数字万用表操作背后的原理
数字万用表操作背后的原理
数字万用表(DMM)是电子测量领域不可或缺的工具,广泛应用于各种电气设备的检测和维修。本文将深入探讨DMM的工作原理、操作方法以及使用技巧,帮助读者全面了解这一重要工具的核心技术。
数字万用表(DMM)操作
数字万用表(DMM)是一种用于测量电压、电流和电阻等电值的设备。DMM的核心操作涉及将模拟电信号转换为数字数据,这是通过称为模数转换(ADC)的过程来实现的。这种转换是出于需求的,因为这允许DMM显示可以轻松读取和解释的精确测量。DMM中使用的最常见的是连续的近似寄存器(SAR)ADC。这种类型的ADC受到青睐,因为它在速度和准确性之间提供了良好的平衡。通常,DMM使用具有16位分辨率的SAR ADC,这意味着该设备可以区分65,536个不同级别的输入。这种分辨率是DMM执行任务的理想选择,因为它们测量的电信号通常会缓慢变化,因此不需要超快速转换。
SAR ADC通过有条不紊地缩小电压范围来确定确切的电压值来工作。首先,将输出最值得注意的位(MSB)设置为“1”,该位代表了全尺度电压的一半,所有其他位为“0”。中点处的初始化有助于ADC迅速稳定,因为其后的调整要比从零或全尺度开始的调整小。在每个周期中,ADC检查输入电压是否高於当前估计值,然后相应地调整下一位置。此过程重复,逐步完善电压估算,直到设置所有16位,最终数字值与输入电压紧密匹配。
尽管SAR ADC的操作是系统性的,但它也非常有效。每个循环都使输出更接近实际电压,从而使ADC可以快速收敛于准确的数字表示。DMM提供准确的电气测量能力是必需的,这在诊断和维修等任务中必须是必须的。
图1:数字万用表
数字万用表的详细操作
DMM的主要功能是测量电压。当您将万用表连接到电路时,它会捕获模拟电压信号,并将其转换为数字格式,可以在显示屏上轻松读取。为了处理各种电压,DMM在ADC输入处使用了一个被称为潜在分隔线的电阻网络。这些分隔线将传入电压扩展到ADC可以准确处理的水平。要求此步骤保持测量的准确性,尤其是在处理高电压时。
图2:大多数DMM中使用的ADC
在测量电流方面,DMM使用略有不同的技术。它测量了设备内已知电阻的电压下降。该方法类似于传统模拟仪的工作方式,使用串联电阻和平行分流器从电压下降来推断电流。然后,DMM将这些信息转换为代表流过电路的电流的数字值。这种方法允许准确,直接的电流测量值。
对于电阻测量,DMM将已知电压应用于正在测试的电阻器并测量所得电流。使用欧姆定律,该定律指出电阻(r)等于电压(v)除以电流(i),DMM计算了电阻。该方法提供了直接而精确的测量,这是诊断电气问题并保证电子组件的正确功能的必不可少的。
用户界面(通常是LCD屏幕)是DMM必须的一部分,因为这显示了测量结果。LCD以其可读性而闻名,但在非常寒冷的温度下它们可能会变得迟钝。为了解决这个问题,现代DMM通常包括背光,这不仅有助于在弱光条件下,而且可以保持屏幕的响应能力,并确保您可以准确地阅读测量值,而无论环境如何。
所有这些组件和过程都可以合作,使DMM成为电气诊断的可靠和精确的工具。从捕获信号到显示最终结果,DMM的设计可确保每个步骤都进行了优化,以确保准确性和易用性。这种无缝的功能集成使用户可以自信地测量和诊断广泛应用程序的电气问题。
数字万用表操作中的测量时间
执行测量的数字万用表(DMM)所需的時間可以提供有关其效率和准确性的推断,尤其是在自动化系统中使用时。尽管测量过程通常很快,但是几个基本阶段可以引入小延遲,需要仔细管理。
图3:测量过程
测量过程始于开关时间。这是DMM更改测量类型或调整範围后稳定的时间。例如,当从测量电压转换为测量电阻时,或者设备自动调整其范围时,DMM需要一个时间来沉降。要求此期间确保读数稳定并准确。
接下來是定居時間,这是DMM的輸入完全穩定的時期。當您測量高阻抗電路時,尤其如此。DMM需要克服輸入電容,這有時可以延長獲得穩定且準確的讀數所需的時間。
在测量交流电流(AC)时,精确读数所需的時間直接与AC信号的频率相关。DMM必须在涵蓋您测量最低频率的整个周期的时期内采样信号。这样可以确保DMM捕获整个波形的准确表示。
许多现代DMM还具有自动零功能。此功能在切换到新范围或更改测量模式之前将仪表自动重新校准至零。虽然这种重新校准是维持准确性的必要条件,但它确实为整体测量时间增加了少量延迟。
