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1、数字万用表是当前电子、电工、仪表、仪器和测数字万用表是当前电子、电工、仪表、仪器和测量领域大量运用的一种基本测量工具，随着时代科量领域大量运用的一种基本测量工具，随着时代科技的进步，数字万用表的功能越来越强大，把电量技的进步，数字万用表的功能越来越强大，把电量及非电量的测量技术提高到崭新水平。及非电量的测量技术提高到崭新水平。万用表又万用表又叫多用表、三用表、复用表，万用表分为指针式万叫多用表、三用表、复用表，万用表分为指针式万用表和数字万用表引。是一种多功能、多量程的测用表和数字万用表引。是一种多功能、多量程的测量仪表，一般万用表可测量直流电流、直流电压、量仪表，一般万用表可测量直流电流、直
2、流电压、沟通电压、电阻等，有的还可以测沟通电流、电容沟通电压、电阻等，有的还可以测沟通电流、电容量、电感量及半导体的一些参数。量、电感量及半导体的一些参数。它是接受数字化测量技术，把连续的模拟量转化成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。传统的指针式万用表功能单一精度低，不能满足数字化时代的须要，接受单片的数字万用表精度高、抗干扰实力强，可扩展性强、集成便利，目前，由各种单片机芯片构成的数字万用表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测试领域，显示着强大的生命力。株洲职工培训基地株洲职工培训基地授课人：万九云授课人：万九云数字万用表的基本原理及运用了解万用表的构造
3、、原理、驾驭了解万用表的构造、原理、驾驭它的运用。它的运用。难点：原理、正确运用难点：原理、正确运用万用表的构造、运用万用表的构造、运用重点重点难点难点内容与要求内容与要求技能技能训练4 指指针式万用表的正确运用式万用表的正确运用4.1 技能训练的目标1、学习数字万用表的运用方法。2、学习用数字万用表测量电阻，电压和电流的方法。4.2 技能训练仪器与器件1、直流稳压电源（030V）；2、沟通电源（0220V）；3、数字万用表一块；小功率电阻5个；导线若干。4.3 技能训练内容与步骤1、相识数字万用表面板结构及功能。2、数字万用表电阻挡测量电阻。3、数字万用表直流电压挡测量直流电压。4、数字万用
4、表沟通电压、电流挡测量沟通电压、沟通电流。4.4 技能训练应留意事项数字万用表运用留意事项4.5 思索问题1、数字万用表与指针式万用表得区分？2、数字万用表与指针式万用表运用方法有什么不同？3、从数字万用表的电路原理了解是怎样测量沟通电压、电流的？4.6 实训报告和要求告和要求1、熟悉本次实训所用仪器仪表的运用方法并记录名称和编号；2、依据技能训练的目标做好本次实训的预习报告；3、按技能训练的步骤测试参数填入预习报告的表格；4、回答思索问题完成实训报告。单片数字万用表是指接受单片机来实现万用表的功单片数字万用表是指接受单片机来实现万用表的功能，它的主要特点是：实现的功能增多、内部电路简能，它的
5、主要特点是：实现的功能增多、内部电路简洁、测量较精确和耗电量较少等。单片数字万用表能洁、测量较精确和耗电量较少等。单片数字万用表能实现的功能有：测量交直流电压、测量交直流电流、实现的功能有：测量交直流电压、测量交直流电流、测量电阻、测量通断性、测量二极管和测量电容等。测量电阻、测量通断性、测量二极管和测量电容等。单片数字万用表内部电路主要包括：单片机主芯片、单片数字万用表内部电路主要包括：单片机主芯片、A/DA/D转换器、转换器、DCVDCV转换器、转换器、AC/DCAC/DC转换器、转换器、I/UI/U转换器、转换器、R/UR/U转换器、电源供电电路显示驱动电路。转换器、电源供电电路显示驱动
