【经验】数字万用表测量不同类型信号的使用方法

2022-08-07 Keysight
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自1820年代电流计(一种用于测量电压和电阻的模拟指针式显示器)发明以来,万用表已经走过了漫长的道路。数字万用表(DMMs)在1950年代开始取代模拟万用表,因为它们具有准确性和自动量程、数据记录等额外功能。本文KEYSIGHT将主要介绍数字万用表及其测量不同类型信号的使用方法、

 

什么是数字万用表?

万用表是一种测量仪表,可进行多种类型的测量,例如交流(AC)或直流(DC)电压、交流或直流电流、电阻、温度、电容和其他参数。现代数字万用表(DMM)使用数字和逻辑技术在其内部系统中实现许多功能的小型化和启用。借助数字技术,万用表提供图形显示、执行数据记录和信号数字化功能、提供可编程性并与外部设备通信。

图1.从左至右,HP3406A模拟电压表、HP 2401C数字电压表和Keysight 34470数字万用表


如何使用数字万用表

现代数字万用表用途广泛,可以进行多种类型的测量并提供图形输出显示,例如趋势和统计图表。数字万用表是可编程的,可以与外部计算机通信以进行后期分析工作。值得注意的是,它们将许多功能打包到一个小型台式盒子中,通常不超过一本书的大小。便携式手持式数字万用表更小、更轻,并且由电池供电。

图2.数字万用表的简化工作原理


图2中的框图显示了一个典型的数字万用表,其中输入信号AC或DC电压、AC或DC电流、电阻、温度或任何其他参数被转换为直流电压(在内部模数转换器(ADC)范围内)。然后,ADC将预先标定的直流电压转换为其等效的数字数值,这些数字数值将显示在显示单元上。

 

数字控制器模块由微控制器或微处理器实现,管理仪器内的信息流。该模块将协调所有内部功能并将信息传输到外部设备,例如打印机、便携式计算机或其他测试仪器。在某些手持式万用表的情况下,其中一些模块可以在超大规模集成电路中实现,其中ADC和显示驱动器出现在同一集成电路中。

 

尽管ADC是仪器中的关键元件,但要充分了解DMM的工作原理,您需要了解ADC周围的其他一些功能。图3显示了数字万用表中ADC采样采集过程的简化操作流程。

图3.数字万用表ADC周围的操作流程图


尽管ADC将进行多次采样,但整个数字万用表不会显示或返回它所采集的每个样本。相反,ADC对样本使用缓冲和平均策略来实现高精度和分辨率。这种策略有助于克服轻微变化的影响,例如电源线噪声和其他环境噪声。


您的数字万用表的性能取决于它处理来自外来因素的噪声以及将其从真实测量中消除的能力-这是实现最高准确度水平的基本要素。


数字万用表能够进行各种测量。以下是一些关于如何探测和有效测量不同类型信号的常见示例。

 

1.测量电压

测量电压是使用DMM进行的最简单的测量之一。将探头放在要测量电压的两个点上。

图4.测量电阻两端的电压


几乎所有数字万用表都具有自动极性功能,因此通常无需担心探头的连接方式。但是,最佳做法是将公共(COM)连接(通常是负连接)连接到较低电压、机壳或零伏线路。

 

2.测量电流

使用数字万用表很容易进行电压测量,但使用它来测量电流更具挑战性。用数字万用表测量电流时,将其与电路串联,这样电流就会流过数字万用表。

图5.与电路串联测量电流


数字万用表有一个内置的分流电阻来测量电流。但是,如果电流对于DMM来说太高,您将需要不同的设置。解决方案是将数字万用表与可以处理所需额定功率的精确外部电流分流电阻器并联。您可以测量外部分流电阻器上的电压,然后使用欧姆定律计算电流。

 

3.测量电阻

数字万用表提供两线和四线电阻测量功能。然而,这两种电阻测量技术并非同样适用于所有电阻测量应用。


两线电阻测量配置如图6所示。数字万用表通常采用恒流方法测量电阻,该方法为被测设备(DUT)提供恒定电流(Itest)并测量电压(Vm)。然后,您可以使用已知电流和测得的电压来计算电阻。

图6.两线电阻测量方法


您要测量的电阻在图6中显示为标为R的未知电阻。这种方法的一个优点是布线简单——它只使用两根电线。


所有数字万用表都通过强制直流电流通过未知电阻来测量电阻。在两线测量中,电流源在内部连接到DMM的源引线。测试导线中的任何电阻都会显示为读数错误。当施加电流时,测量样品两端产生的电压,然后使用欧姆定律计算R,R=V/I。如果不消除布线电阻误差,未知电阻器R测量值会出现误差。