这些阶段(开关时间,安裝时间,信号测量时间和自动零校准)都仔细协调,以确保DMM提供准确的结果。尽管每个阶段都引入了略有延迟,但它們需要保持DMM已知的高精度和可靠性,尤其是在需要精心准确性和效率的任务中。
用数字万用表测量电压
假设您要测量AA电池的电压。首先将黑色探针插入DMM的公共(COM)端口,然后将红色探针插入标记为电压的端口,通常标记为“VΩMA”。接下来,将万用表的拨盘转到直流电压设置。对于AA电池,将表盘设置为2V DC,这适用于便携式电子设备中使用的电池的低电压范围。
图4:测量电压
设置DMM后,将黑色探针放在电池负端子上,并将红色探针放在正端子上。万用表将在其屏幕上显示电压,该电压对于新的AA电池应接近1.5伏。
测量直流电压时,请确保将拨盘设置为直線,指示直流模式。对于AC电压,用于诸如家用接线之类的高电源应用中,建议使用非接触电压测试仪降低电击的风险。
使用数字万用表的电流测量
测量由符号“i”表示的电流,并以安培(a)为单位测量,需要仔细设置,因为电流直接流过电路。与电压测量值不同,在整个组件上连接了万用表,电流测量要求数字万用表(DMM)串聯放置在电路中。这意味着您必须修改电路,以使电流流经万用表,从而使其准确地测量流量。
首先,将DMM设置为适当的电流测量模式。这通常由表盘上的“A”表示。接下来,确定电路中可以中断电流流的合适点,例如电线连接到电阻器或其他组件。
图5:测量电流
要将DMM插入电路中,首先在所选断开点处断开电线的一端或组件的一端。然后,将DMM的黑色探针连接到您刚断开的电线的自由端。将红色探针连接到断开的另一侧,将其连接到其余部分或返回到电源的正端子。通过此设置,电流将流过DMM,从而使其可以测量整个电流通过电路。
例如,在简单电路中,DMM可能显示为0.01毫安的电流,表明电流流量低。这种直接涉及万用表在电流路径中的方法可确保精确的测量,但也需要仔细处理。
用数字万用表测量电阻
电阻以“R”为像徵,并以欧姆(ω)测量,表明材料的电流流动程度。像橡胶这样的绝缘体具有高电阻,而像金属这样的导体表现出低电阻。使用数字万用表(DMM)准确测量电阻需要仔细的设置和精确的技术。
首先,将DMM的拨盘转到电阻测量模式,通常标有“ω”符号。这准备了万用表,以评估组件对电流流量的反對量。
接下来,将万用表的探针连接到您要测试的组件。将一个探针连接到电阻器或组件的两端。确保牢固的联繫是主要的,因为任何鬆散的接觸都可以引入额外的阻力,從而導致讀數不准確。
當您測量電阻時,DMM通過將其內部電路的小,已知的電壓發送到電阻器來工作。然後,DMM測量流過電阻的結果電流。使用歐姆定律(V = ir),萬用表通過將電壓除以電流來計算電阻。例如,如果DMM讀取0.330kΩ(或330Ω),則告訴您電阻器與電流流動的相反。
图6:用DMM测量电阻
DMM的显示器直接读取电阻值,从而可以验证组件是否正常运行或识别电子设备中的故障问题。一致且准确的读数对于检查组件的完整性或电子设备中的故障排除问题等任务有效。
电阻测量的准确性取决于DMM的质量及其内部电压源的稳定性。该电压中的波动会导致读数中的V ariat離子。因此,必须使用高质量的,精心校准的万用表才能获得可靠的結果。
使用数字万用表检查电导率
使用数字万用表(DMM)进行电导率测试是验证电连接的必要方法。该过程称为连续性测试,通过测量电阻来检查两个点之间的电路。低电阻表明良好的电导率,通常会触发万用表中的可听见音调。
首先,将DMM的拨盘转到连续性模式。此模式通常由二极管图標或一系列声波表示,表明万用表设置为检测连续的电路。
将DMM的探针放在要测试的两个点上。这些可能是电线的末端,组件的端子或电路板上的点。确保接觸点清潔且無氧化是主要的,因為污垢或腐蝕會干擾准确的读数。
如果万用表检测到低电阻连接(通常只有几个欧姆或更少),它将发出清晰的音调,并发出良好的电气连续性。如果沒有听到声音,則表明电路或高电阻连接的断开,这表明该路径要么不完整或故障。
各种诊断任务需要此连续性测试。例如,您可以通过将探针连接到两端来确认电线的完整性。连续的音调表明电线完好无损,而没有音调暗示断裂或故障。同样,您可以使用此测试来识别短褲,验证电路板轨迹是否正确连接,并确保没有开机电路。
用数字万用表进行电导率测试是评估电路存在的快速有效方法。但是,万用表的连续性设置的灵敏度可能会有所不同,因此我们需要事先知道数字万用表触发音调的特定阈值。了解此阈值将有助于您更准确地解释结果并确保可靠的诊断。
