99%的工程师都不知道的万用表使用陷阱！

时间： 2023-12-01 来源：鼎阳科技（SIGLENT鼎阳知乎）

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作为基础测试仪器，“万用表”当然是用途比较多，测量电压、电流、电阻、二极管、三极管、电容等等，因此硬件工程师人手一块万用表。但是基础并不意味着简单，稍不注意，还是有可能导致错误的测量。下面鼎阳科技给大家分享一个案例。

一、测试前的理论分析

某工程师需要验证ESD器件的“最大工作电压”参数，按照规格书描述：“在ESD器件两端施加14V电压时，流过的电流值应＜0.1nA”。因为电流值很小，所以使用万用表或者示波器直接测量，仪器的量程不够。最后使用替代方法：串联大阻值电阻R，调节稳压电源输出至满足ESD器件两端电压为14V，此时测量R两端电压U，计算得到回路电流I=U/R，电路如下：

根据电流规格小于0.1nA，如果串联10Mohm电阻，理论上测量到电阻的电压值在10mV以下，就可以判断ESD器件的最大工作电压参数符合规格书。以上选择串联电阻的阻值是参照万用表电压档位的测量精度，目前测试使用的万用表的直流电压档位规格如下：

精确度以±([读数百分比]+[最低有效位个数])来标注，直流毫伏档位精度“1%+10”含义是：如果实际电路中的电压是10mV，则测量误差是±(10*1%+10*0.1)=±1.1mV，这个精度勉强可以接受。

二、测试的过程和结论

按照以上电路搭建测试环境，先调整直流稳压电源的输出电压，与此同时使用万用表跟踪测量ESD器件两端电压，当示数为14V时停止调节，以此确定器件工作电压为14V。然后测量此时电阻R两端的电压U=0.266V，通过计算I=U/R得到回路电流：

I=U/R=0.266/10^7=26.6nA

显然测试结果不符合规格书中＜0.1nA的要求，因此结论为：这个器件有质量问题。

三、测试后的排查发现矛盾

观察到此时稳压电源的输出电压显示为28V，而计算ESD器件和电阻的电压之和仅为14+0.266=14.266V，那么问题来了：在这个串联电路中，剩下的13.734V压降去哪里了？

四、万用表的电路结构及期对待测电路的影响分析

使用万用表测量电压时，表的输入电阻是和被测电路是并联的，这会降低被测电路的阻抗，所以测试得到的电压值比没有并联万用表时的实际电压值更小。当万用表内阻远大于被测电路阻抗时，这个误差几乎可以忽略，而如果两者接近，测试结果误差将会很明显。

如下是一款万用表芯片的电压档电路图，因为表头的量程仅仅是200mV，并不能满足大部分测量情况，所以使用从1Kohm到9Mohm的电阻组成了分压网络，用于拓宽万用表的量程，从200mV到1000V形成5个档位。

举个例子，如果测量15V电压，应该选择20V档位，此时分压电阻为9+0.9=9.9Mohm和90+9+1=100Kohm=0.1Mohm，所以分压比是100：1，经过分压网络最终到达表头的电压是150mV。

对于这款芯片的外围电路，不论电压表选择哪个档位，万用表接入电路的电阻始终为10Mohm，所以档位选择并不影响到表的阻抗，例如当前使用的万用表的规格书注明“所有电压档位阻抗均为10Mohm”。

但也要注意到并不是所有的万用表都是这样的设计，例如下面的另外一种电路结构：

注意到下端分压电阻为1Kohm不变，当改变电压档位的时候，上端分压电阻从9Kohm到10Mohm不等，所以对于这种设计的万用表，不同档位的测量误差也不一样：低档位电阻小，误差大；高档位电阻大，误差小。所以从减少对被测电路阻抗影响的角度出发，应该选择更大量程的档位，但选择比测量值大很多的档位，又会降低测量精度，因此需要折中做出选择。

五、测试电路参数计算

如果通过ESD器件参数电压14V、电流1nA来计算，ESD的等效电阻已经达到14Gohm，假设万用表阻抗为10Mohm，那么两者并联后阻抗几乎等于10Mohm，和电路中串联的10Mohm电阻形成接近1：1分压。

至此“13.734V压降去哪里了”的问题也可以解释了：在没有接入万用表时，除了串联电阻分压到很小的电压值，稳压电源的28V电压几乎都施加在ESD器件上，而使用万用表测量ESD器件两端电压时，ESD器件与万用表的阻抗并联，从而改变了原分压电路的参数，“ESD器件两端电压为14V”的判断是错误的。