如果您在测量点使用“math null”,您将能够减少测量中的布线电阻误差Rlead

图7.四线电阻测量方法


图7显示了从测试仪器引出的四线引线。四线引线由一对电流源线和一对并联的电压检测线组成-它们连接到R或DUT。与两线测量方法类似,电流源线沿HI和LO引线在R两端产生电压降。然而,第二对引线与电流源引线分开,形成一个直流电压回路,用于测量R两端的电压降。第二对电压感应引线是HIsense和LOsense。由于DMM的电阻很高,在10M欧左右,引线电阻对测量影响不大。由于Rlead可以忽略不计且独立于当前源Itest,因此您有:

其中VR是电阻器R或DUT两端的电压,仪表测量电压为Vm

因此,您可以比使用两线测量方法更准确地确定电阻值。


4.测量电容

数字万用表通过施加已知电流对电容器充电并使用电阻器对其放电来进行电容测量。电容是通过测量充电/放电周期期间电压-时间响应曲线的不同点处的电压(DC)变化并使用算法计算电容来测量的。

图8.直接用探头连接电容测量


为提高小值电容的测量精度,请在探头开路的情况下按“Null”按钮,减去万用表和探头的剩余电容。


5.测量温度

现代数字万用表可以用作温度数据记录器。例如,许多数字万用表可以和电阻温度检测器(RTD)、热敏电阻或热电偶传感器连接使用。


为了获得更好的精度,请使用RTD或热敏电阻传感器。要测量更极端的温度范围,请使用热电偶传感器,因为它们的温度范围更广。

图9.温度传感器的类型


6.测量二极管

典型的台式数字万用表对二极管进行直接正向偏置测量,如图10所示。数字万用表通常会提供1mA电流并测量二极管两端的电压降。

图10.直接用探头连接二极管测量


使用此测试功能检查二极管、晶体管、可控硅整流器(SCR)和其他半导体器件。一个好的二极管只允许电流在一个方向流动。该测试通过半导体结提供电流,然后测量结的电压降。典型的结压降为0.3V至0.8V。


7.执行通路检查

使用DMM进行通路检查将有助于检测电路或器件中的电气短路。通路检查测量输入探头两点之间的电阻。通常,如果测得的电阻值小于或等于10Ω,则是发生电气短路。数字万用表会发出持续的蜂鸣声,直到您正在测量的电路不再短路。有时,数字万用表可能会在通路检查期间发出间歇性的哔哔声,表示间歇性电气短路。

 

8.测量振荡信号的频率或周期

现代数字万用表还具有频率或周期测量功能。此功能通常测量交流信号或任何类型的周期信号的频率。通常,它测量电机旋转的速度,您测量的频率变为每分钟转数(RPM)。

 

典型的数字万用表规格是什么?

典型的数字万用表有多种规格。但您需要考虑的关键规格是准确度、灵敏度和分辨率。

 

准确度

精度表示给定测量的不确定性,因为来自DMM的读数可能与信号的实际值不同。准确性是衡量这些数字有多好,或者你可以信任它们的程度。以下是您可以从大多数DMM数据表中获取的一些常见表达式:

±(读数的百分比+范围的百分比)

±(读数的ppm+范围的ppm),其中ppm是百万分之一

 

灵敏度

灵敏度是测量功能的给定参数下,仪器可以检测到并对终端用户有意义的最小单位。

 

