第一节
数字式万用表的组成

一、概述

我们把传统的指针式万用表称为模拟式万用表，而把数字化的模拟式万用表称为数字式万用表。数字式万用表具有测量精度高、灵敏度高、速度快及数字显示等特点。随着单片CMOS A/D转换器的广泛使用，新型袖珍式数字式万用表也迅速得到普及，尤其是现代电子设备普遍应用微机作中央控制系统，因此，除在测试过程中特殊指明者外，不能用指针式欧姆表测试微机和传感器，以免微机或传感器受损，通常应使用高阻抗的数字式万用表（内阻在10MΩ以上）。

数字式万用表与指针式万用表在使用方面有许多不同。

①指针式万用表在使用中很容易读错直流电压和交流电压的刻度线，这种情况在电压量程不同时也经常发生，而数字式万用表就不会发生这种情况。

②指针式万用表电阻阻值的刻度，从左到右的刻度密度逐渐变稀，也就是说它的刻度是非线性的；相对而言，数字式万用表显示则是线性的。

③与指针式万用表的内阻相比，数字式万用表的内阻非常高，所以在进行电压测量时，后者更接近理想的测量条件。

④在测量直流电压时，指针式万用表如果正、负极接反，表头指针的偏转方向也随之相反，而使用数字式万用表时，它能自动判断并且显示出电压的极性，所以用不着考虑接错正负极的问题。可见，数字式万用表有许多指针式万用表无法相比的优点。近年来，随着我国电子工业的发展，数字式万用表以其测量精度高、显示直观、速度快、功能全、可靠性好、小巧轻便、耗电省、便于操作等优点，受到人们的普遍欢迎，它已成为电子、电工测量以及电子设备维修等部门的必备仪表。

二、常见的数字式万用表类型

1．按照量程转换方式分类

（1）手动量程

这种仪表的价格较低，但操作比较复杂，因量程选择得不合适很容易使仪表过载。

（2）自动量程

自动量程数字式万用表可大大简化操作，有效地避免过载并能使仪表处于最佳量程，从而提高了测量准确度与分辨力。此类仪表的价格较高。

2．按照用途及功能分类

（1）低档数字式万用表

它属于位普及型仪表，功能比较简单，价格与指针式万用表相当。典型产品有M810、DT820B、DT830B、DT830C、DT830D、DT840D、M3900、DT5803、DT9201A等型号。

（2）中档数字式万用表

①多功能型数字式万用表　此类仪表一般设置了电容挡、测温挡、频率挡，有的还增加了高阻挡和电导挡。典型产品有DT890C+、DT890C+TM、DT890F、DT890G、DT9208、VC9808型位数字式万用表。

②准确度较高的数字式万用表　其准确度较高，功能较全，适合实验室测量用。典型产品有DT930F+、VC94、DT980A、DT1000、M1000、DT9203A、DT9204A、DT9205A、VC9807A型数字式万用表。

③语音数字式万用表　内含语音合成电路，显示数字的同时还能用语音播报测量结果。典型产品有VC93型位数字式万用表。

（3）智能数字式万用表

①中档智能数字式万用表　这类仪表一般采用4位单片机，带RS-232接口。典型产品有BY1941A型位数字式万用表。

②高档智能数字式万用表　内含8～16位单片机，具有数据处理、自动校准、故障自检等多种功能。典型产品有HP3458A、7181型位台式数字式万用表。

（4）双显示及多重显示数字式万用表

双显示仪表的特点是在位数显的基础上增加了模拟条图显示器，后者能迅速反映被测量的变化过程及变化趋势，典型产品有DT960T、EDM81B、VC97型数字式万用表。多重显示仪表是在双显示仪表的基础上发展而成的，它能同时显示三组或三组以上的数据（例如最大值、最小值、即时值、平均值），典型产品有国产VC97型数字式万用表，Fluke公司生产的87、88型数字式万用表。

（5）专用数字仪表

例如VC6013型数字电容表，DM4070D、ADM6243、LC6243型数字电感电容表，DM6801A、DM6902型数字温度计，3001C、SW508、CTH-2型数字温湿度计，HT-602智能露点仪，LX101数字照度计，DM6234P型光电式数字转速表，AM-4202型数字风速表，VC3212型数字钳形表，DT266FT型钳形数字式万用表，CM6100、PG14A型数字功率表。

三、数字式万用表的结构原理

常见的数字式万用表类型有MS8215型、DT9205A⁺型、VC890C⁺型等，如图2-1所示。

数字式万用表主要由模拟电路、数字电路两部分构成：模拟电路包括输入电路、A/D转换器；数字电路包括计数器、逻辑控制电路、时钟发生器、显示屏，如图2-2所示。

A/D转换器的作用是将模拟直流电压转换成数字量脉冲输出。例如，输入为500mV，则输出为500个脉冲，计数器的任务是计量这些脉冲数，而显示器则以数字形式显示输入电压的值。这一过程就构成了最基本的数字直流电压表（DCM）。

在数字直流电压表的输入端，配以不同的转换器就构成了基本的数字式万用表，这些转换器的作用可以归结为以下四项变换过程，从而使数字式万用表不仅可以测量直流电压，还可以测量直流电流、交流电流、交流电压、电阻等各种参数。

这四项变换是：

①把直流电流I变换成直流电压U，简称I-U变换。

②把交流电压u变换成直流电压U，简称u-U变换。

③把交流电流i变换成直流电压U，简称i-U变换。

④把电阻阻值R变换成直流电压U，简称R-U变换。

实际中，I-U变换是利用欧姆定律的原理，使被测的直流电流I_x通过标准电阻R，以R上的直流压降U_x来表示I_x的大小，即

U_x=I_xR_x

u-U变换是采用二极管整流的方法。为克服二极管整流的非线性，利用运算放大器来改善这种非线性引起的失真。

i-U变换是把交流电流变换成交流电压，然后进行u-U变换。

R-U变换是采用一种恒流法转换原理，即利用恒定电流I_x流经被测电阻R_x时，R_x两端的电压U_x与R_x成正比的关系求得。通常，是用带有运算放大器的恒流源电路来实现的。

综上所述，数字式万用表的原理方框图就不难理解了，数字式万用表的总体方框图如图2-3所示（图中接线为测量直流电压）。