1、1 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使用的一种基本测量工具，随着时代科量领域大量使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
2、电流、直流电压、交流电压、电阻等，有的还可以测交流电流、电容交流电压、电阻等，有的还可以测交流电流、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。2 2它是采用数字化测量技术，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需要，采用单片的数字万用表精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，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。3 3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
3、使用4 4了解万用表的构造、原理、掌握了解万用表的构造、原理、掌握它的使用。它的使用。难点：原理、正确使用难点：原理、正确使用万用表的构造、使用万用表的构造、使用重点重点难点难点内容与要求内容与要求5 5技能训练技能训练4 4 指针式万用表的正确使用指针式万用表的正确使用 4.1 技能训练的目标 1、学习数字万用表的使用方法。 2、学习用数字万用表测量电阻，电压和电流的方法。6 64.2 技能训练仪器与器件 1、直流稳压电源（030V）； 2、交流电源（0220V）； 3、数字万用表一块；小功率电阻5个；导线若干。7 74.3 技能训练内容与步骤 1、认识数字万用表面板结构及功能。 2、数字万
4、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、数字万用表交流电压、电流挡测量交流电压、交流电流。8 84.4 技能训练应注意事项 数字万用表使用注意事项9 94.5 思考问题思考问题 1、数字万用表与指针式万用表得区别？ 2、数字万用表与指针式万用表使用方法有什么不同？ ？ 3、从数字万用表的电路原理了解是怎样测量交流电压、电流的？10104.6 实训报告和要求实训报告和要求 1、熟悉本次实训所用仪器仪表的使用方法并记录名称和编号； 2、按照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、回答思考问题完成实训报告。1111 单片
5、数字万用表是指采用单片数字万用表是指采用单片机单片机来实现万用表来实现万用表的功能，它的主要特点是：实现的功能增多、内部电的功能，它的主要特点是：实现的功能增多、内部电路简单、测量较准确和耗电量较少等。单片数字万用路简单、测量较准确和耗电量较少等。单片数字万用表能实现的功能有：测量交直流电压、测量交直流电表能实现的功能有：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流、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：单片机主芯等。单片数字万用表内部电路主要包括：单片机主芯片、片、A/DA/D转换器、转换器、DCVDCV转换器、转换器、
6、AC/DCAC/DC转换器、转换器、I/UI/U转换转换器、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电路。介绍介绍1212 单片数字万用表的基本工作原理是：单片数字万用表的基本工作原理是：万用表万用表根据用户选择的档位将检测的信号进行相应的数值转根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，最后换，再经单片机进行处理再送至显示驱动电路，最后将相应的数值显示在显示屏幕上。将相应的数值显示在显示屏幕上。 智能数字万用表是指智能数字万用表是指利用利用DSPDSP、ARMARM等芯片等芯片组成来实现万用表的功能，它的主要特点
7、是：实现的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许多功能、内部电路较复杂、测量功能全面并可增设许多功能、内部电路较复杂、测量精度高和耗电量低等特点。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，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。工作原理同单片数字万用表类似。1313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，然后就是整流部分。数字万用表交流电压挡采用高精度集成运算放大器
8、做整数字万用表交流电压挡采用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转换器通过控制转换器通过控制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。1414介绍介绍 数 字 万 用 表 亦 称 数 字 多 用 表 ， 简 称数 字 万 用 表 亦 称 数 字 多 用 表 ， 简 称DMM(Digtial Multimeter)DMM(Digtial Multimeter)。它是采用数字化测
9、。它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转化成不连续、离散的量技术，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需要，表功能单一精度低，不能满足数字化时代的需要，采用单片的数字万用表精度高、抗干扰能力强，采用单片的数字万用表精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，目前，由各种单片机芯可扩展性强、集成方便，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量、工业自动化仪表、自动测试系
10、统等智能化测试领域，显示着强大的生命力。测试领域，显示着强大的生命力。1515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) 高准确度和高分辨力高准确度和高分辨力 (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) 抗过载能力强抗过载能力强 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) (