分辨率

分辨率是数字万用表上可测量的详细程度或有效位数。分辨率可以用位、数字或绝对单位表示,它们可以相互关联。



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系列,E3640A,DSOXBODE,AC6800B,N2874A,EDU33211A,RP7942A,6002A,BN9963B,E3600,S054A,1000 X,U7106N,E36313A,DAQM900A,L2060 X,U9422B SPDT,DSOX,U7106F,U7106E,N8756A,DSOX2MSO,J7204B,N8732A,E36150A 系列,N8950A,U3851A,EXR058A,RP7941A,AC6801B,10070D,P9384B,D4000AUTB,N2752A,EDU33210A,RP7953A,BN9962B,DAQM902A,U2761A,34980A,E36300A,E36312A,N6782A,DAQM901A,U2020 X,E36106B,53220A,N8757A,AC6900 系列,N8733A,D3000PWRB,N8951A,N9952B,RP7952A,N9952A,U7108B,U7108A,P9242A,P9375B,U7108C,P9240GENC,N2751A,P9375A,U9428C,E4980A,U9428B,6004A,33500B 系列,U9428A,N7971A,ENA 系列,D4000AERB,53132A,EXG X,N6785A,B2980B,N6773A,N6761A,N8754A,N8742A,RP7963A,N9953B,RP7951A,EDU33210 系列,N7970A,EDU33212A,P9241A,P938XB,N2750A,N2871A,53230A,N8700,U3810 系列,U9424A SP4T,DSOXT3MSO,S804A,L2050 X,J7201C,J7201B,N6784A,N8755A,J7201A,N8731A,N2870A,8495D,N2797A,N9934B,N2894A,N5770A,8495B,34420A,N70412A,N7973A,E3647A,6000X 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型号- U8480,B2911A,U1272A,N8926A,34460A,N7040A,U8000,N9340B,53140,N5742A,N5766A,34905A,N9918A,N6735B,N8480,N5743A,N5767A,N1914A,3024T,3012T,U1273A,34904A,N6746B,N6734B,U3800,U1282A,N8948A,34470A,N7042A,N1913A,N5744A,N5768A,34903A,N8924A,N9916A,N9928A,34939A,N6701C,N8949A,U1271A,N8925A,N8937A,N7041A,N1912A,N9000B,N5745A,N5769A,N2819A,3022T,3034T,N6700C,34902A,N9917A,34938A,N6736B,U1600,8491A,DSOX1102G,DSOX1102A,N9320B,P-SERIES,33509B,N7020A,N1911A,N9344C,N5746A,N3302A,N2818A,34901A,34937A,U1701B,82357B,U1273AX,U2802A,N5181B,N2142A,U1281A,B2902A,4024A,N5747A,N3303A,8490G,N2805A,3032T,N6702C,U1700,N6705C,N8928A,N9342C,33519B,B2901A,N3304A,N5748A,34947A,N2804A,N8929A,N5171B,N9343C,N2140A,X-SERIES,B2912A,N3305A,U8903B,N5749A,4022A,34934A,4034A,34946A,8480D,3054T,U2702A,N3306A,U1733C,U1210,U2300,N5700,34945A,3458A,TU1453A,U2701A,B2962A,1146B,N3307A,1147B,N7026A,33600A,33612A,B2961A,N9322C,N9310A,U1731C,2002A,53200,2014A,3104T,U1610A,U2723A,33611A,2004A,U1732C,J7205A,34942A,U3606B,53210A,J7205B,U2722A,N1810UL,33622A,3102T,34941A,N8760A,2012A,2024A,U2500,U1620A,33512B,33500B,33621A,N1810TL,3004A,N6700,N6705,N8761A,N2821A,33511B,N3300,4104A,2022A,N2820A,U2600,33510B,33522B,3014T,N2843A,E36100B,33521B,N9962A,87106D,AC6804B,E4982A,DAQM905A,34950A-34959A,N6750,N9950A,N8740A,E36103B,U2020,EDUX1002A,N9951A,33520B,N7007A,83050A,N2962A,53131A,P9243A,E4981A,U2741A,34972A,E36102B,J7211B,J7211A,J7211C,E36320A,N8741A,AC6802B,DAQM903A,U1270,N9960A,E36311A,N8762A,E36105B,N6781A,U2000,E3641A,EDUX1002G,N2863B,AC6803B,DAQM904A,N8900,U1280,84904L,U2751A,34970A,N9961A,B2900,E36104B,E3640A,AC6800B,N2862B,6002A,E3600,E-SERIES,E36313A,DAQM900A,U1250,U5850,N8756A,N8732A,N8950A,AC6801B,10070D,DAQM902A,U2761A,34980A,E36300A,E36312A,N6782A,DAQM901A,E36106B,53220A,N8757A,87222D,N8733A,N8951A,87222E,N9952A,87104D,P9242A,E4980A,6004A,53132A,N6785A,N6773A,U1452A,B2980A,N6761A,N8754A,N8742A,P9241A,N2871A,53230A,N8700,N4985A-S50,U1240,N6784A,E4981A-001,E4981A-002,N8755A,U1453A,N8731A,N2870A,8495D,N2797A,87405B,N2894A,N5770A,8495B,87405C,34420A,E3647A,10833F,34921A-25A,10833G,10833A,10833B,4154A,10833C,10833D,N6775A,U1450A,N8736A,N6763A,U1232A,N8954A,N6751A,N8930A,N7550,N9923A,N2796A,N9935A,N2893A,N5771A,E36100,E3646A,6811C,N4985A-S30,4032A,N8737A,N6786A,N6774A,N8943A,N6762A,E5063A,10834A,N8955A,U1451A,8494G,N8931A,E3634A,U1233A,3052T,N2783B,P9371A,N2795A,N5772A,6813C,E3649A,6800C,6812C,N6753A,N8758A,U1460A,N6741B,U1242C,N8734A,U1242B,N8952A,N6777A,N8940A,N6765A,P9370A,N2891A,N2782B,EPM SERIES,53181A,N5761A,34931A-33A,34465A,E3648A,4054A,N8759A,N6764A,U1231A,U1461A,N6752A,E9320,83020A,N8735A,N8941A,N6776A,N2793A,DAQ970A,N2890A,L2060,N2781B,U1240C,N9914A,82350C,N5750A,N5762A,U2063,E5810B,N8934A,N6743B,N9926A,P1912A,N8946A,N6731B,N9938A,U1252B,E3643A,E3631A,N6755A,14585A,N2792A,N2780B,U1241C,N5763A,E4980AL,N5751A,E36300,E9300,N8923A,N9915A,N8935A,N6742B,N9927A,E3630A,U1241B,4052A,U1253B,E3642A,N6766A,34908A,N6754A,N2791A,N9912A,N8738A,N9936A,U1190,U2040,N5752A,N5764A,34450A,DAQM907A,N8932A,N8944A,34907A,N8920A,E3645A,N6745B,E3633A,N6733B,L2050,N2790A,U1251B,N8739A,N9913A,N9925A,N5741A,DAQM908A,N5765A,34461A,U2053,N8945A,N6732B,N9937A,N8957A,N8921A,E3632A,E3620A,N6756A,E3644A,N6744B

