仔細(xì)閱讀DMM說(shuō)明書
從資料上看, 數(shù)字多用表 (DMM) 的模式有幾百種之多。為了挑選出合用的 DMM 是一件很傷腦筋的事。問(wèn)題是如何找到價(jià)錢適當(dāng)而性能符合需要的 DMM。在選擇之前, 先要確定需要測(cè)量的量值是什么。
你做精密的計(jì)量工作嗎 ? 真的是用到第 7 位或 第 8 位數(shù)字進(jìn)行測(cè)量嗎 ? 如果是, 就應(yīng)選購(gòu)高準(zhǔn)確度的臺(tái)面式 DMM, 因?yàn)樗姆€(wěn)定性很好。如要用在定制系統(tǒng)中可選擇 6 1/2位的能與 PXI和 VXI 兼容的 DMM 。
一般說(shuō)來(lái), 有許多 DMM 的準(zhǔn)確度和分辨率都很高, 但是要求測(cè)量的結(jié)果并不一定要有這么高的準(zhǔn)確度和分辨率。雖然分辨率是 DMM 設(shè)計(jì)上的**性能, 但是實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確度的測(cè)量畢竟有賴于測(cè)量技術(shù)的優(yōu)劣。例如用 8 1/2位 DMM 做測(cè)量, 必須十分小心謹(jǐn)慎和有經(jīng)驗(yàn), 否則光有** DMM 不一定能測(cè)量出好的結(jié)果來(lái)。
另一方面 , 有許多低檔 DMM 也可能是恰當(dāng)?shù)倪x擇對(duì)象。如果只要求測(cè)量準(zhǔn)確度是 5%, 測(cè)量功能又不多，那就選購(gòu)低檔的 DMM 。 DMM 都能測(cè)的基本量： 交、直流電壓、電流和電阻。
有些人的測(cè)量需求處在以上兩種極端情況之間。選購(gòu)什么樣的 DMM 就難以下定決心。因?yàn)樗麄円笥休^高的測(cè)量準(zhǔn)確度和分辨率, 又要價(jià)錢便宜。 若要做出*好的選擇, 建議他們仔細(xì)閱讀說(shuō)明書和有關(guān)腳注資料。

閱讀小體字腳注
有多種高準(zhǔn)確度的臺(tái)面式 DMM 和低檔手持式 DMM 。但是各種 DMM 的技術(shù)指標(biāo)表達(dá)式缺乏一致性。例如直流電壓的準(zhǔn)確度有的表示為讀數(shù)的 % 再加上量程的 % 。有的表示為讀數(shù)的 % 加上幾多個(gè)計(jì)數(shù), 還有的表表示為讀數(shù)的 % 再加幾伏特。對(duì)于一種特定的 DMM 來(lái)說(shuō) , 如果知道了它的滿度值對(duì)應(yīng)多少個(gè)計(jì)數(shù), 就能把一種表達(dá)式換算成另一種表達(dá)式。以上三種表達(dá)式都經(jīng)常見到。
但是在什么樣的測(cè)試條件下所說(shuō)的準(zhǔn)確度才能實(shí)現(xiàn)呢? 從說(shuō)明書中可以看到, 規(guī)定測(cè)試條件為： 準(zhǔn)確度在 DMM 計(jì)量校準(zhǔn)后一年之內(nèi)有效, 而且環(huán)境溫度是 23 ℃土 5 ℃。其它尚有 90 天的準(zhǔn)確度和 24 小時(shí)準(zhǔn)確度的時(shí)間限制。 DMM 的準(zhǔn)確度各種各樣, 無(wú)法直接進(jìn)行比較, 除非是都在同樣的有效時(shí)間段內(nèi)來(lái)比較。另外, 在加電后預(yù)熱一定時(shí)間后才能達(dá)到準(zhǔn)確度要求。
有些 DMM 內(nèi)有一個(gè)集成的參考標(biāo)準(zhǔn)源, 有自校準(zhǔn)能力, 就是說(shuō)這種 DMM 即使處在 23 ℃土 5 ℃ 環(huán)境之外使用也能保證它的測(cè)量準(zhǔn)確度。例如 National 儀器公司的 PXI-4070 型 DMM, 即使處在 0 ℃ -50 ℃環(huán)境中, 經(jīng)過(guò)自校準(zhǔn)后也能保證它的測(cè)量準(zhǔn)確度。如果一臺(tái) DMM 在校準(zhǔn)溫度范圍以外使用, 而未經(jīng)校準(zhǔn), 其測(cè)量準(zhǔn)確度指標(biāo)必定會(huì)降低。例如若考慮到它的溫度系數(shù)： ± ( 讀數(shù)的 5ppm+ 量程的 1ppm) /0C , 它在 50 ℃而不是在 28 ℃ (50 ℃是 23 ℃± 5 ℃的上限 ) 進(jìn)行測(cè)量要有附加的誤差 : ± ( 讀數(shù)的 11Oppm+ 量程的 22ppm ) 。對(duì)于某些 DMM 來(lái)說(shuō), 附加的誤差可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它在說(shuō)明書上規(guī)定的準(zhǔn)確度。