6、电路。介绍介绍 单片数字万用表的基本工作原理是：万用表依据用户选择的档位将检测的信号进行相应的数值转换，再经单片机进行处理再送至显示驱动电路，最终将相应的数值显示在显示屏幕上。智能数字万用表是指利用DSP、ARM等芯片组成来实现万用表的功能，它的主要特点是：实现的功能全面并可增设很多功能、内部电路较困难、测量精度高和耗电量低等特点。智能数字万用表包含单片数字万用表的基本电路结构，工作原理同单片数字万用表类似。数字万用表是在数字电压表表头基础上通过在数字电压数字万用表是在数字电压表表头基础上通过在数字电压表基础上构成分压网络，分流网络，然后就是整流部分。表基础上构成分压网络，分流网络，然后就是整
7、流部分。数字万用表沟通电压挡接受高精度集成运算放大器做整数字万用表沟通电压挡接受高精度集成运算放大器做整流，就是把被测信号经过流，就是把被测信号经过A/DA/D内部的，内部的，R/V C/V I/VR/V C/V I/V转换转换统一变为电压信号在经过衰减送入统一变为电压信号在经过衰减送入A/DA/D转换器通过限制转换器通过限制LCDLCD液晶显示屏的笔段来点亮个数字显示。液晶显示屏的笔段来点亮个数字显示。介绍介绍数数字字万万用用表表亦亦称称数数字字多多用用表表，简简称称DMM(Digtial DMM(Digtial Multimeter)Multimeter)。它它是是接接受受数数字字化化测测
8、量量技技术术，把把连连续续的的模模拟拟量量转转化化成成不不连连续续、离离散散的的数数字字形形式式并并加加以以显显示示的的仪仪表表。传传统统的的指指针针式式万万用用表表功功能能单单一一精精度度低低，不不能能满满足足数数字字化化时时代代的的须须要要，接接受受单单片片的的数数字字万万用用表表精精度度高高、抗抗干干扰扰实实力力强强，可可扩扩展展性性强强、集集成成便便利利，目目前前，由由各各种种单单片片机机芯芯片片构构成成的的数数字字万万用用表表，已已被被广广泛泛用用于于电电子子及及电电工工测测量量、工工业业自自动动化化仪仪表表、自自动动测测试试系系统统等等智智能能化化测测试试领领域域，显显示着强大的生
9、命力。示着强大的生命力。特性特性与指针式万用表相比较，数字万用表有如下优良特性：与指针式万用表相比较，数字万用表有如下优良特性：(1)(1)高精确度和高辨别力高精确度和高辨别力(2)(2)测电压时具有高的输入阻抗测电压时具有高的输入阻抗(3)(3)测量速率快测量速率快(4)(4)自动判别极性自动判别极性(5)(5)全部测量实现数字直读全部测量实现数字直读(6)(6)自动调零自动调零(7)(7)抗过载实力强抗过载实力强当然，数字万用表也有一些弱点，如：当然，数字万用表也有一些弱点，如：(1)(1)测测量量时时不不像像指指针针式式仪仪表表那那样样能能清清晰晰直直观观地地视视察察到到指指针偏转的过程
10、，在视察充放电等过程时不够便利。针偏转的过程，在视察充放电等过程时不够便利。(2)(2)数数字字万万用用表表的的量量程程转转换换开开关关通通常常与与电电路路板板是是一一体体的的，触触点点容容量量小小，耐耐压压不不很很高高，有有的的机机械械强强度度不不够够高高，寿寿命命不不够长，导致用旧以后换档不行靠。够长，导致用旧以后换档不行靠。(3)(3)一一般般万万用用表表的的V/V/档档公公用用一一个个表表笔笔插插孔孔，而而A A档档单单独独用用一一个个插插孔孔。运运用用时时应应留留意意依依据据被被测测量量调调换换插插孔孔，否否则则可可能造成测量错误或仪表损坏。能造成测量错误或仪表损坏。一、万用表的结构
11、一、万用表的结构万用表主要由万用表主要由表头表头、转换开关转换开关和和测量线路测量线路组成。组成。1.1.表头表头表头是一只直流电压表，表头是一只直流电压表，由由LCD液晶显示屏与液晶显示屏与A/D转换器构成。数字万用表的整体性能主转换器构成。数字万用表的整体性能主要由这一数字表头的性能确定。是数字万用表的核心，要由这一数字表头的性能确定。是数字万用表的核心，A/D转换器是数字电压表的核心，转换器是数字电压表的核心，不同的不同的A/D转换器构成不同原理的数字万用表。转换器构成不同原理的数字万用表。2 2、转换开关、转换开关数字万用表的量程转换开关通常与电路板是一体的数字万用表的量程转换开关通常
