数字万用表的原理和使用

《教学仪器与实验》第 25 卷 2009 年 第 4 期
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图4
(6) 电容测量电路 (CΠU 转换器) 数字万用表利用容抗法原理测电容 。首先由 内部电路 (文氏桥振荡器) 产生 400Hz 正弦波信 号 ,利用它将电容量转变成容抗 XC ,然后将其转 换成交流电压信号 ,再经 ACΠDC 转换器取出平均 值电压送至表头 。因 UO 与 CX 成正比 ,故只需适 当调节电路参数即可直读电容量 。总之 ,测量电 容 量的过程可归纳为 :文氏桥振荡器 →CΠU转换
②黑表笔的插头插入“COM”孔 。测量电压和 电阻时 ,红表笔的插头应插入“VΠΩ”孔 ;测量电流 时 ,红表笔的插头应插入“mA”或“10A”孔 。
③测量直流电压和电流时 ,若电流从红表笔 流入 ,则显示的数值为正 ;相反时 ,则显示的数值 为负 。也就是能够自动识别和显示极性 ,不存在 表针反打的问题 。
随着课程改革的深入 、课程理念和教学方式 的改变 ,国内的学者开始从理论和实践两个维度
器 →ACΠDC 转换器 →AΠD 转换器 。具体电路较复 杂 ,本文不再详述 。
(7) 若干扩展功能 (不是全部型号的数字万用 表)
如测量二极管和三极管的某些参数 、电容 、频 率 、温度等 。其测量原理本文从略 。 3 数字万用表的使用方法和注意事项
图2
(3) 直流电流测量电路 电路如图 3 所示 ,所用的多挡分流电路的工 作原理是用电阻取样 ,得到 0 - 199 mV 的电压送 给数字表头 。
由稳压管 ZD 提供测量基准电压 ,流过标准 电阻 RO 和被测电阻 RX 的电流基本相等 (数字表 头的输入阻抗很高 ,其取用的电流可忽略不计) 。 所以 AΠD 转换器的参考电压 UREF和输入电压 UIN 有如下关系 :
其余各挡依此类推 。 数字万用表多量程电阻挡电路如图 4 所示 。
图3
(4) 交流电压测量电路 (AC - DC 变换器) 一般先采用分压电路 ,区分出不同的量程 。 然后由运算放大器 、二极管和 RC 滤波器等组成 的线性全波整流电路将交流电压转换成直流电 压 。最后输入 200mV 直流电压表头进行测量 。 由于采用了专门的线性整流电路 ,提高了测量的 灵敏度和准确度 ,并且避免了指针式多用表中用 二极管整流造成刻度的非线性 。具体电路本文从 略。 (5) 电阻测量电路 电阻挡采用的是比例法测量原理 。将被测电 阻与基准电阻 (阻值已知) 串联 ,测出两者各自的 电压 ,即可得到被测的电阻值 。
高中物理新课程实验分析
数字万用表的原理和使用
□ 吴月江
中国人民大学附属中学 100080
数字万用表是一种将所测的模拟量转换为数 字量 ,由液晶显示板或 LED 数码管显示测量值的 数字化测量仪表 。它在很多方面的性能优于指针 式万用表 。随着微电子技术和产业的迅猛发展 , 目前国产的数字式万用表的性价比已经优于指针 式万用表 ,常用的三位半型号的表价格在百元左 右 。所以在中学配备数字万用表供教师和学生分 组实验使用 ,已成为必然的趋势 。为此本文对数 字万用表作一简单的介绍 。 1 数字万用表的特点
U Π IN UREF = RXΠRO 即 RX = ( U Π IN UREF) RO 根据数字万用表 AΠD 转换器的特性 ,数字表 显示的是 UIN与 UREF的比值 ,当 UIN = UREF 时显示 “1000”, UIN = 015 UREF时显示“500”,依此类推 。所 以 ,当 RX = RO 时 , 表头将显示“1000”, 当 RX = 015 RO 时显示“500”, 这称为比例读数特性 。因 此 ,只要选取不同的标准电阻并适当地对小数点 进行定位 ,就能得到不同的电阻测量挡 。
使用前 ,要仔细阅读该产品的说明书 ,了解其 特点 、技术指标 (如各个功能和量程的准确度) 、操 作方法和注意事项等 。下面仅说明一些要点 :
①做任何一项测量 ,都需要用开关接通内装 的 9V 积层电池 ,使表中的集成芯片和电路工作 。 当两次测量间隔的时间较长时 ,最好及时用“ONΠ OFF”开关切断表中的电源以节约电能 。