11、1) 测量时不像指针式仪表那样能清楚直观地观察到指测量时不像指针式仪表那样能清楚直观地观察到指针偏转的过程，在观察充放电等过程时不够方便。针偏转的过程，在观察充放电等过程时不够方便。 (2) (2) 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与电路板是一体的，触点容量小，耐压不很高，有的机械强度不够高，寿命不触点容量小，耐压不很高，有的机械强度不够高，寿命不够长，导致用旧以后换档不可靠。够长，导致用旧以后换档不可靠。 (3) (3) 一般万用表的一般万用表的V/V/档公用一个表笔插孔，而档公用一个表笔插孔，而A A档单档单独用一个插孔。使用时应注意根据被测量调换
12、插孔，否则独用一个插孔。使用时应注意根据被测量调换插孔，否则可能造成测量错误或仪表损坏。可能造成测量错误或仪表损坏。1616一、万用表的结构一、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.表头表头表头是表头是一只直流一只直流电压电压表表， 由由LCDLCD液晶显示屏与液晶显示屏与A/DA/D转换器构成转换器构成。数字万用表的整体性能主要由这一数数字万用表的整体性能主要由这一数字表头的性能决定。是数字万用表的核心，字表头的性能决定。是数字万用表的核心，A/DA/D转转换器是数字电压表的核心，不同的换器是数字电压表的核心，不同的A/DA/
13、D转换器构成转换器构成不同原理的数字万用表。不同原理的数字万用表。17172 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数字万用表的量程转换开关通常与电路板是一体体的的，作用是选择测量线路、改变测量范围。作用是选择测量线路、改变测量范围。1818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、电流的测量电路电压、电流的测量电路一般由无源的分压、分流一般由无源的分压、分流电阻网络组成电阻网络组成；交、直流转换电路与电阻、电容等电参数测量的交、直流转换电路与电阻、电容等电参数测量的转换电路，转换电路，一般采用有源器件组成的网络来实现一般采用有源
14、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、交直流数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电流以及测量电阻3 3、测量线路、测量线路19192020二、二、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，数字电压表通常使用一块集成电路芯成的，数字电压表通常使用一块集成电路芯片片,它将它将A/D转换器与能够直接驱动显示器的转换器与能够直接驱动显示器的显示逻辑控制器集成在一起，在其周围配上显示逻辑控制器集成在一起，在其周围配上相关的电阻器、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
15、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，其它参数必须转换成和其自身大小成一定比例关系的直须转换成和其自身大小成一定比例关系的直流电压后才能被测量。流电压后才能被测量。其基本组成如下图其基本组成如下图1所示所示2121图图1数字万用表的基本组成数字万用表的基本组成2222二、万用表的工作原理二、万用表的工作原理普通数字万用表的基本工作原理是普通数字万用表的基本工作原理是检测的信检测的信号经万用表的表笔接入万用表，信号进行阻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，然后万用表根据用户选容滤波和前置放大，然后万用表根据用户选择的相应档位进行相应的信号转换
16、、再将模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，最后将数值经显示拟信号转换成数字信号，最后将数值经显示驱动电路输出在显示屏幕上。驱动电路输出在显示屏幕上。23231 1、直流电压测量电路直流电压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
17、原理2424由于由于r1r2，所以分压比为，所以分压比为21200rrrUUi扩展后的量程为扩展后的量程为02210UrrrUi多量程分压器原理电路见图多量程分压器原理电路见图3，5档量程的分压比分别为档量程的分压比分别为1、0.1、0.01、0.001和和0.0001，对应的量程分别为，对应的量程分别为2000V、200V、20V、2V和和200mV。采用图采用图3的分压电路虽然可以扩展电压表的量程，但在小量程档明显降低了电压的分压电路虽然可以扩展电压表的量程，但在小量程档明显降低了电压表的输入阻抗，这在实际使用中是所不希望的。所以，实际数字万用表的直流电压表的输入阻抗，这在实际使用中是所不
18、希望的。所以，实际数字万用表的直流电压档电路为图档电路为图4所示，它能在不降低输入阻抗的情况下，达到同样的分压效果。所示，它能在不降低输入阻抗的情况下，达到同样的分压效果。2525图图4实用分压器电路实用分压器电路2626例如：其中例如：其中200V档的分压比为档的分压比为001. 010105432154MkRRRRRRR其余各档的分压比可同样算出。其余各档的分压比可同样算出。实际设计时是根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根据各档的分压比和总电阻来确定各分压电阻的。如先确定MRRRRRR1054321总再计算再计算2000V档的电阻档的电阻KRR10001. 0
19、5总再逐档计算再逐档计算R4、R5、R2、R1 尽管上述最高量程档的理论量程是尽管上述最高量程档的理论量程是2000V，但通常的数字万用表出于耐压和安全，但通常的数字万用表出于耐压和安全考虑，规定最高电压量限为考虑，规定最高电压量限为1000V。换量程时，多刀量程转换开关可以根据档位自动调整小数点的显示，使用者可方换量程时，多刀量程转换开关可以根据档位自动调整小数点的显示，使用者可方便地直读出测量结果。便地直读出测量结果。27272 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：根据欧姆定律，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：根据欧姆定律，用合适的取样电阻把
20、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2828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U0=200mV，则，则I0=200mA档的分流电阻为档的分流电阻为1R 多量程分流器原理电路见图多量程分流器原理电路见图6。图。图6中的分流器在实际使用中有一个缺点，就是当中的分
