數字多用表技術指南

數字多用表（Digital Multimeters，簡稱 DMM）用于將模擬信號轉換為數字信息。一般來講，數字多用表*少應有這5種功能，即直流電壓、交流電壓、直流電流、交流電流和電阻。雖然技術指標各不相同，但大多數數字表都具有圖1的結構框圖。
模數轉換
模數轉換器（A/D Converter）作為數字表的核心部分，實現將模擬信號轉換為數字信號的功能，直接影響儀器的關鍵特性，如讀數速率、線性、分辨率、串模抑制比和精度。數字信號可用于前面板顯示測量結果，或者通過接口（GPIB、RS-233、USB或Ethernet）傳輸給計算機作進一步的分析處理。
分辨率
分辨率（Resolution）定義為*小可檢測到的信號變化量與滿量程之比。例如，一臺儀表滿量程時顯示為19,999，而其*小可檢測到的變化為±1個末位字，那么分辨率則為 1/19999或0.005%。
分辨率也經常表述為一個整數加一個分數的形式，如5?（五位半）。整數表示能顯示 0-9全部數字的位數，分數表示*高位能顯示一個或多個非零數字，如0,1,2。
靈敏度
靈敏度（Sensitivity）與分辨率相似，也表示儀器可檢測到*小的輸入信號變化量。不同的是，靈敏度不與滿量程相比較，表示為某功能*小量程下的*小變化量（有單位）。例如，一臺7?數字表，*小量程為200mV，其靈敏度為10nV。
準確度
準確度（Accuracy）表示為兩部分，±（讀數的％＋量程的％）或（讀數的ppm＋量程的ppm）。由計算公式可見，在某一量程內越接近零的地方，與量程相關部分的貢獻對準確度的影響越大。而接近滿量程的地方，讀數項對準確度的影響會越大。在接近滿量程附近準確度應*佳。
一般來說，準確度與這些條件有關，包括 ±1℃、±5℃工作環境溫度，24小時、90天或1年的校準周期。準確度可以通過控制環境溫度和選擇更短的校準周期來改善。圖2示例了一個準確度的變化曲線，一條線表示5?數字表，另一條表示6?數字表，準確度表達式都是 ±（0.1％＋1個字）。
負載影響與輸入阻抗
負載影響指由于輸入阻抗不是無限大而對被測電路造成的干擾。輸入阻抗指數字表輸入端的等效電阻和電容。負載誤差（圖3）指數字表實際測量得到的電壓（Vm）與理想情況下的電壓（Vs）之差。輸入端電壓降誤差（圖4）指由于數字表輸入端電壓降不為零導致的實測電流（Im）與理想情況下流過RL的電流（Is）之差。
2線與4線電阻
2線電阻測量時，數字表電流源的測試電流也流過測試引線，而引線接入數字表的 HI-LO輸入端。這種方法在大多數電阻測量時結果良好。然而其問題是流過測試引線（RL）產生的電壓降會引入測量誤差，尤其對低阻測量時。（圖5） 4線電阻測量（也稱Kelvin法），引入另外兩條線（Sense端）直接將被測電阻RX接入數字表內高輸入阻抗的電壓測量端。由于高輸入阻抗，Sense引線（等效電阻RL）中流過的電流極小，產生的電壓降可忽略不計，通過 Sense端測得的電壓就是Rx上的電壓。因此4線法對低阻可**測量。
速度與建立時間每一臺表都有一個與其輸入電路相關的建立時間。儀表的讀數速率或稱測量速度與建立時間是獨立的。對高精度的數字表，有時必須等一定的輸入信號建立時間才能達到滿精度。有幾種參數影響測量速度，包括積分速率（NPLC），濾波設置，量程設置，自動校零（AutoZero），觸發延遲與顯示設置。要想達到*快的速度，設置如下：積分速率（NPLC）＝0.01 濾波＝關閉量程＝固定（不用自動量程）自動校零（AutoZero）＝關閉觸發延遲＝0.0 顯示＝關閉請注意，*快速度時準確度并不是*高的。串模與共模抑制比串模干擾指干擾信號直接串接到輸入信號中。*主要的串模干擾來自市電頻率和其諧波信號。串模抑制比（簡稱NMRR）表示為dB，對應頻率為50Hz或60Hz。串模干擾大小為噪聲峰值或直流信號上的偏差量。共模抑制比（簡稱CMRR）指儀表對加在輸入HI和LO端共模信號的抑制能力。這項指標一般是用一個1kΩ的不平衡電阻加在一個輸入端上測量所得，更大的不平衡電阻會引起 CMRR變壞。CMRR用dB表示（類似NMRR），分為DC,50Hz或60Hz。CMRR影響直流與交流測量，一般為偏置誤差。過載保護這是一個電氣牢固與可靠性的指標，以保護儀表在可能遭遇到的供電高壓時的**。一般情況下對高電壓易敏感的是*低的量程如電壓（100mV）和電阻。與過載保護相似的是* 大共模電壓，指LO或COMMON端能**承受到大地的*大電壓。輸入端總是應該接*低阻抗。

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