選購萬用表應該注意哪些
2012-08-23
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有多種高準確度的臺面式 數字多用表 和低檔手持式 數字多用表 。但是各種 數字多用表 的技術指標表達式缺乏一致性。例如直流電壓的準確度有的表示為讀數的 % 再加上量程的 % 。有的表示為讀數的 % 加上幾多個計數, 還有的表表示為讀數的 % 再加幾伏特。對于一種特定的數字多用表 來說 , 如果知道了它的滿度值對應多少個計數, 就能把一種表達式換算成另一種表達式。以上三種表達式都經常見到。
但是在什么樣的測試條件下所說的準確度才能實現呢? 從說明書中可以看到, 規定測試條件為： 準確度在 數字多用表 計量校準后一年之內有效, 而且環境溫度是 23 ℃土 5 ℃。其它尚有 90 天的準確度和 24 小時準確度的時間限制。 數字多用表 的準確度各種各樣, 無法直接進行比較, 除非是都在同樣的有效時間段內來比較。另外, 在加電后預熱一定時間后才能達到準確度要求。
有些 數字多用表 內有一個集成的參考標準源, 有自校準能力, 就是說這種 數字多用表 即使處在 23 ℃土 5 ℃ 環境之外使用也能保證它的測量準確度。例如 National 儀器公司的 PXI-4070 型 數字多用表, 即使處在 0 ℃ -50 ℃環境中, 經過自校準后也能保證它的測量準確度。如果一臺 數字多用表 在校準溫度范圍以外使用, 而未經校準, 其測量準確度指標必定會降低。例如若考慮到它的溫度系數： ± ( 讀數的 5ppm+ 量程的 1ppm) /0C , 它在 50 ℃而不是在 28 ℃ (50 ℃是 23 ℃± 5 ℃的上限 ) 進行測量要有附加的誤差 : ± ( 讀數的 11Oppm+ 量程的 22ppm ) 。對于某些 數字多用表 來說, 附加的誤差可能遠遠大于它在說明書上規定的準確度。
說明中的小字體腳注就是對規定準確度限定條件的補充。但是給出 6 個甚至 10 個或 12 個腳注還是不足以說清問題。例如測量交流電壓和電流時, 其頻率也會影響測量結果。一個廠家把頻率以一種方式分段給出它的影響量, 而另一個廠家又以另一種方式給頻率分段。 例如一家把 60Hz( 或 50Hz) 包括在 10Hz—3kHz 段內, 而另一家又把它包括在 45Hz—50OHz 頻段內, 它們都用許多個腳注來說明其全部想告訴用戶的內容。
波峰系數也存在同樣的問題。波峰系數定義為峰值除以它的有效值。一般說來, 波峰系數大的信號只是偶而與它的平均值偏差較大。放峰系數大對應著的測量誤差也較大。一個腳注限定一個交流信號的準確度指標, 還必須限制被測信號的波峰系數在可以允許的范圍之內, 才能保證測量的準確度。
除信號形狀對測量結果有影響外, 信號的大小和頻率也必須限制在某一定范圍之內才能保證測量結果的準確性。否則 數字多用表 的輸入電路會被損壞。例如 Fluke 的 170 系列中的 數字多用表, 限制輸入信號的電壓與它頻率的乘積 V -Hz 要小于 1 × 10↑7 。有許多 數字多用表 都有 1000Vac 量程, 允許信號頻率是 在 10 kHz 以下。
測量的讀數率與分辨率有直接的聯系。例如 Signametrics SMX2044 是一種 6 1/2 位的 數字多用表 。在如此分辨率上對應的讀數率是 30 個讀數/每秒。若要增加讀數率就必須降低分辨率 ( 即減少位數 ) 。例如任選一種 數字多用表, 它的讀數率是 1000 個讀數 / 每秒 , 它的分辨率是 4 1/2 位。類似制約關系也適用于其它廠家的高分辨率 數字多用表 。在腳注里說明了讀數率和分辨率之間的制約關系。