六、如何精确测量

问题回到了如何精确测量回路电流，这需要精确测量电路中的两个参数：

（1）确定ESD器件的电压为14V

（2）测量电阻R的电压，用来计算电流

前者可以通过（电源电压-电阻R电压）获得，所以最终落到了“如何准确测量电阻R的电压”。

对于万用表如何测量大阻值，小电压的情况，应该有两个途径：

（1）提高万用表电压档的阻抗。电阻是10Mohm，假设万用表阻抗是1Gohm，那么对测试结果的影响几乎可以忽略。

（2）提高万用表电压档的精度。将原10Mohm电阻使用多个小阻值电阻替代，例如使用20个0.5Mohm串联，那么每个电阻的压降在0.5mV，如果万用表的测量精度足够高到可以精确测量0.5mV电压值，就可以通过测量每个小电阻的电压再相加，得到电阻的总压降，这是通过降低源端阻抗来降低对万用表阻抗的要求。

查看目前仪器市场主流的高端万用表产品，其中鼎阳科技的SDM3065X型6位半台式数字万用表，其200mV毫伏档位不但测量精度高，而且阻抗可以在10Mohm和10Gohm中选择，完全适合当前的测试要求，改善后的测试步骤如下：

a.将可调直流电源电压U1从14V开始逐渐调大，同时使用万用表测量电阻两端电压U2，使两者的电压差(U1-U2)等于14V，这个电压就是目前ESD的电压，记录最终的U2值。

b.断开电源，使用万用表精确测量电阻的阻值，记为R，最后I=U2/R得到结果。

结语：

万用表是调试和测量中的基础设备，但在使用过程中也要多加注意，本次案例中“万用表的阻抗对待测电路的影响”只是需要注意的问题之一，其他例如：万用表可测试的交流信号频率上限、空间电磁场产生的感应电动势干扰、接触面的热电动势引入测量误差等等，每种情况都需要注意到，特别是在测量小信号的时候，更是可能隐藏着很多陷阱，因此基础并不意味着简单，作为工程师需要时刻保留严谨的态度，注意到每一个细节。

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鼎阳科技（Siglent）通用电子测试测量仪器选型指南（简版-中文）

描述- 2002 年，鼎阳科技创始人开始专注于示波器研发，2005 年成功研制出鼎阳第一款数字示波器。历经多年发展，鼎阳产品已扩展到数字示波器、手持示波表、函数/ 任意波形发生器、频谱分析仪、矢量网络分析仪、射频/ 微波信号源、台式万用表、直流电源、电子负载等基础测试测量仪器产品，是全球极少数能够同时研发、生产、销售数字示波器、信号发生器、频谱分析仪和矢量网络分析仪四大通用电子测试测量仪器主力产品的厂家之一。