21、流器在实际使用中有一个缺点，就是当换档开关接触不良时，被测电路的电压可能使数字表头过载，所以，实际数字万用换档开关接触不良时，被测电路的电压可能使数字表头过载，所以，实际数字万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)( 1 . 022 . 050msIUR再计算下一档的再计算下一档的R4)(9 . 01 . 02 . 02 . 05404RIURm依次可计算出依次可计算出R5、R2和和R1。2929图图7实用分流器电路实用分流器电路图中的图中
22、的BX是是2A保险丝管，电流过大时会快速熔断，超过流保护作用。两只反向保险丝管，电流过大时会快速熔断，超过流保护作用。两只反向连接且与分流电阻并联的二极管连接且与分流电阻并联的二极管D1、D2为塑封硅整流二极管，它们起双向限幅过压为塑封硅整流二极管，它们起双向限幅过压保护作用。正常测量时，输入电压小于硅二极管的正向导通压降，二极管截止，对保护作用。正常测量时，输入电压小于硅二极管的正向导通压降，二极管截止，对测量毫无影响。一旦输入电压大于测量毫无影响。一旦输入电压大于0.7V，二极管立即导通，两端电压被限制住，二极管立即导通，两端电压被限制住(小于小于0.7V)，保护仪表不被损坏。，保护仪表不
23、被损坏。3030用用2A档测量时，若发现电流大于档测量时，若发现电流大于1A时，应不使测量时间超过时，应不使测量时间超过20秒，以避免大电流引秒，以避免大电流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、交流电压、电流测量电路交流电压、电流测量电路数字万用表中交流电压，电流测量电路是在直流电压、电流测量电路的基础上，在分数字万用表中交流电压，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交流压器或分流器之后加入了一级交流-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-DC变换器原理简
24、图变换器原理简图3131该该AC-DC变换器主要由集成运算放大器、整流二极管、变换器主要由集成运算放大器、整流二极管、RC滤波器等组成，还包含滤波器等组成，还包含一个能调整输出电压高低的电位器，用来对交流电压档进行校准之用。调整该电位器一个能调整输出电压高低的电位器，用来对交流电压档进行校准之用。调整该电位器可使数字表头的显示值等于被测交流电压的有效值。可使数字表头的显示值等于被测交流电压的有效值。同直流电压档类似，出于对耐压、安全方面的考虑，交流电压最高档的量限通常限同直流电压档类似，出于对耐压、安全方面的考虑，交流电压最高档的量限通常限定为定为700V(有效值有效值)。32324 4、电阻
25、测量电路电阻测量电路数字万用表中的电阻档采用的是比例测量法，其原理电路见图数字万用表中的电阻档采用的是比例测量法，其原理电路见图9图图9电阻测量原理电阻测量原理3333由稳压管由稳压管ZD提供测量基准电压，流过标准电阻提供测量基准电压，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，其取用的电流可忽略不计表头的输入阻抗很高，其取用的电流可忽略不计)。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：xINREFRRUU0即即0RUURREFINx根据所用根据所用A/D转换器的特性可知，数字
26、表显示的是转换器的特性可知，数字表显示的是UIN与与UREF的比值，当的比值，当UIN=UREF时显示时显示“1000”， UIN=0.5UREF时显示时显示“500”，以此类推。所以，当，以此类推。所以，当Rx=R0时，表头时，表头将显示将显示“1000”，当，当Rx=0.5R0时显示时显示“500”，这称为比例读数特性。因此，我们只，这称为比例读数特性。因此，我们只要选取不同的标准电阻并适当地对小数点进行定位，就能得到不同的电阻测量档。要选取不同的标准电阻并适当地对小数点进行定位，就能得到不同的电阻测量档。数点定在如对数点定在如对200 档，取档，取R01=1000 ，小十位上。当，小十位
27、上。当Rx=100 时，表头就会显示出时，表头就会显示出100.0。当。当Rx变化时，显示值相应变化，可以从变化时，显示值相应变化，可以从0.1 测到测到199.9 。又如对又如对2k档，取档，取R02=1k ，小数点定在千位上。当，小数点定在千位上。当Rx变化时，显示值相应变化，可变化时，显示值相应变化，可以从以从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。3434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3535由上分析可知，由上分析可知，10120201303021001000 1009001019
28、RRRRRRRRkkk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与晶与晶体管体管 组成组成了过压保护电路，以防误用电阻档去测高电压时损坏集了过压保护电路，以防误用电阻档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发射极将击穿从而发射极将击穿从而限制了输入电压的升高。同时限制了输入电压的升高。同时RtRt随着电流的增加而发热，随着电流的增加而发热，其阻值迅速增大，从而限制了电流的增加，使其阻值迅速增大，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
29、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都能恢复正常。都能恢复正常。3636数字式万用表内部采用了多种振荡，放大，分频，保数字式万用表内部采用了多种振荡，放大，分频，保护等电路护等电路，所以功能较多，比如可以测量频率所以功能较多，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能力较差于内部结构多用集成电路所以过载能力较差.(.(不过现不过现在有些已能自动换档在有些已能自动换档. .自动保护等自动保护等. .但使用较复杂但使用较复杂).).损损坏后一般也不易修复。数字式万用表输出电压较低坏后一般也不易修复。数字式万用表输出电压较低( (通常不超过通常不超过1V).1V).对于一些电压特性特殊的元件的测对于一些电压特性特殊的元件的测试不便试不便( (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，由于数字万用表的测量范围很大，广泛应用于工业领域。的测量范围很大，广泛应用于工业领域。3737
