3.4 数字万用表原理

数字万用表是一种利用模数（A/D）转换原理，将被测电信号（模拟量）转换为数字量并以数字形式显示测量结果的一种高精度电子测量仪器，如图 3.58 所示。可以用来测量电压、电流、电阻，有的还可以测量其他物理量（如电容，温度，二极管导通等）。

3.4.1 工作原理

数字万用表主要由输入电路、模数转换器（analog-to-digital convertor，ADC）、控制逻辑电路、计数器（或寄存器）、显示器和电源电路等几部分组成，如图 3.59 所示。输入电路和ADC统称为模拟电路部分，而计数器（或寄存器）、显示器和控制逻辑电路统称为数字电路部分。

其中ADC是数字万用表的核心。因为数字万用表中的A/D转换器主要是把被测电压转换成与之成比例的数字量，因而是一个电压—数字转换器。所以，电压是一个最基本的电量。其他物理量的测量最终都是转换为电压量进行直接测量。例如2110 5 1/2数字万用表可以执行下面的测量，包括电压（DC 和 AC）、比值（直流电压输入/直流参考电压）、电流（DC 和 AC）、电阻（2 线和 4 线）、频率和周期（电压输入/电流输入）、连续性、二极管测试、温度（电阻温度探测器RTD和热电偶）和电容。

与指针式电压表相比，数字万用表具有精度高、速度快、输入阻抗大、数字显示、读数准确方便、抗干扰能力强、可程控等多种优点。

3.4.2 性能参数

数字万用表的性能参数主要包括：位数、分辨率、准确度、测量范围和量程。

1.位数

位数是表征数字万用表性能的最基本的参量。通常以1位整数加分数的形式表示。整数位可显示 0～9 所有数字，分数位可显示 0～分子数字。±1999、±19999、±199999、±1999999、±399999……使用下面的公式表示：

其中，（1）N表示能显示“0～9”十个数字的位数。

（2）n表示未进位时首位能显示的最高数字。

（3）n+1表示进位后的首位数字。

例如：1999，称 位；39999称 位。

2.分辨率

分辨率是指数字万用表能够显示的被测信号的最小变化值。分辨率与 ADC 的位数有关，ADC的位数越多，则分辨率越高。例如：21位的ADC具有21位分辨率，最低有效位LSB步长为 。

但是，分辨率不同于准确度。分辨率只是表征仪器的“灵敏性”，即对微小信号的“识别”能力；准确度反映的则是测量值的“准确性”，即测量结果与真实值的一致程度。两者无必然联系。

分辨率仅与显示位数有关，而准确度则取决于ADC等的总误差。

3.准确度

它表征测量值与真值的离散程度。通常用±（%读数+%量程）来表示。假设在 10 V 的量程内测量5 V，则可以从一年的DCV精度规格中计算读数的限制范围，即

因此，真正的读数范围是5 V±1 mV，即4.999～5.001 V。

4.测量范围

由两个被测量的值确定的范围，在此范围内规定了测量仪表不确定度的极限。

5.量程

满足规定的不确定度极限的测量范围，测量范围的最大值或最小值即为量程的上限或下限。例如，2110 5 1/2数字万用表的交流有效电压值量程为100 mV～750 V，频率量程10～300 kHz。 pvi6PiXMXwClET1wXzFjwbAo4ZtWUN9S95R5qw2Iu5Vg9IwcYHJcWfvQju0u7KJl