說(shuō)明中的小字體腳注就是對(duì)規(guī)定準(zhǔn)確度限定條件的補(bǔ)充。但是給出 6 個(gè)甚至 10 個(gè)或 12 個(gè)腳注還是不足以說(shuō)清問(wèn)題。例如測(cè)量交流電壓和電流時(shí), 其頻率也會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。一個(gè)廠家把頻率以一種方式分段給出它的影響量, 而另一個(gè)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(nèi), 而另一家又把它包括在 45Hz—50OHz 頻段內(nèi), 它們都用許多個(gè)腳注來(lái)說(shuō)明其全部想告訴用戶的內(nèi)容。
波峰系數(shù)也存在同樣的問(wèn)題。波峰系數(shù)定義為峰值除以它的有效值。一般說(shuō)來(lái), 波峰系數(shù)大的信號(hào)只是偶而與它的平均值偏差較大。放峰系數(shù)大對(duì)應(yīng)著的測(cè)量誤差也較大。一個(gè)腳注限定一個(gè)交流信號(hào)的準(zhǔn)確度指標(biāo), 還必須限制被測(cè)信號(hào)的波峰系數(shù)在可以允許的范圍之內(nèi), 才能保證測(cè)量的準(zhǔn)確度。
除信號(hào)形狀對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響外, 信號(hào)的大小和頻率也必須限制在某一定范圍之內(nèi)才能保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。否則 DMM 的輸入電路會(huì)被損壞。例如 Fluke 的 170 系列中的 DMM, 限制輸入信號(hào)的電壓與它頻率的乘積 V -Hz 要小于 1 × 10↑7 。有許多 DMM 都有 1000Vac 量程, 允許信號(hào)頻率是 在 10 kHz 以下。
測(cè)量的讀數(shù)率與分辨率有直接的聯(lián)系。例如 Signametrics SMX2044 是一種 6 1/2 位的 DMM 。在如此分辨率上對(duì)應(yīng)的讀數(shù)率是 30 個(gè)讀數(shù)/每秒。若要增加讀數(shù)率就必須降低分辨率 （ 即減少位數(shù) ) 。例如任選一種 DMM, 它的讀數(shù)率是 1000 個(gè)讀數(shù) / 每秒 , 它的分辨率是 4 1/2 位。類似制約關(guān)系也適用于其它廠家的高分辨率 DMM 。在腳注里說(shuō)明了讀數(shù)率和分辨率之間的制約關(guān)系。
許多 DMM 有不同的滿度量程, 難以相互比較 , 例如有兩個(gè)不同的 DMM, 都有電壓量程, 旁邊都有乘 10 因數(shù) , 但是一個(gè) DMM 的起始量程是 4V, 另一個(gè)起始量程是 1V 。如用它們都測(cè)量 1OV 。一個(gè)用 1V × 1O = 1OV 來(lái)測(cè), 另一個(gè)則需用 4V X 1O = 40V 來(lái)測(cè)。前者正好是用滿量程測(cè)10V, 后者則用 40V 量測(cè) 10V,1OV 只是 4OV 滿 度值 25% 。由于兩個(gè) DMM 之間存在 4 個(gè)因數(shù) , 它們的滿度分辨率就不一樣了。但是在做 10V 測(cè)量時(shí)用的是它們的實(shí)際分辨率。這就是說(shuō), 在 4OV 表的*低位上存在令人討厭的噪聲比用 1OV 表測(cè) 1OV 時(shí)的噪聲大 4 倍。
對(duì)低價(jià) DMM, 總的準(zhǔn)確度沒有限定條件。就此事詢問(wèn)過(guò)有關(guān)的廠家代表, 他們說(shuō), 測(cè)量?jī)x器的準(zhǔn)確度與使用技巧有很大關(guān)系, 他們建議 DMM 應(yīng)當(dāng)每年校準(zhǔn)一次。這雖是含糊其辭的回答, 但用其建議的方式校準(zhǔn) DMM 增強(qiáng)了使用者對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的信心。

測(cè)量電阻也存在一些問(wèn)題