选型指南  -  KEYSIGHT  - November 2018 PDF 英文 下载

数字万用表的使用方法

万用表是一种多功能、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、电阻和音频电平等,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(如β)。您可以找到以下数字万用表的使用方法。

技术探讨    发布时间 : 2024-05-28

用户指南  -  KEYSIGHT  - 2008年7月 PDF 中文 下载

【选型】Keysight(是德科技)通用及基础测量仪器样本

目录- 示波器和探头    数字万用表    数字采集和开关    频率计数器、函数和任意波形发生器    电源    射频仪表   

型号- U1272A,34460A,34133A,53140,N5742A,N5766A,E4980ALU-050,N2919A,N576XA,N5439A,6644A,661XC-220,54600S,34905A,3446MEMU,3000X,U2700,N674XB,34132A,34132B,53150,N5743A,53151,N5767A,661XC-OL2,664XA,3024T,N2918A,6621A,3000T,53152,6645A,N2918B,N9310A-1CM,661XC-230,U1273A,34904A,U1620,E364XA-1CM,N6746B,3000X,DSOXGPIB,N8948A,1000,34131A,DSOX4AUTO,N5744A,N5768A,N2917B,6622A,N3300A,8120-4383,TPS://WWW.SEKORM.COM/WEB/SEARCH/KEYWORDN2801A,34903A,663XB-0B3,DSOX4SENSOR,N8900A,66102A,N6701A,E5387A,66000,U1271A,N8949A,66002A 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选型指南  -  KEYSIGHT  - 2015  - 2015年06月10日 PDF 中文 下载

数据手册  -  KEYSIGHT  - February 4, 2014 PDF 中文 下载

专题合辑    发布时间 : 2017-07-10

测试报告  -  KEYSIGHT  - March 18, 2021 PDF 英文 下载

【产品】具有5½位分辨率的数字万用表EDU34450A,可测量11种输入信号

Keysight EDU34450A是专为台式应用设计的现代化数字万用表(DMM),可以测量各种输入信号。它具有5½位分辨率和最高110个读数/秒的测量速率,适用于快速测试。它还内置最多5000个数据存储器,可以执行长时间数据记录任务。

新产品    发布时间 : 2022-01-13

Keysight(是德科技) 34460A/61A/65A/70A数字万用表数据手册

型号- 34400A,34461A/GPB/220,34465A,34460A,34461A/220,34470A,34461A-100,34461A

数据手册  -  KEYSIGHT  - 2013年06月25日 PDF 中文 下载

商品及供应商介绍  -  KEYSIGHT  - June 8, 2022 PDF 英文 下载

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配备KEYSIGHT网络分析仪,可测量无线充电系统发射机/接收机线圈的阻抗,电感L、电阻R、电感C以及品质因数Q,仿真不同充电负载阻抗下的无线充电传输效率。支持到场/视频直播测试,资深专家全程指导。

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