合使用指針式萬用表，比如電視機、音響功放。在低電壓小電流的數(shù)字電路測量中適合使用數(shù)字式萬用表，如手機、單片機電路等。

數(shù)字式萬用表的顯示位數(shù)一般為4～8位，若最高位不能顯示0～9的所有數(shù)字，即稱作“半位”，寫成“1/2”位。例如，袖珍式數(shù)字式萬用表共有4個顯示單元，習(xí)慣上叫三位半數(shù)字式萬用表。由于采用了數(shù)顯技術(shù)，測量結(jié)果一目了然。

表2-12列出了數(shù)字式萬用表和指針式萬用表的比較，它們各有優(yōu)點，應(yīng)根據(jù)需要選用。對于初學(xué)者，應(yīng)當使用指針式萬用表；對于非初學(xué)者，可以使用兩種儀表。

二、指針式萬用表的選用

指針式萬用表的主要特點是準確度較高、測量項目較多、操作簡單、耐沖擊、功能多、價格低廉、攜帶方便，目前仍是國內(nèi)最普及、最常用的一種電測儀表。

選用指針式萬用表，主要從其準確度、靈敏度、量程、阻尼性能、過載能力和外觀與操作方便性等方面去選擇。

1．準確度

準確度即精度，精度引用誤差就是儀表的基本誤差，只有基本誤差才能代表儀表的精度。準確度越高，測量誤差越小。根據(jù)國家標準的規(guī)定，電工儀表的精度等級分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七級。近年來隨著儀表工業(yè)的迅速發(fā)展，我國已能制造0.05級的指示儀表。通常指針式萬用表的精度范圍為1.0～2.5級，其中1.0～1.5級為高精度指針式萬用表。

國產(chǎn)MF-18型指針式萬用表測量直流電壓（DC V）、直流電流（DC A）和電阻（Ω）的準確度都是1.0級，可供實驗室使用。目前仍被廣泛使用的MF-47、MF-30、500型指針式萬用表則屬于2.5級儀表。

需要指出的是，受分壓器、分流器、整流器等電路的影響，同一塊指針式萬用表各擋的基本誤差也不盡相同。指針式萬用表的基本誤差有兩種表示方法。對于直流和交流電壓擋、電流擋，是以刻度尺工作部分上限的百分數(shù)表示的，這些擋的刻度呈線性或接近于線性。對于電阻擋，因刻度呈非線性，故改用刻度尺總弧長的百分數(shù)來表示基本誤差。

2．靈敏度

靈敏度是指該儀表對被測微小變量的測量能力和顯示程度。高靈敏指針式萬用表適合于電子測量，而低靈敏度指針式萬用表適合于電工測量。指針式萬用表的靈敏度可分為電壓靈敏度和表頭靈敏度兩個指標。

（1）電壓靈敏度

指針式萬用表的電壓靈敏度等于電壓擋的等效內(nèi)阻與滿量程電壓的比值，其單位是Ω/V或kΩ/V，簡稱伏歐姆數(shù)，該數(shù)值一般標注在儀表盤上。

直流電壓靈敏度是指針式萬用表的主要技術(shù)指標，交流電壓靈敏度受整流電路的影響，一般低于直流電壓靈敏度。例如，500型指針式萬用表的直流電壓靈敏度為20kΩ/V，交流電壓靈敏度則降低到4kΩ/V。電壓靈敏度越高，指針式萬用表的內(nèi)阻（即儀表輸入電阻）越高，可以測量內(nèi)阻的信號電壓就越高。選擇一塊直流靈敏度大于20kΩ/V、交流靈敏度大于4kΩ/V的指針式萬用表，基本可以滿足模擬電路測試場合。

（2）表頭靈敏度

表頭靈敏度表示表頭的滿度電流值I_g（即滿度電流），I_g一般為9.2～200μA，I_g越小，說明表頭靈敏度越高。高靈敏度表頭一般小于10μA，中靈敏度表頭通常為30～100μA，超過100μA就屬于低靈敏度表頭。表頭靈敏度決定著整個指針式萬用表的電壓靈敏度，與表頭靈敏度相關(guān)的兩個指標分別為表頭的內(nèi)阻和線性度。其中表頭內(nèi)阻是指表針動圈和上、下兩組游絲電阻值之和；線性度是指通過表頭的電流強度與表針偏轉(zhuǎn)幅度相互一致性的程度，可作為表盤刻度繪制的依據(jù)。