測(cè)量電阻是另外一件事, 它的細(xì)節(jié)說(shuō)明差別很大。大多數(shù)方法是電流集中流過(guò)被測(cè)電阻, 測(cè)出其兩端之間的電壓降就可算出電阻值。如果出現(xiàn)在被測(cè)電阻上的開路電壓太高, 就有問(wèn)題了。 Signamertrics 公司 CEO Tee.Sheffer 先生說(shuō)過(guò)：“我在展覽會(huì)上見到過(guò)某些 DMM, 在表演時(shí)加在被測(cè)電阻上的電壓大于 10V, 這個(gè)電壓成為一種源, 能激起振蕩, 造成很大的測(cè)量誤差。”有消息稱, 加在被測(cè)電阻上的電壓必須是低伏特值。例如Fluke179 型 DMM, 所有電阻量程的開路電壓小于 1.5V 。
在測(cè)量電阻時(shí)并非所有電流都流過(guò)被測(cè)電阻, 總有一小部分被旁路過(guò)去, 這樣會(huì)造成測(cè)量誤差。某些型號(hào)的 DMM 能消除掉這個(gè)誤差電壓, 使歐姆讀數(shù)更準(zhǔn)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(cè)量電路中, 不同金屬相接在不同溫度下會(huì)產(chǎn)生微伏級(jí)的誤差電壓。心電圖機(jī) (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(chǎn)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(cè)量法, 次用有電流源測(cè)電壓值, **次關(guān)掉電流源后再測(cè)電阻上的誤差電壓。次電壓值減去**次電壓值 ( 誤差電壓 ), 然后計(jì)算出被測(cè)電阻值。
還有一種方法也能消除誤差電壓和由于連續(xù)測(cè)量被測(cè)電阻本身發(fā)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(cè)電阻上測(cè)兩次電阻值, 不同于前述的開關(guān)電流源測(cè)量法。本方法保證兩次測(cè)量用的電流的大小是恒定的。如果兩次連續(xù)測(cè)量在幾個(gè)毫秒內(nèi)測(cè)完, 環(huán)境溫度和電阻值仍然是恒定的。這種測(cè)法表明在計(jì)算電阻值時(shí)比簡(jiǎn)單的誤差電壓修正法包含的噪聲少 50% 。
測(cè)量電阻還有比兩線法更準(zhǔn)的方法, 即 4 線法和 6 線法。兩線法是把連續(xù)被測(cè)電阻導(dǎo)線也接到 DMM 上, 連接線的電阻也算在被測(cè)電阻值里, 無(wú)法將它們分開。 4 線法或稱kelvin 法測(cè)電阻, 用一對(duì)導(dǎo)線接電流源, 另一對(duì)線 ( 感知線 ) 把被測(cè)電阻上電壓降引人 DMM 進(jìn)行測(cè)量。由于流過(guò)感知線的電流很小, 所以測(cè)量的電阻值更接近真實(shí)值。特別是測(cè)量低值電阻時(shí), 連接導(dǎo)線的電阻值可與被測(cè)電阻值屬同一量級(jí), 誤差很大。若用 4 線法測(cè)低值電阻可排除引線電阻, 使測(cè)量準(zhǔn)確性更好。在測(cè)大值電阻時(shí), 無(wú)論怎樣都會(huì)有旁路電流存在, 對(duì)被測(cè)電阻采用保護(hù)措施可以解決旁路電流造成的誤差。然而通常是用兩線測(cè)量大值電阻時(shí)才采用保護(hù)措施。 .
用 DMM 也能做 6 線測(cè)量電阻,4 線法再加兩條保護(hù)線。 6 線法通常用來(lái)測(cè)量接在電阻網(wǎng)絡(luò)中的某一個(gè)電阻。網(wǎng)絡(luò)中的其它與被測(cè)電阻相接的電阻都接到保護(hù)端上。這樣便把被測(cè)電阻從中有效地隔離出來(lái)。被測(cè)電阻每端的端電壓和保護(hù)端上的電壓三者是由互相分開的電源產(chǎn)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(cè)量功能。 4 線法通用于 4 位—5 位的 DMM 。這些測(cè)量方法都以腳注方式說(shuō)明。如果沒有腳注說(shuō)明只能采用兩線法測(cè)電阻。

發(fā)展趨勢(shì)和特色
除了不斷改進(jìn)電壓、電流和電阻測(cè)量功能外, *新式的 DMM 還有其它性能。例如 keithley 公司的 2701 型 DMM, 它基本上是個(gè) 6 1/2 位表, 也具備了擴(kuò)展插槽, 用于接人多路信號(hào)的 I /O 卡。采用適當(dāng)選件后, 這種 DMM 既能測(cè)量又能控制多個(gè)測(cè)試設(shè)備里的被測(cè)件。 .