型号- SDS7604A H12,F604FS,SSU5264A,SDS7604A H10,SDS7204A H10,SDS7204A H12,SDS1000E+ 系列,SDS800X HD 系列,SMAF-SMA-26L,SDS2000X HD,SDS5104X,SDS2000 HD-RMK,SEM5012A,SEM5024A,DS2000X-E 系列,SDS1102X-C,SDS1102X-E,ZD1500,SSU5263A,HPB4010,SDS2202X PLUS,Y504FS,F603FE,SDS2352X PLUS,CP6500,SDM3000,SSG3021X,SDG6022X-E,SDL1030X,SAP2500,SDG6012X-E,UKITSSA3X,SDS6034 H10 PRO,SDS6058 H12 PRO,ASP-18,SDS1000X-C,SVA1000X 系列,SDS6000-RMK,SDS1000X-E,SEM5034A,SEM5022A,SDG7102A,SSG3032X,SDG2082X,SCD30A,SDG6000X-E,SDG6000X,SDS824X HD,SDL1020X-E,SSA3000X-R,12V_AP_4A,SSG3000X 系列,SSA-RMK,SDS1052A,SSA5083A,SDS2502X PLUS,SDL1020X-C,SDS2354X PLUS,SDS1122E+,SSG5000X,SNA5082X,SDS800X HD,SDS3034X HD,SPS5000X,SEM5004A,SSM5142A,SDS6208 H12 PRO,SPD1305X,SNA-TB01,FX-USB2,SDS6058L H12,SDS6058L H10,SDS1102DL+,BAG-H2,SAP5000D,DPB1300,SCP5030A,SSA1000X,SPS6225X,SSU5262A,SNA5084X,SSG-RMK,SDG6032X-E,N-BNC-2L,SHN900A 系列,SSM5144A,SDS6000 PRO,SHA850A 系列,SDM3055,SEM5014A,SEM5002A,SDL1030X-C,SSU5261A,SP2035A,SSG5000A,SDL1030X-E,SPS5000X-RMK,SDS1072A,10V8_BAT,V26-N35MN35F-25IN,SSA3032X-R,SDS1104X HD,SDS6104 H10 PRO,SDG810,SDG7000A 系列,F603ME,SHA861A,DPB5150,SDS6054L H10,SDS6054L H12,SDS1000X HD,SDS1000F+,SDG7000A,SHA860A,SAP1000,USB-GPIB,SDS5000X,SDS1000E+,SDG830,SSG3021X-IQE,SDS6204L H12,SDG1000X PLUS,F503FE,SDS6204L H10,Y504MS,SHA851A,ADP-26,SAP2500D,SDS6034 H12 PRO,SDS822X HD,SNA5052X,SVA1000X,SSA1015X-C,SDS2000X PLUS 系列,SDS6054 H12 PRO,SDS2102X PLUS,SDS1104X-E,SNA6032A,SDS1104X-C,ANT-GPS1,SHA862A,SHA850A,SPD3000 系列,SDG6052X,N-N-6L,SDS6000L 系列,SDS1104X-U,SDS1202F+,CP4020,F504FS,SDG1062X PLUS,SDS5034X,SPD1305X-C,SDS3104X HD,SDS1000F+ 系列,SRF5030T,SNA6132A,SSA3000X-R 系列,SDS2504X HD,SDM3000 系列,SNA5054X,PB925,SLA1016,SDS6104 H12 PRO,SDS2204X HD,2.92F-2.92F-40A,SDG-RMK,N-N-18L,SNA6024A,SPL2016,FX-ETH,SDS2354X HD,SNA6034A,SNA6022A,SDG-2-RMK,SHA852A,ADP-18,SDS6000L,F504MS,SDS802X HD,SDS6204 H12 PRO,SHS1102X,SVA1015X,SSA5085A,SDS1072X HD,SPD3303X-C,SDS6104L H12,SNA6122A,SPD3303X-E,SDS6104L H10,SPD4121X,SPD4000X,DPB4080,NSD28,SNA5032A,F604MS,SHS1202X,SCP5500,SPD3000,SDS1102X HD,SSG3000X,SPS5000X 系列,SDG800,SNA6000A,SDS7000A 系列,SDG6032X,SDS5054X,SDS1202X HD,SDS3054X HD,SPD1000X 系列,SNA6134A,SDS2204X PLUS,SDS7404A H12,SDS7404A H10,F505TS,SDS7804A H10,SIGIQPRO,ANT-DA1,SDS7804A H12,SDG2122X,SSG5060X,SDS1000L 系列,SDS7000A,DPB5150A,BAG-S2,SDS5000X-RMK,SDM3065X,SNA5022A,SDM3055X-E,SDS2000X PLUS,SSA5000A,BAG-S1,SDS6054 H10 PRO,SDG7052A,SSM5324A,SPS5084X,SSA3032X PLUS,SDG1032X,RB3X25,SSA3075X-C,SDS2000X-RMK,SDS6108L H10,SDM4000A,FX-AMETH,SDG2000X,SHA860A 系列,SSG3032X-IQE,SVA1075X,SSG5085A,SDS2104X PLUS,SDS6108L H12,SNA6124A,SPS5085X,SNA5000X,SPD1168X,SDS2074X PLUS,CP6030,V26-N35FA35F-25IN,SHS810X,SSA3075X-R,SNA5000A,CP6150,SDG1022X,SHN914A,SHN926A,SSA1000X 系列,PB470,SSU5501A,SP5050A,SDS1000X-C 系列,SHN900A,SDM4065A-SC,SDS1000A 系列,SHS820X,SNA6000A 系列,SSA3000X PLUS 系列,SSG5083A,SPD1000X,STB3,SPS5051X,F503ME,SSG6087A,SDS6108 H12 PRO,SDS1102CNL+,SDG6000X 系列,N-SMA-6L,SSA3050X-R,SSA3000X PLUS,SHS800X,CP4070,CPL5100,SDS6204 H10 PRO,SDG1000X,SDS1204X HD,SDG7032A,SDS5000X 系列,SPS6000X 系列,SDL1000X-E 系列,F604TS,SPS5081X,F604TY,SSG6085A,SDS814X HD,SPD4323X,SDS1X-E-RMK,F504TS,CP4050,SVA1032X,SPA1010,SHS1000X,SDS804X HD,SPS5082X,SP2035,SDS2102X-E,SDS1074X HD,SHN920A,SDS1102A,DS2000X-E,SDS1202X-E,SDS1202X-C,SSG5000X 系列,SSG6083A,SPS5083X,SDS6000 PRO 系列,SSU5183A,SDS7304A H10,SDS2504X PLUS,SDS7304A H12,SPS5044X,SSM5122A,SDS3000X HD,SSG6000A,SPS5165X,SSU5182A,SDS1072X-E,SDS2202X-E,SHS800X 系列,SPS6000X,SPS5045X,SAG1021I,SNA5000A 系列,SDL1000X 系列,SDL1000X,DPB5700,SPD1168X-C,SP3050A,SCP5030,SDM4065A,SCP5150,SDS2352X-E,DF2001A,SSM5342A,SSG5040X-V,PP215,SSM5124A,SMA-SMA-18L,SDG1062X,SDL1000X-E,SDS1202DL+,SSU5184A,SSG6000A-RMK,SSA3075X PLUS,SPD4000X-RMK,SDG2042X,SDS6058 H10 PRO,SDS1000A,SDG1022X PLUS,SDS1000X HD 系列,SDS1000L,SDL1020X,CP4070A,SSG5040X,DPB5700A,SNA5000X 系列,SPS5161X,SDS2072X PLUS,PP510,SSM5344A,SEM5032A,SSU5503A,SP3150A,SDS1000X-E 系列,SDS3000X HD 系列,SHS1072X,SPS5162X,ASP-26,SSG5060X-V,SDM4000A 系列,SDG1032X PLUS,SPD4000X 系列,SDS1204X-E,KWR42A,SPD3000-RMK,SDS1204X-C,SHS807X,SDS6208 H10 PRO,SSU5502A,SPS5041X,N-SMA-18L,SSU5181A,SSA3021X PLUS,SHS1000X 系列,SDS2000X HD 系列,SPD3303X,SPS5163X,SSA3015X PLUS,SDS1152A,SSM5322A,SDS812X HD,SMA-SMA-26L,SYN64,SPS5042X,ANT-DA11,SDS6208L H12,SDS6108 H10 PRO,SDS6208L H10,ANT-DA13,ANT-DA12,CP6030A,SDS1074X-E,SDG6052X-E,SPS5164X,SPD3303C,SPD4306X,SSU5504A,SPS5043X