指針式萬用表大多選用磁電式表頭。過去的表頭屬于外磁式，并且靠軸尖支撐動圈，體積較大，抗振性差。某些新型指針式萬用表的表頭已改成內(nèi)磁式張絲結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點是磁能利用率高，能減小表頭的體積，而用張絲代替軸尖和游絲，還可消除摩擦誤差，提高抗沖擊、抗振性，能使表頭使用壽命超過100萬次。

3．量程

一般來說，指針式萬用表測量的項目越多，量程范圍越大，指針式萬用表越好。對量程的要求很簡單，多多益善。電阻擋至少要有R×1、R×10、R×100三擋，交直流電壓、直流電流擋是必需的，其他一些功能可根據(jù)實際情況選擇。例如，KF-1型、KF-4型指針式萬用表就很適合業(yè)余使用和普通使用。

4．阻尼性能

儀表進行測量時，指針在偏轉(zhuǎn)過程中會由于慣性的影響，而不能迅速停止在指示位置上，指針在指示位置左右擺動會給測量帶來影響。這就要求儀表可動部分在測量中能迅速停止在穩(wěn)定的偏轉(zhuǎn)位置上，且所要求的時間越短越好，即阻尼性能要好。

5．過載能力

外加電壓、電流的數(shù)值超過儀表的額定數(shù)值時，稱為儀表的過載。除某些特殊儀表外，一般儀表都應(yīng)具有承受瞬時過載的能力。新型指針式萬用表采用了多種保護措施，除用熔斷器做線路保護之外，還增加了表頭過載保護電路，能大大減少因誤操作引起的事故。

6．外觀與操作方便性

指針式萬用表的外觀設(shè)計也很重要。目前常見的指針式萬用表有便攜式、袖珍式、超薄袖珍式、折疊式、指針/數(shù)字雙顯示等多種類型。

選擇大刻度盤的萬用表，有助于減小讀數(shù)誤差。有些指針式萬用表的刻度盤上帶反射鏡，能減少視差。新型指針式萬用表的表筆和插口都增加了防觸電保護措施，插口改成隱埋式，表面無金屬裸露部分。

從使用角度看，所有的開關(guān)、旋鈕均應(yīng)轉(zhuǎn)動靈活、接觸良好，操作力求簡便。大多數(shù)指針式萬用表只用一只轉(zhuǎn)換開關(guān)，操作比較方便。也有些指針式萬用表將功能開關(guān)與量程開關(guān)分別設(shè)置，或把兩者組合設(shè)置，通過適當?shù)呐浜蟻磉x擇測量項目及量程。有些指針式萬用表增加了正、負極性轉(zhuǎn)換開關(guān)，在測量負電壓時可避免出現(xiàn)指針反打現(xiàn)象。

三、數(shù)字式萬用表的選用

數(shù)字式萬用表采用了大規(guī)模集成電路，具有數(shù)字化顯示功能。由A/D轉(zhuǎn)換器、顯示邏輯電路和顯示屏三塊獨立的邏輯組件，代替了普通指針式萬用表的簡單表頭。其電壓擋內(nèi)阻比普通萬用表高得多，且具有精度高、用途廣、功耗小、重量輕、使用簡單方便等優(yōu)點，是近年來一種大量出現(xiàn)的先進的測量儀表。

國產(chǎn)數(shù)字式萬用表有近百種型號，選購時應(yīng)根據(jù)自己的需要來確定型號。若專門用于電壓、電流、電阻測量，可選一般的3.5位低檔表；要進行高精度測量時，可選用4.5位的數(shù)字表。