数字万用表的功能:电压表,电流表和欧姆表
数字电压表(DVM)- DMM的电压表函数测量电路中两个点之间的电势差。设置为此模式时,DMM使用Flash ADC,它以其速度和简单性而受到青睐。该ADC包含一系列比较器,每个比较器连接到电阻器分隔网络,该网络将输入电压压缩到可管理的水平。比较器快速将电压转换为数字信号,然后将其处理和显示。例如,如果测量1V的输入电压,则DMM会立即处理并在屏幕上显示“1V”,这反映了其提供快速准确的电压读数的能力。
数字电流表(大坝)- 在Ammeter模式下,DMM首先使用分流电阻将其转换为比例电压来测量电流。电流流过该电阻,然后由ADC定量产生的电压降。该电压显示为DMM上的电流读数。电流测量的准确性在很大程度上取决于分流电阻器的校准和ADC的精度,从而确保读数既可靠又准确。
数字欧姆表(DOM)- 设置以测量电阻时,DMM会切换为欧姆表模式。在此模式下,DMM在正在测试的电阻器上使用其内部电池施加已知电压。然后,它测量所得的电压下降,并使用欧姆定律(r = v/i)计算电阻,其中v是电阻跨电阻的电压,而我是流过的电流。该测量的准确性受内部组件质量和DMM校准的影响,因此需要它才能使其具有可靠的电阻读数。
DMM的每种模式都使用特定的内部配置和组件来确保您要测量电压,电流或电阻,以确保精確和立即反馈。将多个测量功能集成到一个设备中,不仅简化了电气测试的过程,而且還提高了各种应用程序的效率和用户体验。DMM提供快速,准确的诊断能力使其成为使用电气系统的任何人所必需的工具。
数字万用表精度
DMM的精度通常由将测量值的一定百分比与设备全尺度范围的百分比相結合的公式定義。为了充分利用DMM并为您的需求选择合適的模型,了解影響準確性的因素以及可能影響您測量的技術方面的因素。
溫度變化可以顯著影響DMM的準確性。為了解決這個問題,現代DMM包括自動調整測量值的溫度補償特徵,以說明環境條件下的波動。這種調整通常由溫度係數指定,通常給出為±(讀取 + ppm的ppm範圍)/°C。該係數表明隨著溫度的變化,測量的潛在偏差。通過理解和考慮此規範,您可以確保在不同的工作環境中保持一致和準確。
DMM中的分辨率是指其檢測和顯示輸入信號中最小變化的能力。分辨率通常以數字表示,例如3½位數顯示,其中“半數”表示A'1'或'0',允許最大可顯示的值為1999。較高的分辨率意味著DMM可以檢測較小的更改在測量值中,導致更精確的測量值。例如,具有較高分辨率的DMM可以區分信號中非常輕微的V ariat離子,從而提供更詳細和準確的數據。
掌握数字万用表的使用
数字万用表(DMM)是從專業人士到業餘愛好者的電子產品的任何人的必不可少的工具。它們將電壓表,電流表和歐姆表的功能組合到單個設備中,使它們用於多種任務。要有效,安全地使用DMM,了解其基本組件以及如何正確操作它們是主要的。
图7:DMM组件
屏幕:屏幕显示测量值,使您可以快速评估电压,电流或电阻值。
按钮:这些按钮可帮助您浏览DMM的功能。例如,您可以使用它们在屏幕上保存阅读或选择特定的测量模式。
拨号/开关:旋转表盘最大的是DMM的操作。它允许您在不同的测量模式(例如电压,电流和电阻)之间切换,并选择适当的范围。您还可以将DMM设置为自动范围,在该范围内它会自动选择最适合测量的范围。
插孔:DMM通常有三个用于连接测试引线的插孔:
- COM(common):这是您始终连接黑线的地面或负插孔。
- VΩMA:该插孔用于测量电压,电阻和小电流。红线在这里连接以进行大多数测量。
- 10A:该插孔专门用于测量最多10安培的大流水流。当电流超过VΩMA插孔的容量时,您可以将红色引线连接起来。
结论
数字万用表通过其多功能功能和复杂内部体系结构,体现了电气测量工具中准确性和效率的整合。本文精心概述了DMM的各个操作方面,包括其精确的类似数字的转换过程,针对电压,电流和电阻的详细测量技术,以及S-省回的AR ADC等内部组件的需求作用。此外,它强调了环境因素对DMM性能的影响以及提高其准确性和可用性的技术进步。DMM不仅简化了电气测试的过程,而且可以显著提高不同应用程序的效率和用户体验。它提供快速,精确诊断的能力使数字万用表成为处理电子和电气系统的专业人员工具包中所需的工具。随着技术的发展,DMM继续适应,提供更多功能和更高的精度,从而在日益电动的世界中仍然是必不可少的设备。