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1、1,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。万用表又叫多用表、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、多量程的测量仪表，一般万用表可测量直流电流、直流电压、交流电压、电阻等，有的还可以测交流电流、电容量、电感量及半导体的一些参数。,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
2、，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,株洲职工培训基地,授课人：万九云,数字万用表的基本原理及使用,4,了解万用表的构造、原理、掌握它的使用。,难点：原理、正确使用,万用表的构造、使用,重点,难点,内容与要求,5,技能训练4 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。,6,4.2 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。,7,4.3
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。,8,4.4 技能训练应注意事项,数字万用表使用注意事项,9,4.5 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？,10,4.6 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
4、题完成实训报告。,11,单片数字万用表是指采用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：单片机主芯片、A/D转换器、DCV转换器、AC/DC转换器、I/U转换器、R/U转换器、电源供电电路显示驱动电路。,介绍,12,单片数字万用表的基本工作原理是：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。 智能数字万用表是指利用DS
5、P、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许多功能、内部电路较复杂、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。,13,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。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A/D内部的，R/V C/V I/V转换统一变为电压信号在经过衰减送入A/D转换器通过控制LCD液晶显示屏的笔段来点亮个数字显示。,14,介绍,数字万用表亦称数字多用表，简称DMM(Digtial Multimet
6、er)。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。,15,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) 高准确度和高分辨力(2) 测电压时具有高的输入阻抗(3) 测量速率快(4) 自动判别极性(5) 全部测量实现数字直读(6) 自动调零(7) 抗过载能力强当然，数字万用表也有一些弱点
7、，如：(1) 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。(2) 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，寿命不够长，导致用旧以后换档不可靠。(3) 一般万用表的V/档公用一个表笔插孔，而A档单独用一个插孔。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。,16,一、万用表的结构,万用表主要由表头、转换开关和测量线路组成。,1.表头,表头是一只直流电压表， 由LCD液晶显示屏与A/D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决定。是数字万用表的核心，A/D转换器是数字电压
8、表的核心，不同的A/D转换器构成不同原理的数字万用表。,17,2 、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，作用是选择测量线路、改变测量范围。,18,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换电路，一般采用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、交直流电流以及测量电阻,3、测量线路,19,20,二、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成的，数字电压表通常使用一块集成电路芯片,它将A/D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，
9、在其周围配上相关的电阻器、电容器和显示器,组成数字万用表表头。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流电压后才能被测量。,其基本组成如下图1所示,21,图1数字万用表的基本组成,22,二、万用表的工作原理,普通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，信号进行阻容滤波和前置放大，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、再将模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。,23,1、直流电压测量电路,在数字电压表头前面加一级分压电路(分压器)，可以扩展直流电压测量的量程。如图2所示，U0为电压表头的量程(为200mV)
10、，r为其内阻(如10m)，为分压电阻，U10为扩展后的量程。,图2分压电路原理,图3多量程分压器原理,24,由于r1r2，所以分压比为,扩展后的量程为,多量程分压器原理电路见图3，5档量程的分压比分别为1、0.1、0.01、0.001和0.0001，对应的量程分别为2000V、200V、20V、2V和200mV。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。,25,图4实用分压器电路,26,例如：其中200V档的分压比为,其余各档的
11、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,再计算2000V档的电阻,再逐档计算R4、R5、R2、R1,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，使用者可方便地直读出测量结果。,27,2、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，再进行测量。如图5，由于rR，取样电阻R上的电压降为Ui=IiR即被测电流Ii=Ui/R。,图5电流测量原理,图6多量程分流器电路,28,若数字表头的
12、电压量程为U0，欲使电流档量程为I0，则该档的取样电阻(也称分流电阻)为R=U0/I0如U0=200mV，则I0=200mA档的分流电阻为,多量程分流器原理电路见图6。图6中的分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，实际数字万用表的直流电流档电路为图7所示。 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R5,再计算下一档的R4,依次可计算出R5、R2和R1。,29,图7实用分流器电路,图中的BX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
13、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(小于0.7V)，保护仪表不被损坏。,30,用2A档测量时，若发现电流大于1A时，应不使测量时间超过20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。,3、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，在分压器或分流器之后加入了一级交流-直流(AC-DC)变换器，图8为其原理简图。,图8 AC-DC变换器原理简图,31,该AC-DC变换器主要由集成运算放大器、整流二极管、RC滤波器等
14、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定为700V(有效值)。,32,4、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9,图9电阻测量原理,33,由稳压管ZD提供测量基准电压，流过标准电阻R0和被测电阻Rx的电流基本相等(数字表头的输入阻抗很高，其取用的电流可忽略不计)。所以A/D转换器的参考电压UREF和输入电压UIN有如下关系：,即,根据所用A/D转换器的特性可知，数字表显示的是UIN与UREF的比值，
15、当UIN=UREF时显示“1000”， UIN=0.5UREF时显示“500”，以此类推。所以，当Rx=R0时，表头将显示“1000”，当Rx=0.5R0时显示“500”，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。数点定在如对200 档，取R01=1000 ，小十位上。当Rx=100 时，表头就会显示出100.0。当Rx变化时，显示值相应变化，可以从0.1 测到199.9 。又如对2k档，取R02=1k ，小数点定在千位上。当Rx变化时，显示值相应变化，可以从0.001 k 测到1.999 k 。其余各档道理相同。,34,数字万用表
16、多量程电阻档电路见图10。,图10电阻测量电路,35,由上分析可知，,图10中由正温度系数(PTC)热敏电阻Rt与晶体管 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成电路。当误测高电压时，晶体管T发射极将击穿从而限制了输入电压的升高。同时Rt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T的击穿电流不超过允许范围。即T只是处于软击穿状态，不会损坏，一旦解除误操作，Rt和T都能恢复正常。,36,数字式万用表内部采用了多种振荡，放大，分频，保护等电路，所以功能较多，比如可以测量频率(在一个较低的范围)，电容,电感.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.(不过现在有些已能自动换档.自动保护等.但使用较复杂).损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1V).对于一些电压特性特殊的元件的测试不便(如,可控硅,发光二极管等)，由于数字万用表的测量范围很大，广泛应用于工业领域。,37,