人們在選用數(shù)字式萬用表進行測量時往往忽略以下問題：一是由于儀表的精度、分辨率不夠，憑估測判斷，往往導(dǎo)致人為的誤差增大；二是由于各種數(shù)字式萬用表測試方法不盡相同，在不同信號和非正弦波標準信號測試中數(shù)字式萬用表往往會導(dǎo)致誤差；三是操作上的安全性、可靠性和保護性考慮不足，由于數(shù)字式萬用表本身的保護性較差，實際測試中測試人員不能有絲毫馬虎，必須采取一定的安全措施，以防發(fā)生意外事故。當欲購的型號確定后，在挑選時首先用手撥動量程開關(guān)，不應(yīng)有緊澀感，且輕輕搖動數(shù)字式萬用表時無任何響聲。再將電池裝入表內(nèi)，接通開關(guān)后數(shù)字顯示應(yīng)為“l(fā)”，旋轉(zhuǎn)量程開關(guān)至電阻擋時，將兩支表筆短路，數(shù)字顯示應(yīng)為“000”。然后根據(jù)說明書，檢查儀表的過載顯示、報警等。排除以上幾個方面的問題后，一般應(yīng)主要考慮以下幾個方面。

1．功能

不同型號的數(shù)字式萬用表，生產(chǎn)廠家都會設(shè)計不同的功能。一般來講，普通的數(shù)字式萬用表都能測試交、直流電壓，交、直流電流，電阻、線路通斷等，但是有的數(shù)字式萬用表為了降低成本，不設(shè)置交流電流測試功能。在此基礎(chǔ)上，有的數(shù)字式萬用表考慮使用方便，增加了一些其他功能。例如二極管測試擋，晶體三極管放大倍數(shù)（h_FE）測試擋，電容、頻率、溫度測試擋等。現(xiàn)在由于電子技術(shù)的發(fā)展，有些廠家在傳統(tǒng)參數(shù)和元器件測試的基礎(chǔ)上，增加了更先進的功能，例如占空比測試，dBm值測試，最大、最小值記錄保持功能等。總之，數(shù)字式萬用表的功能將隨著測試的需要，生產(chǎn)廠家將會創(chuàng)造更多、更優(yōu)越的功能，使用時應(yīng)根據(jù)具體要求選用。

2．范圍和量程

我們在追求數(shù)字式萬用表功能的基礎(chǔ)上，也不能忽視其測量范圍。很多數(shù)字式萬用表有自動量程功能，不用手動調(diào)節(jié)量程。另外，還有很多數(shù)字式萬用表有過量程能力，在測量值超過該量程但還未達到最大顯示時可不用換量程，從而提高了準確度和分辨力。

3．顯示位數(shù)和準確度

顯示位數(shù)和準確度是數(shù)字式萬用表的兩個最基本也是最重要的指標。兩者之間關(guān)系緊密，一般來講數(shù)字式萬用表顯示位數(shù)越高其準確度也就越高，反之相反。顯示位數(shù)有兩種方式，即計數(shù)顯示和位數(shù)顯示。計數(shù)顯示是數(shù)字式萬用表顯示位數(shù)范圍的實際表達，只不過由于人們習(xí)慣與傳統(tǒng)叫法上的方便，一般用位數(shù)顯示表達。例如，3000位計數(shù)顯示，表示數(shù)字式萬用表最高顯示值可到3999，而1000位計數(shù)顯示只能到1999，在測量220V交流電壓時，可明顯看到3000位顯示比1000位后多1個小數(shù)位顯示，這樣在分辨率上高一個數(shù)量級。在測量、調(diào)試高靈敏的微小電信號中，高靈敏度的數(shù)字式萬用表將會發(fā)揮更大的作用。

數(shù)字式萬用表根據(jù)顯示數(shù)字位數(shù)的不同分為三位半（3.5）、四位半（4.5）、五位半（5.5）、六位半（6.5）、七位半（7.5）和八位半（8.5）數(shù)字式萬用表。所謂三位半（或3.5位），是指最多同時出現(xiàn)4個數(shù)字，最前面的一個數(shù)只能是“0”或“1”（0也可消隱，即不顯示）。同理，四位半數(shù)字式萬用表最多同時出現(xiàn)5個數(shù)字，最前面的一個數(shù)只能是“0”或“1”。儀表的準確度等級越高，測量結(jié)果就越準確，其價格就越貴。因此，選用數(shù)字式萬用表時，應(yīng)根據(jù)測量精度的要求，選用準確度合適的數(shù)字式萬用表，以保證測量誤差限定在允許的范圍之內(nèi)。