許多 數字多用表 有不同的滿度量程, 難以相互比較 , 例如有兩個不同的 數字多用表, 都有電壓量程, 旁邊都有乘 10 因數 , 但是一個 數字多用表 的起始量程是 4V, 另一個起始量程是 1V 。如用它們都測量 1OV 。一個用 1V × 1O = 1OV 來測, 另一個則需用 4V X 1O = 40V 來測。前者正好是用滿量程測10V, 后者則用 40V 量測 10V,1OV 只是 4OV 滿 度值 25% 。由于兩個 數字多用表 之間存在 4 個因數 , 它們的滿度分辨率就不一樣了。但是在做 10V 測量時用的是它們的實際分辨率。這就是說, 在 4OV 表的最低位上存在令人討厭的噪聲比用 1OV 表測 1OV 時的噪聲大 4 倍。
對低價 數字多用表, 總的準確度沒有限定條件。就此事詢問過有關的廠家代表, 他們說, 測量儀器的準確度與使用技巧有很大關系, 他們建議 數字多用表 應當每年校準一次。這雖是含糊其辭的回答, 但用其建議的方式校準 數字多用表 增強了使用者對測量準確度的信心。
測量電阻是另外一件事, 它的細節說明差別很大。大多數方法是電流集中流過被測電阻, 測出其兩端之間的電壓降就可算出電阻值。如果出現在被測電阻上的開路電壓太高, 就有問題了。 Signamertrics 公司 CEO Tee.Sheffer 先生說過：“我在展覽會上見到過某些 數字多用表, 在表演時加在被測電阻上的電壓大于 10V, 這個電壓成為一種源, 能激起振蕩, 造成很大的測量誤差。”有消息稱, 加在被測電阻上的電壓必須是低伏特值。例如Fluke179 型 數字多用表, 所有電阻量程的開路電壓小于 1.5V 。
在測量電阻時并非所有電流都流過被測電阻, 總有一小部分被旁路過去, 這樣會造成測量誤差。某些型號的 數字多用表 能消除掉這個誤差電壓, 使歐姆讀數更準確。也有許多種電阻, 其本身就有與之相連的小電壓源。例如在測量電路中, 不同金屬相接在不同溫度下會產生微伏級的誤差電壓。心電圖機 (EKG) 的電極貼在患者的皮膚上, 由于皮膚自然存在著鹽份和濕氣 , 必然產生較大的誤差電壓。
所謂消除歐姆誤差電壓的做法是用兩次測量法, 第一次用有電流源測電壓值, 第二次關掉電流源后再測電阻上的誤差電壓。第一次電壓值減去第二次電壓值 ( 誤差電壓 ), 然后計算出被測電阻值。
還有一種方法也能消除誤差電壓和由于連續測量被測電阻本身發熱造成的誤差電壓。方法是使電流源大小相等而極性相反地加到被測電阻上測兩次電阻值, 不同于前述的開關電流源測量法。本方法保證兩次測量用的電流的大小是恒定的。如果兩次連續測量在幾個毫秒內測完, 環境溫度和電阻值仍然是恒定的。這種測法表明在計算電阻值時比簡單的誤差電壓修正法包含的噪聲少 50% 。
測量電阻還有比兩線法更準的方法, 即 4 線法和 6 線法。兩線法是把連續被測電阻導線也接到 數字多用表 上, 連接線的電阻也算在被測電阻值里, 無法將它們分開。 4 線法或稱kelvin 法測電阻, 用一對導線接電流源, 另一對線 ( 感知線 ) 把被測電阻上電壓降引人 數字多用表 進行測量。由于流過感知線的電流很小, 所以測量的電阻值更接近真實值。特別是測量低值電阻時, 連接導線的電阻值可與被測電阻值屬同一量級, 誤差很大。若用 4 線法測低值電阻可排除引線電阻, 使測量準確性更好。在測大值電阻時, 無論怎樣都會有旁路電流存在, 對被測電阻采用保護措施可以解決旁路電流造成的誤差。然而通常是用兩線測量大值電阻時才采用保護措施。 .
用 數字多用表 也能做 6 線測量電阻,4 線法再加兩條保護線。 6 線法通常用來測量接在電阻網絡中的某一個電阻。網絡中的其它與被測電阻相接的電阻都接到保護端上。這樣便把被測電阻從中有效地隔離出來。被測電阻每端的端電壓和保護端上的電壓三者是由互相分開的電源產生的, 這樣也可把感知線電阻造成的誤差排除了。
就典型而論, 高分辨率儀器具備 6 線測量功能。 4 線法通用于 4 位—5 位的 數字多用表 。這些測量方法都以腳注方式說明。如果沒有腳注說明只能采用兩線法測電阻。
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