2024-06 - 鼎阳科技 - 选型指南代理服务技术支持采购服务

SDM4055A 系列数字万用表数据手册

描述- SDM4055A系列数字万用表是一款高精度、多功能、自动测量的产品，适用于科研教育、研发机构、检测维修、校准和自动化生产测试等领域。该系列具备5½位读数分辨率，支持多种测量功能，包括基本测量、数学运算、记录仪功能等，并具备触摸屏和真彩TFT-LCD大屏显示。

型号- SDM4055A,SDM4055A-SC,SDM4055A 系列

2024/9/30 - 鼎阳科技 - 数据手册代理服务技术支持采购服务

【仪器】超高速！鼎阳科技发布SDM4000A六位半数字万用表，6½位读数分辨率，最高可实现50000读数/秒

2024年1月10日，鼎阳科技发布SDM4000A系列高速六位半万用表，其拥有2200000的计数值，50k rdgs/s的读数速率，20μs的最小采样间隔，涵盖了11种测量项并搭载触摸屏及全新UI，提升测量效率助力产线自动化。

2024-01-11 - 产品代理服务技术支持采购服务

SDM4055A 系列数字万用表用户手册

描述- SDM4055A系列数字万用表用户手册详细介绍了该产品的使用方法、功能配置和操作步骤。手册涵盖了安全注意事项、产品简介、快速入门、前面板操作、基本测量功能、辅助系统功能、触发和采样、数学运算功能、显示模式、帮助系统等内容，旨在帮助用户全面了解和掌握SDM4055A系列数字万用表的使用。

型号- SDM4055A,SDM4055A-SC,SDM4055A 系列

2024/10/14 - 鼎阳科技 - 用户指南代理服务技术支持采购服务

【仪器】鼎阳科技发布SDM4000A系列五位半/六位半数字万用表，拥有最高50000rdgs/s读数速率

2024年10月30日，鼎阳科技发布了SDM4055A五位半高速数字万用表，至此SDM4000A系列具有五位半和六位半两种分辨率。此系列拥有最高50000rdgs/s的读数速率，涵盖11种测量项，6种数学运算功能，并搭载5英寸触摸屏及全新UI设计。在追求准确高效的测试环境中，SDM4000A系列万用表能显著提升产品的测试效率，从而使得自动化产线实现更高的效益。