以前占有大體積而功能不多的儀器, 現(xiàn)在變成了測(cè)試系統(tǒng)中的集成塊而且功能性有了很大改進(jìn)。keithley 公司的銷售經(jīng)理 QiWang 說(shuō)：“keithley 公司已經(jīng)采用先進(jìn)的 IC, 其優(yōu)點(diǎn)是有更多的功能和更高的性能, 結(jié)構(gòu)成體積更小的儀器。今天的更小尺寸的 ICs 可以把更多的件數(shù)裝入一個(gè)給定的空間, 這 樣就能加進(jìn)一個(gè)專用的微處理器, 提高了運(yùn)行速度和管理以太網(wǎng) (Ethernet) 的數(shù)據(jù)傳輸工作。”
現(xiàn)在來(lái)說(shuō)以太網(wǎng)和與之相關(guān)的 LAN 的連接問(wèn)題。 Agilent 技術(shù)公司的工程師 MarkBailey 說(shuō)：“有關(guān)連接問(wèn)題*終必然是 DMM 工業(yè)中積極探索的一個(gè)領(lǐng)域。 GPIB 和 RS-232 接口在某些情況下開始被 LAN 和 USB 接口所代替。”
Fluke 公司向用戶做了調(diào)查, 看看用戶們需要什么樣的 DMM 。根據(jù)該公司老資格的產(chǎn)品計(jì)劃專家 chuckBowden 的說(shuō)法,“要在機(jī)械結(jié)構(gòu), 電性能和軟件方面進(jìn)行革新。 DMM 的裝電池蓋和磁性掛環(huán)和手提皮帶要統(tǒng)一起來(lái), 看是小事但很重要。要用真有效值代替平均值。在工業(yè)設(shè)備中都采用了開關(guān)電源和調(diào)速馬達(dá), 這樣就增多了非線性負(fù)載。不革新 DMM 怎么行!”
Signametrics 公司 Sheffer 在革新該公司的 DMM 時(shí)說(shuō)過(guò)：“ 要給現(xiàn)有的 DMM 加進(jìn)新的運(yùn)算法, 新的測(cè)量功能和電流源。需要擴(kuò)展的功能有：測(cè)溫度, 熱電偶線性比, 提高測(cè)電流靈敏度, 使其分辨率達(dá)到 1OPA 。從而使用戶的測(cè)試系統(tǒng)縮小體積和降低成本。”
另一個(gè)例子是 ,National 儀器公司的 NIPXl- 407O Flex DMM 產(chǎn)品經(jīng)理 Kevin Bisking 說(shuō)過(guò)：“DMM 的新結(jié)構(gòu)有三個(gè)獨(dú)立的插槽,3-U 儀器的測(cè)量速率可從 100 次讀數(shù) / 每秒 (6 1/2 位即 22-b) 調(diào)到 1.8 兆次讀數(shù) / 每秒 (10-b), 機(jī)內(nèi)有在板參考源和自校準(zhǔn)。校準(zhǔn)周期定為兩年, 一般工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)儀器的標(biāo)準(zhǔn)期定為一年。
技術(shù)革新不限于 DMM 的傳統(tǒng)功能。例如Omega 工程公司生產(chǎn)的 OMEGASAYS@ 型 DMM 的特點(diǎn)有非接觸式紅外線測(cè)溫功能, 由機(jī)**出的激光點(diǎn)導(dǎo)向做周期性照射。測(cè)得的溫度以五種語(yǔ)言之一告訴用戶。
或許這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)能代替過(guò)分詳細(xì)的 DMM 的說(shuō)明資料。當(dāng)信號(hào)接到 DMM 輸人端上,DMM 就能即刻宣告信號(hào)的值和頻率、溫度、波峰系數(shù), 所用的讀數(shù)速步, **的不確定度以及電壓赫茲積 V • Hz 的 限制。或許不再考慮這些特色了.