12、与电路板是一体的，作用是选择测量线路、变更测量范围。，作用是选择测量线路、变更测量范围。是数字万用表实现多参数测量的必备电路。是数字万用表实现多参数测量的必备电路。电压、电流的测量电路一般由无源的分压、分流电电压、电流的测量电路一般由无源的分压、分流电阻网络组成；阻网络组成；交、直流转换电路与电阻、电容等电参数测量的转交、直流转换电路与电阻、电容等电参数测量的转换电路，一般接受有源器件组成的网络来实现。数换电路，一般接受有源器件组成的网络来实现。数字万用表的基本功能是测量交直流电压、交直流电字万用表的基本功能是测量交直流电压、交直流电流以及测量电阻流以及测量电阻3 3、测量线路、测量线路二、二
13、、数字万用表的组成数字万用表的组成是由数字电压表配上相应的功能转换电路构是由数字电压表配上相应的功能转换电路构成的，数字电压表通常运用一块集成电路芯成的，数字电压表通常运用一块集成电路芯片片,它将它将A/D转换器与能够干脆驱动显示器的转换器与能够干脆驱动显示器的显示逻辑限制器集成在一起，在其四周配上显示逻辑限制器集成在一起，在其四周配上相关的电阻器、电容器和显示器相关的电阻器、电容器和显示器,组成数字万组成数字万用表表头。它只测量直流电压，其它参数必用表表头。它只测量直流电压，其它参数必需转换成和其自身大小成确定比例关系的直需转换成和其自身大小成确定比例关系的直流电压后才能被测量。流电压后才能
14、被测量。其基本组成如下图其基本组成如下图1所示所示图图1数字万用表的基本组成数字万用表的基本组成二、万用表的工作原理二、万用表的工作原理一般数字万用表的基本工作原理是检测的一般数字万用表的基本工作原理是检测的信号经万用表的表笔接入万用表，信号进行信号经万用表的表笔接入万用表，信号进行阻容滤波和前置放大，然后万用表依据用户阻容滤波和前置放大，然后万用表依据用户选择的相应档位进行相应的信号转换、再将选择的相应档位进行相应的信号转换、再将模拟信号转换成数字信号，最终将数值经显模拟信号转换成数字信号，最终将数值经显示驱动电路输出在显示屏幕上。示驱动电路输出在显示屏幕上。1 1、直流电压测量电路直流电压
15、测量电路在数字电压表头前面加一级分压电路在数字电压表头前面加一级分压电路(分压分压器器)，可以扩展直流电压测量的量程。如图，可以扩展直流电压测量的量程。如图2所所示，示，U0为电压表头的量程为电压表头的量程(为为200mV)，r为其内阻为其内阻(如如10m)，为分压电阻，为分压电阻，U10为扩展后为扩展后的量程。的量程。图图2分压电路原理分压电路原理图图3多量程分压器原理多量程分压器原理由于由于r1r2，所以分压比为，所以分压比为扩展后的量程为扩展后的量程为多多量量程程分分压压器器原原理理电电路路见见图图3，5档档量量程程的的分分压压比比分分别别为为1、0.1、0.01、0.001和和0.00
16、01，对应的量程分别为，对应的量程分别为2000V、200V、20V、2V和和200mV。接接受受图图3的的分分压压电电路路虽虽然然可可以以扩扩展展电电压压表表的的量量程程，但但在在小小量量程程档档明明显显降降低低了了电电压压表表的的输输入入阻阻抗抗，这这在在实实际际运运用用中中是是所所不不希希望望的的。所所以以，实实际际数数字字万万用用表表的的直直流流电电压压档档电路为图电路为图4所示，它能在不降低输入阻抗的状况下，达到同样的分压效果。所示，它能在不降低输入阻抗的状况下，达到同样的分压效果。图图4好用分压器电路好用分压器电路例如：其中例如：其中200V档的分压比为档的分压比为其余各档的分压比
