数字万用表的测量原理

时间：2018-06-06

   数字万用表通过测量选择开关的装换，即可构成电压表、电流表、欧姆表、电容笔等基本形态，分别用来测量直流电压、直流电流、交流电压、交流电流、电阻、电容等。
   1. 直流电压表
   测量直流电压时，通过测量选择开关的装换，电路构成直流电压表，如图1-56所示。3个阻值分别为1R、9R、90R的电阻构成分压器，被测电压U加在分压器的A、B两端间，A端为正，B端为负。数字表头（200mV数字电压表）仅测量取样电阻上的电压，取样电阻可以是分压器的一部分，也可以是分压器的全部。，改变取样比，即可改变量程。

   图1-56中，当数字表头输入端IN接入①端时，整个分压器都是取样电阻，取样电压UIN=U；当数字表头输入端IN接入②端时，取样电阻为1R+9R，取样电压UIN=U/10，量程扩大为10倍；当数字表头输入端IN接入③端时，取样电阻为1R，取样电压UIR=U/100，量程扩大为100倍。由于取样电压的变化倍率为10的整数倍，因此只需相应移动LCD显示屏中显示数字的小数点位置，即可直观地显示出被测电压的实际数值。取样比的改变和小数点位置的移动，由测量选择开关根据不同量程同步控制。
   2. 直流电流表
   测量直流电流时，通过测量选择开关的转换，电路构成直流电流表，如图1-57所示。取样电阻R构成电流/电压转换器，被测电流I由A端进、B端出，在取样电阻R上必然产生电压降UR，UR=IR，数字表头（200mv数字电压表）测量取样电阻上的电压降，便可间接测的电流值。改变取样电阻的大小，即可改变量程。

如图1-58所示，取样电阻由阻值分别为1R、9R、90R的电阻构成，当被测电流输入端A和数字表头输入端IN接入①端时，取样电阻R1=90R+9R+1R=100R,当被测电流输入端A和数字表头输入端IN接入②端时，取样电阻R2=9R+1R=10R,缩小为R1的1/10，要获得相同的电压降，电流必须增大10倍，即量程扩大10倍。当被测电流输入端A和数字表头输入端IN接入③端时，取样电阻R3=1R,缩小为R1的1/100，量程扩大100倍。由于取样电阻的变化率为10的整数倍，因此只需相应移动LCD显示屏中显示数字的小数点位置，即可直观地显示出被测电流的实际数值。取样电阻的改变和小数点位置的移动，由测量选择开关根据不同量程同步控制。

3. 交流电压表
测量交流电压时，通过测量选择开关的装换，电路构成交流电压表，如图1-59所示。交流电压挡与直流电压挡共用一个分压器，所不同的是测量交流电压时，在数字表头输入端IN与分压器之间增加了一个交流/直流转换器，将取样电阻上的交流电压装换为直流电压送入数字表头显示。交流/直流转换器同时能够将交流电压电压的峰峰值校正为有效值，因此LCD显示屏显示的读数为被测交流电压的有效值。

4. 交流电流表
测量交流电流时，通过测量选择开关的装换，电路构成交流电流表，如图1-60所示。与图1-58相比，交流电流表只是直流电流表电路

基础上增加了一个交流/直流转换器，将被测交流电流I在取样电阻上的交流电压降装换为直流电压降再送入数字表头显示。同样因为交流/直流转换器的校正作用，LCD显示屏显示的读数为被测交流电流的有效值。
5. 欧姆表
测量电阻时，通过测量选择开关的装换，电路构成欧姆表，如图1-61所示。标准电阻R0和被测电阻RX构成电阻/电压转换器，在两电阻上加一标准电压U，则R0和Rx上分别按比例产生一定的电压降。由于标准电阻R0的阻值已知，因此通过测量RX上的电压降UX即可间接测得被测电阻RX的阻值。根据数字表头中集成电路IC 7106的特性，当RX=R0时显示读数为1000，合理设计R0的取值，便可使LCD显示屏直接显示被测电阻的阻值。改变标准电阻R0的阻值，即可改变量程。

如图1-62所示，标准电阻R0包括阻值1R、9R、90R的3个电阻，当标准电压U接入③端时，R0=1R.当标准电压U接入②端时，R0=1R+9R=10R,量程扩大10倍。当标准电压U接入①端时，R0=1R+9R+90R=100R,量程扩大100倍。由于标准电阻的变化倍率为10的整数吧，因此只需相应移动LCD显示屏中显示数字的小数点位置，即可直观地显示出被测电阻的阻值。标准电阻的改变和小数点位置的移动，由测量选择开关根据不同量程同步控制。

测量电容时，通过测量选择开关的装换，电路构成电容表，如图1- 63所示。电容/电压转换器将被测电容CX转换为相应的交流电压，再由交流/直流转换器将交流电压转换为直流电压送入数字表头显示。电容/电压转换器电路原理如图1-64所示，测量信号源位400Hz正弦波信号，通过被测电容CX耦合至集成电路（IC）放大器进行放大，Uo为放大后的输出信号。IC的放大倍数A取决于反馈电阻Rf与被测电容CX的容抗之比即：