2024-10-31 - 产品代理服务技术支持采购服务

我是X-man | SIGLENT宣布发布两款新的X系列仪器

描述- SIGLENT Technologies发布两款新X系列仪器：SDS1000X-E系列超荧光示波器和SDM3065X数字万用表。SDS1000X-E系列示波器具备1 GSa/s采样率、高达400,000 wfm/s的波形捕获率、14 Mpts的记录长度，支持256级亮度分级和色温显示。此外，该系列还具备高级FFT功能，支持IIC、SPI、UART/RS232、LIN、CAN等串行总线协议的触发解码。SDM3065X数字万用表提供多种测量功能，包括电压、电流、电阻等。两款产品均以性价比高著称。

型号- SDM3065X,SDS1000X-E SERIES,X-SERIES,SDS1000X-E

April 25, 2017 - 鼎阳科技 - 用户指南代理服务技术支持采购服务查看更多版本

我是X-man | SIGLENT宣布发布两款新的X系列仪器

描述- SIGLENT Technologies宣布推出两款新的X系列仪器：SDS1000X-E系列超荧光示波器和SDM3065X数字万用表。SDS1000X-E系列示波器具备强大的功能，包括1 GSa/s采样率、高达400,000 wfm/s的波形捕获率、14 Mpts的记录长度，并支持256级亮度分级和色温显示。此外，该系列还具备高级数据分析和处理功能，以及串行触发解码功能，支持多种串行总线协议。SDM3065X数字万用表的具体信息未在文中提及。

型号- SDM3065X,SDS1000X,X-SERIES,SDS1000X-E

April 25, 2017 - 鼎阳科技 - 商品及供应商介绍代理服务技术支持采购服务

我是X-man | SIGLENT宣布发布两款新的X系列仪器

描述- SIGLENT Technologies宣布推出两款新的X系列仪器：SDS1000X-E系列超荧光示波器和SDM3065X数字万用表。SDS1000X-E系列示波器具备强大的功能，包括1 GSa/s采样率、高达400,000 wfm/s的波形捕获率、14 Mpts的记录长度，并支持256级亮度分级和色温显示。该系列还具备高级数据分析和处理功能，包括1百万点FFT迹线显示。SDM3065X数字万用表则提供标准功能，包括串行触发解码，支持IIC、SPI、UART/RS232、LIN、CAN等串行总线协议。

型号- SDM3065X,SDS1000X,DS1000X-E S,SDS1000X-E

April 25, 2017 - 鼎阳科技 - 用户指南代理服务技术支持采购服务

SDM4000A 系列数字万用表编程手册

描述- 本资料为SDM4000A系列数字万用表的编程手册，详细介绍了SCPI（可编程仪器的标准命令）语言的使用方法。手册涵盖了SCPI语言简介、语法惯例、命令分隔符、使用MIN、MAX和DEF参数、查询参数设置、IEEE-488.2通用命令、SCPI参数类型等内容。此外，还详细介绍了CALCULATE、CONFIGURE、DATA、MEASURE、MMEMORY、SENSE、SYSTEM、TRIGGER、ROUTE等子系统的编程命令及其使用方法。

型号- SDM4000A 系列,SDM4000A

2024/10/11 - 鼎阳科技 - 用户指南代理服务技术支持采购服务

【产品】6½位数字万用表SDM3065X/SDM3065X-SC，16路通道数据采集（12个多功能通道+4个电流通道）

鼎阳科技推出的SDM3065X/SDM3065X-SC数字万用表，6½ 位读数分辨率（2,200,000 count），具有多功能测量，双显示功能，支持二极管测试，连通性测试。

2019-12-13 - 新产品代理服务技术支持采购服务

【仪器】高速测量！鼎阳科技发布SDM4000A系列五、六位半数字万用表，助力自动化产线实现更高效益

2024年10月30日，鼎阳科技发布了SDM4055A五位半高速数字万用表，至此SDM4000A系列具有六位半和五位半两种分辨率。此系列拥有最高50000rdgs/s的读数速率，涵盖11种测量项，6种数学运算功能，并搭载5英寸触摸屏及全新UI设计。在追求准确高效的测试环境中，SDM4000A系列万用表能显著提升产品的测试效率，从而使得自动化产线实现更高的效益。

2024-11-01 - 产品代理服务技术支持采购服务