17、可同样算出。其余各档的分压比可同样算出。实际设计时是依据各档的分压比和总电阻来确定各分压电阻的。如先确定实际设计时是依据各档的分压比和总电阻来确定各分压电阻的。如先确定再计算再计算2000V档的档的电电阻阻再逐档计算再逐档计算R4、R5、R2、R1 尽尽管管上上述述最最高高量量程程档档的的理理论论量量程程是是2000V，但但通通常常的的数数字字万万用用表表出出于于耐耐压压和和平平安安考虑，规定最高电压量限为考虑，规定最高电压量限为1000V。换换量量程程时时，多多刀刀量量程程转转换换开开关关可可以以依依据据档档位位自自动动调调整整小小数数点点的的显显示示，运运用用者者可可便便利地直读出测量结果
18、。利地直读出测量结果。2 2、直流电流测量电路直流电流测量电路测量电流的原理是：依据欧姆定律，用合适的取样电阻把待测电流转换为相应的电压，测量电流的原理是：依据欧姆定律，用合适的取样电阻把待测电流转换为相应的电压，再进行测量。如图再进行测量。如图5，由于，由于rR，取样电阻，取样电阻R上的电压降为上的电压降为Ui=IiR即被测电流即被测电流Ii=Ui/R。图图5电流测量原理电流测量原理图图6多量程分流器电路多量程分流器电路若数字表头的电压量程为若数字表头的电压量程为U0，欲使电流档量程为，欲使电流档量程为I0，则该档的取样电阻，则该档的取样电阻(也称分流电也称分流电阻阻)为为R=U0/I0如如
19、U0=200mV，则，则I0=200mA档的分流电阻为档的分流电阻为多多量量程程分分流流器器原原理理电电路路见见图图6。图图6中中的的分分流流器器在在实实际际运运用用中中有有一一个个缺缺点点，就就是是当当换换档档开开关关接接触触不不良良时时，被被测测电电路路的的电电压压可可能能使使数数字字表表头头过过载载，所所以以，实实际际数数字字万万用用表的直流电流档电路为图表的直流电流档电路为图7所示。所示。图图7中各档分流电阻的阻值是这样计算的：先计算最大电流档的分流电阻中各档分流电阻的阻值是这样计算的：先计算最大电流档的分流电阻R5再计算下一档的再计算下一档的R4依次可计算出依次可计算出R5、R2和和
20、R1。图图7好用分流器电路好用分流器电路图图中中的的BX是是2A保保险险丝丝管管，电电流流过过大大时时会会快快速速熔熔断断，超超过过流流爱爱护护作作用用。两两只只反反向向连连接接且且与与分分流流电电阻阻并并联联的的二二极极管管D1、D2为为塑塑封封硅硅整整流流二二极极管管，它它们们起起双双向向限限幅幅过过压压爱爱护护作作用用。正正常常测测量量时时，输输入入电电压压小小于于硅硅二二极极管管的的正正向向导导通通压压降降，二二极极管管截截止止，对对测测量量毫毫无无影影响响。一一旦旦输输入入电电压压大大于于0.7V，二二极极管管马马上上导导通通，两两端端电电压压被被限限制制住住(小小于于0.7V)，爱
21、护仪表不被损坏。，爱护仪表不被损坏。用用2A档档测测量量时时，若若发发觉觉电电流流大大于于1A时时，应应不不使使测测量量时时间间超超过过20秒秒，以以避避开开大大电电流流引引起的较高温升影响测量精度甚至损坏电表。起的较高温升影响测量精度甚至损坏电表。3 3、沟通电压、电流测量电路、沟通电压、电流测量电路数字万用表中沟通电压，电流测量电路是在直流电压、电流测量电路的基础上，在分数字万用表中沟通电压，电流测量电路是在直流电压、电流测量电路的基础上，在分压器或分流器之后加入了一级沟通压器或分流器之后加入了一级沟通-直流直流(AC-DC)变换器，图变换器，图8为其原理简图。为其原理简图。图图8 AC-
22、DC变换器原理简图变换器原理简图该该AC-DC变变换换器器主主要要由由集集成成运运算算放放大大器器、整整流流二二极极管管、RC滤滤波波器器等等组组成成，还还包包含含一一个个能能调调整整输输出出电电压压凹凹凸凸的的电电位位器器，用用来来对对沟沟通通电电压压档档进进行行校校准准之之用用。调调整整该该电电位位器器可使数字表头的显示值等于被测沟通电压的有效值。可使数字表头的显示值等于被测沟通电压的有效值。同同直直流流电电压压档档类类似似，出出于于对对耐耐压压、平平安安方方面面的的考考虑虑，沟沟通通电电压压最最高高档档的的量量限限通通常常限限定为定为700V(有效值有效值)。4 4、电阻测量电路电阻测量