4．測量方法和交流頻響

數(shù)字式萬用表的測量方法主要對交流信號測量而言，我們知道交流信號有很多種類和各種復(fù)雜情況，并且伴隨交流信號頻率的改變，會出現(xiàn)各種頻率響應(yīng)，影響數(shù)字式萬用表的測量。數(shù)字式萬用表對交流信號的測量，一般有兩種方法，即平均值和真有效值測量。平均值測量一般是對純正弦波而言，它采用估算平均的方法測量交流信號，而對非正弦波信號將會出現(xiàn)較大的誤差，同時，如果正弦波信號出現(xiàn)諧波干擾時，其測量誤差也會有很大改變。而真有效值測量是用波形的瞬時峰值再乘以0.707來計算電流與電壓，保證在失真和噪聲系統(tǒng)中的精確讀數(shù)。這樣如果需要檢測普通的數(shù)字數(shù)據(jù)信號，用平均值數(shù)字式萬用表測量就不會到達真實的測量效果。同時交流信號的頻響也至關(guān)需要，有的可高達100kHz，數(shù)字式萬用表的響應(yīng)時間越短越好。

5．輸入電阻和零電流

數(shù)字式萬用表的輸入電阻過低和零電流過高均會引起測量誤差，關(guān)鍵要看信號源的內(nèi)阻值大小。當信號源阻抗高時，應(yīng)選擇高輸入阻抗、低零電流的儀器。

6．交流電壓轉(zhuǎn)換形式

一般來講，數(shù)字式萬用表的交流電壓測量分平均值轉(zhuǎn)換、峰值轉(zhuǎn)換和有效值轉(zhuǎn)換三種。當波形失真較大時，平均值轉(zhuǎn)換和峰值轉(zhuǎn)換不準確，而有效值轉(zhuǎn)換可不受波形的影響，使測量結(jié)果更加準確。

7．穩(wěn)定性和安全性

和大多數(shù)儀器一樣，數(shù)字式萬用表自身也有測量穩(wěn)定性，其測量結(jié)果的準確性與其使用時間，環(huán)境溫、濕度等相關(guān)。如果數(shù)字式萬用表的穩(wěn)定性差，在使用一段時間后，有時就會出現(xiàn)測量同一信號時，其結(jié)果自相矛盾，即測量結(jié)果不一致的現(xiàn)象。

數(shù)字式萬用表的安全性非常重要，有些數(shù)字式萬用表設(shè)置了比較完善的保護功能，如插錯表筆線時，會自動產(chǎn)生蜂鳴報警、短路保護等。所以對于數(shù)字式萬用表的選購，不要盲目貪圖便宜，要實用、好用才行。

8．根據(jù)需要選用多功能的數(shù)字式萬用表

很多數(shù)字式萬用表增加了如下更實用的功能：

①溫度測量。在電子維修時，檢驗電子元器件的發(fā)熱程度，如焊接拔取元器件時，測量溫度可防止損傷元器件。

②同時測量交流和直流分量。我們所碰到的信號并非是很純的交流或直流信號，需要觀測波形的總真有效值（包括交流和直流），以便分析電路的功耗量，檢查被損壞的元器件。

③dBm和毫伏值測量。所謂dBm值測量，即低電平測量。dB一般用公式dB=20lg（U_測/U_參）來表達。如果改變參考電壓，通過測試比較，我們可以測量相對值；可用來分析電壓放大器的電壓增益。

④尖峰保持。利用數(shù)字式萬用表真有效值可以測量寬度大于0.25ms、非規(guī)則交流信號的瞬時峰值電壓，并且自動保持，有利于尋找元器件和設(shè)備破壞的原因。

⑤相對值測定。利用此功能，可以進行相對值測定，即我們測試電壓或電流與參考電壓或電流的差值，電壓相對模式可以清除讀數(shù)中的雜散電容產(chǎn)生的影響。

總之，在選擇數(shù)字式萬用表時，要根據(jù)實際工作需要出發(fā)，在保證測量準確度、測量范圍滿足要求的前提下，盡可能有較多的功能，以便今后可以擴展使用。另外數(shù)字式萬用表的保護性也是值得注意的，不經(jīng)意中表筆線插錯或測試擋錯誤，會導(dǎo)致數(shù)字式萬用表不必要的損害，影響工作。因此，數(shù)字式萬用表的安全性非常重要，有些好的數(shù)字式萬用表自我保護性很好，像有些數(shù)字式萬用表插錯表筆線時，會自動產(chǎn)生蜂鳴報警，這些功能是很實用的。