提高数字万用表测量可信度的探究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇提高数字万用表测量可信度的探究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘 要 介绍数字万用表的组成原理；以Fluke289为例，阐述数字万用表精度与显示值之间的关系，分析各显示位的可信度；介绍数字表测量微小物理量时的致差因素及解决办法。

关键词 数字万用表；微小量；致差因素

中图分类号TB9 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）114-0115-02

0 引言

数字万用表作为一种通用测试仪表，具有功能多、操作简单、携带方便、价格低廉等优点，无论在车间生产、家庭电工，还是在航天科研、军工测试军领域，它都是必不可少的计量器具之一。依据生产厂商和型号，数字万用表有上百种之多。无论哪种数字万用表都是按照JJG315-1983《直流数字电压表检定规程》、JJG315-1989《直流数字电流表检定规程》和JJG315-1991《直流数字欧姆表检定规程》进行检定。笔者在从事多年的数字万用表的检定实践中，总结了数字万用表的使用误区和在测量微小量是致差因素，并给出相应解决办法，在此作一交流。

1 数字万用表的组成原理

图1 数字万用表组成

2 各测量档精度的分析与讨论

任何一台数字万用表都有测量误差，即测量值与真实值之间的差值。通常使用人员是根据一台数字万用表显示位数来判断其精度，6位半的表比5位半的精度高，5位半的比4位半的精度高，这是判断一台数字万用表精度的最粗略的方法。然而，一台数字万用表不同的测量档和同一测量档的不同量程的精度是否达到真正的显示精度，这是使用人员应该注意的。下面以Fluke289为例进行说明。根据数字万用表检定规程和F289各测量档的精度要求计算出部分测量档的相对误差的上限值和下限值，如表1。

表1

Fluke289数字万用表是一台4位半的表。从表1中可以得出该表各测量档精度高低的基本顺序依次是DCV、R、DCA、ACV、ACA。作为基本量程档的DCV5V档，精度最高，误差值控制在显示值的最后两位内变化，除最后两位外的其他位可信度为“1” ，显示值最后一位的可信度相对前一位较低。而在DCA5A档、ACV5V档、ACA500 uA档、R30 MΩ档等的误差值是在显示值的最后三位变化，显示值最后一位的可信度相对前两位更低，甚至可以认为不可信；因此在F289数字万用表的这些测量档上，该表精度最多为3位半。若使用其他一些扫描速度快的表的低精度测量档进行测量时还会出现无法读取最后一位和前一位数值的现象。若用F289测量一个较小量，加上受摩擦电效应等致差因素的影响，使得测量结果更缺乏准确性，导致测量结果与真实值相去甚远。这种测量显示值最后一位或两位的不可信现象在其他各种数字万用表中均出现。一台数字万用表的不同测量档和同一测量档的不同量程的精度不一样，而且差别很大。因此，使用经计量检定后合格的数字万用表，掌握各测量档的精度要求，才能获得准确的测量结果。

3 测量微小量的致差因素和解决办法

除了示波器等测量设备外，也可以使用高精度的数字万用表对微小物理量进行测量，但应尽量避免摩擦电效应、漏电电流、压电效应等一些致差因素对测量结果的影响。以下简单分析使用高精度的数字万用表测量微小量过程中的致差因素和解决办法。

3.1 摩擦电效应

摩擦电电流是由导体和绝缘体之间摩擦产生的电荷生成。摩擦引起自由电子脱离导体，产生电荷不平衡，从而产生电流。使用“低噪声”电缆能较好地降低这种效应，“低噪声”电缆通常使用聚乙烯作为内层绝缘层，并在外层屏蔽层的内表面涂覆石墨。石墨既有作用，又能形成导电的等电位圆柱体，是电荷平衡并降低由于电缆运动的摩擦效应所产生的电荷。但是，“低噪声”电缆在受到拉伸振动时仍然会产生一些些噪声，所以所有电缆都要尽量短，同时避免温度变化的影响。

3.2 压电效应

压电效应是当某些材料（如晶体）受到机械压力，晶体两端会产生一定强度的电压。利用这种效应可以将晶体作为压力传感器；在晶体两端加一定强度的电场，晶体本身也会产生一定程度的变形，电光调节器就是利用这一原理实现的。但是，压电效应对微小的物理量测量时不利的。为了避免压电效应，在测量时应尽量避免使导线和绝缘体受到较大的压力和交变扭曲，连接测试的夹具尽可能紧固。

3.3 漏电电流

漏电电流是由测量电路和附近的电压源之间的寄生电阻通路产生，它会大大降低测量微小量的准确度。因此在测量时，应当使用高质量的绝缘材料，降低测量环境中的湿度，并进行相应的物理隔离。

3.4 介质吸收效应

在绝缘两端施加电压时，由于介质本身的极化特性，正负电荷会一定程度地集中到物体的两极，这就是介质吸收效应。在电荷移动过程中，会产生一定强度的电流，而当电压移除后，正负电荷又会以衰减振荡的形式移动重新回到原来的非极化状态，这样也会产生强度逐渐减弱的电流。衰减电流可以持续几分钟到几小时。例如，在做完电缆的绝缘导通测试之后，电缆中留有较强的静电，足以伤人与损坏设备。因此，在电流测量中不应该加过强的电压，并且在测量过后进行放电操作。

4 结论

综上所述，在使用数字万用表时，一定要熟悉各测量档的测量精度，根据显示值个显示位的可信度和测量工作的准确度要求合理地作出取舍；同时要考虑到摩擦电效应、压电效应和漏电电流等致差因素的干扰，并采取相应的解决措施。只有做到以上两点，才能获得准确的测量结果。

参考文献

[1]中国计量科学研究院.JJG 315-1983[S].中国计量出版社，2000.

[2]何希才，尤克.微小电流的测量[J].电测与仪表，1991，28（10）：22-23.

[3]贾桂华，张萍，邓国荣.直流弱电流测量与误差分析[J].信息与电子工程，2009，7（6）：117-120.

[4]冯古岭.数字电压表及数字多用表检测技术.北京：中国计量出版社，2003.