23、电路数字万用表中的电阻档接受的是比例测量法，其原理电路见图数字万用表中的电阻档接受的是比例测量法，其原理电路见图9图图9电阻测量原理电阻测量原理由稳压管由稳压管ZD供应测量基准电压，流过标准电阻供应测量基准电压，流过标准电阻R0和被测电阻和被测电阻Rx的电流基本相等的电流基本相等(数字数字表头的输入阻抗很高，其取用的电流可忽视不计表头的输入阻抗很高，其取用的电流可忽视不计)。所以。所以A/D转换器的参考电压转换器的参考电压UREF和和输入电压输入电压UIN有如下关系：有如下关系：即即依依据据所所用用A/D转转换换器器的的特特性性可可知知，数数字字表表显显示示的的是是UIN与与UREF的的比比值
24、值，当当UIN=UREF时时显显示示“1000”，UIN=0.5UREF时时显显示示“500”，以以此此类类推推。所所以以，当当Rx=R0时时，表表头头将将显显示示“1000”，当当Rx=0.5R0时时显显示示“500”，这这称称为为比比例例读读数数特特性性。因因此此，我我们们只只要要选选取取不不同同的的标标准准电电阻阻并并适适当当地地对对小小数数点点进进行行定定位位，就就能能得得到到不不同同的的电电阻测量档。阻测量档。数数点点定定在在如如对对200 档档，取取R01=1000 ，小小十十位位上上。当当Rx=100 时时，表表头头就就会会显显示示出出100.0。当。当Rx变更时，显示值相应变更
25、，可以从变更时，显示值相应变更，可以从0.1 测到测到199.9 。又又如如对对2k档档，取取R02=1k ，小小数数点点定定在在千千位位上上。当当Rx变变更更时时，显显示示值值相相应应变变更更，可以从可以从0.001 k 测到测到1.999 k 。其余各档道理相同。其余各档道理相同。数字万用表多量程电阻档电路见图数字万用表多量程电阻档电路见图10。图图10电阻测量电路电阻测量电路由上分析可知，由上分析可知，图图1010中由正温度系数中由正温度系数(PTC)(PTC)热敏电阻热敏电阻RtRt与晶体管与晶体管 组成组成了过压爱护电路，以防误用电阻档去测高电压时损坏集了过压爱护电路，以防误用电阻档
26、去测高电压时损坏集成电路。当误测高电压时，晶体管成电路。当误测高电压时，晶体管T T放射极将击穿从而放射极将击穿从而限制了输入电压的上升。同时限制了输入电压的上升。同时RtRt随着电流的增加而发热，随着电流的增加而发热，其阻值快速增大，从而限制了电流的增加，使其阻值快速增大，从而限制了电流的增加，使T T的击穿的击穿电流不超过允许范围。即电流不超过允许范围。即T T只是处于软击穿状态，不会只是处于软击穿状态，不会损坏，一旦解除误操作，损坏，一旦解除误操作，RtRt和和T T都能复原正常。都能复原正常。数字式万用表内部接受了多种振荡，放大，分频，爱数字式万用表内部接受了多种振荡，放大，分频，爱护
27、等电路，所以功能较多，比如可以测量频率护等电路，所以功能较多，比如可以测量频率(在一个在一个较低的范围较低的范围)，电容，电容,电感电感.或做信号发生器等等。由于或做信号发生器等等。由于内部结构多用集成电路所以过载实力较差内部结构多用集成电路所以过载实力较差.(.(不过现在不过现在有些已能自动换档有些已能自动换档.自动爱护等自动爱护等.但运用较困难但运用较困难).).损坏损坏后一般也不易修复。数字式万用表输出电压较低后一般也不易修复。数字式万用表输出电压较低(通常通常不超过不超过1V).1V).对于一些电压特性特殊的元件的测试不便对于一些电压特性特殊的元件的测试不便(如如,可控硅可控硅,发光二极管等发光二极管等)，由于数字万用表的测量，由于数字万用表的测量范围很大，广泛应用于工业领域。范围很大，广泛应用于工业领域。