数字万用表测量基础知识--使用DMM测量电压

概览

    DMM（即数字万用表）是一种电气测试和测量仪器，可测量直流和交流信号的电压、电流和电阻。本文介绍如何正确使用和理解数字万用表(DMM)。

使用DMM测量电压

    实际上，每个DMM都具有直流和交流测量功能。电压测试通常用于测试和验证仪器、组件或电路的输出。电压总是在两点之间进行测量，因此需要两个探针。一些DMM连接器和探针是彩色的；红色用于测量正极点，黑色用于测量负极点，通常是一个参考点或接地点。然而，电压是双向的，所以如果正负极反接，测得的电压值就会变成相反数。

    电压测量通常有两种不同的模式：直流和交流。通常，直流用一个V、一条虚线和一条实线表示；交流则用一个V和一条波浪线表示。务必确保为应用选择正确的量程和模式。

图1.交流电压（左）和直流电压（右）测量通常用于测试和验证仪器、组件或电路的输出。

在测量交流或直流电压时，需要了解几个术语和概念。

输入电阻

    理想电压表的输入电阻应无限大，这样仪器就不会消耗测试电路中的任何电流。但在实际测量中，总会有一些因素影响测量精度。为了尽可能减少这个问题，DMM的电压测量子系统的阻抗通常设计为几MΩ到几十MΩ。但如果测量的是低电压，即使是该范围内的阻值，测量也会存在不可接受的误差。因此，电压量程越低，选择的阻抗通常越高，如10 GΩ。

    有些DMM可以选择输入电阻。对于大多数应用来说，阻抗越高，测量越准确。但是，有些情况下需要选择较低的阻抗。例如，如果导管内部存在多条不同导线，那么导线之间可能存在耦合。即使导线开路和浮地，DMM仍能够读取电压值。较高阻抗无法消除这些虚电压，但低阻抗可为这些累积的电荷提供一条路径，使得DMM能够正确测量出0 V。较低电压范围的一个范例是电路中线路之间靠得很近。

波峰因数

    在测量交流信号（电压或电流）时，波峰因数是确定特定波形精度的重要参数。波峰因数是峰值与均方根值的比值，是一种描述波形形状的方法。通常，波峰因数用于电压测量，但也可用于电流测量等其他测量。从技术上说，波峰因数为正实数，但通常是一个比值。

公式2.波峰因数是衡量波形中峰值极端程度的指标

    对于没有峰值的恒定波形，由于波形的峰值与均方根值相等，因此波峰因数为1。对于三角波形，其波峰因数为1.732。波峰因数越高，波峰越尖锐，要获得准确的交流测量值也就越困难。

图2.交流信号的波峰因数会影响测量精度

    对于使用真均方根值进行测量的交流万用表，其精度基于正弦波测量值。它通过波峰因数来表明正弦波的失真程度，而且仍然可以在规定的精度范围内进行测量。它还包括其他波形的任何额外精度误差，具体取决于其波峰因数。

    例如，如果给定DMM的交流精度为读数的0.03%。如果测量的是三角波形，需要查找波峰因数为1.732的任何额外误差。DMM规定，对于介于1和2之间的波峰因数，读数有0.05%的额外误差。因此，测量的精度为0.03% + 0.05%，总误差为读数的0.08%。可以看出，波形的波峰因数对测量精度影响非常大。

偏移量归零

    大多数DMM具有偏移量归零的功能。该功能有助于消除直流电压或电阻测量时由于连接和导线引起的误差。首先，选择正确的测量类型和量程。然后将探针连接在一起，等待读取测量值。然后选择偏移量归零按钮。将得到的读数减去指零测量时的读数，就可以得到较为准确的读数。

自动归零

    除了偏移量归零之外，另一种提高电压和电阻测量精度的方法是启用自动调零功能。自动调零用于补偿仪器内部的偏移。启用该功能后，每一次测量时DMM都会进行额外的测量。该测量是在DMM输入端和接地端之间进行的。然后从测量值中减去该值，即减去测量路径或ADC中的任何偏移量。虽然自动调零有助于提高测量精度，但会增加测量所需的时间。

同旺科技 2023