⑦由于数据的采样有一定的间隔时间 (约为 3 次Π秒) ,表中的电路达到稳定也需要一些时间 , 所以要等待显示的数值稳定后读数 。有时末一位 数跳动 ,是由于被测的量不稳定造成的 。
⑧要选择合适的量程 ,使测量出的数值位数 尽量多 ,以减少测量结果的相对误差 。
⑨有一 个 标 有 二 极 管 和 音 符 图 形 的 专 门 挡 位 。它有两个功能 : 一是判别二极管的正负极 。 当有具体的数值显示 (而非溢出) 时 ,与红表笔接 触的那端是二极管的正极 ,与黑表笔接触的那端 是二极管的负极 。此时显示数值是该二极管在这 个测量条件下导通的正向电压 。二是测试电路的 通断 。用表内蜂鸣器发声显示 ,而无需看液晶屏 , 十分方便 。但是要求电路导通时的电阻 < 70Ω。
(1) 比较优势 ①显示清晰直观 ,易于读数 。 ②具有高准确度和高分辨率 。例如三位半 、 四位半数字万用表的准确度分别可达 ±013 %、± 0105 %。数字万用表在最低电压量程上末位一个 字所代表的电压值 ,称为仪表的分辨率 ,它反映了 仪表灵敏度的高低 。例如 ,三位半数字万用表的 分辨率为 1Π1999≈ ±0105 %。 ③测试功能强 。不仅可以测量直流电压 、交 流电压 、直流电流 、交流电流 、电阻 、二极管正向压 降 、晶体管共发射极电流放大系数 ,许多产品还附 有测量电容 、电感 、温度和频率等功能 。用蜂鸣器 挡能检查线路的通断 。大多数数字万用表还有读 数保持 、自动关机功能 。 ④自动判别极性 。即测量直流电流和电压 时 ,红黑表笔对测量的输入极性没有严格要求 ,电 流从黑表笔进入时 ,仪表显示值为负 。 ⑤自动调零 。 ⑥抗过载能力强 。只要在仪表承受范围内 , 超量程时并不会对仪表造成损害 。 ⑦电压挡具有高的输入阻抗 ,一般在 10MΩ 以上 。测量时常可忽略其对电路产生的分流作 用。 (2) 比较弱势
⑩测量电容不使用表笔 ,而将电容器的引线 插入标有“CX”的专用插口中 。插入前 ,要将电容 器短路放电 。
λϖ 不要过分依赖表中的自动过载保护 。 λω当液晶屏上显示一个电池的小图形时 ,表 明电池的电量不足 ,会导致测量误差增大 。要打 开后盖 ,更换相同规格的积层电池 。
(收稿日期 :2009203210)
①测量时不如指针式仪表那样能清楚直观地 显示指针偏转的过程 ,在观察充放电等过程时不 够方便 。
②数字万用表的量程转换开关通常与电路板 是一体的 ,触点容量小 ,耐压不很高 ,有的机械强 度不够高 ,寿命不够长 ,导致用旧以后换挡不可 靠。
③一般万用表的 VΠΩ 挡共用一个表笔插孔 , 而 A 挡单独用一个插孔 。使用时应注意根据被 测量调换插孔 ,否则可能造成测量错误或仪表损 坏。
④测量正弦交流电压和电流时 ,频率要在 40 ～400Hz 之间 ,结果显示的是有效值 。
⑤电阻挡具有自动调零功能 。测量时电流从 红表笔流出 ,进入被测量的元件 (指针式多用表电 阻挡的测量电流则是从黑表笔流出的) 。
⑥当被测的量程超出所选用的量程时 ,则只 在首位显示出“1”,表示溢出 ,提醒用户改用较大 的量程 。
现代实验技术
手持技术在化学教学应用中存在的 问题及对策研究
□ 张贤金1 黄 静1 黄新颖2
11 华东师范大学化学系 200062 ;21 福建师范大学附属中学 350007
摘 要 对手持技术的概况进行了介绍 ,在此基础上对手持技术在国内的现有研究进行梳理 、总结 。同时 ,笔者深入化学教 学一线 ,通过观察和访谈的方式对手持技术在化学教学应用中存在的问题进行了研究 。文章最后提出了几点建议 。 关键词 手持技术 化学教学 问题 对策
④虽然耗电并不费 (20mA 左右) ,但由于使用 9V 积层电池 ,电池使用寿命短 ,需要经常更换 。 2 数字式多用电表的结构和工作原理
(1) 基本组成 数字万用表的基本组成见图 1 。
图1
整个表是以一个 200 mV 的数字式测量表头 为核心组成的 。表头将输入信号进行模数 (AΠD) 转换并经其译码 、驱动电路 , 最后从液晶屏 ( 或 LED 数码管) 显示出来 。以常见的三位半数字表 为例 ,显示数值的范围为 010 - 19919 ,其首位数只 可能显示“1”,后三位数可以显示“0”到“9”的任意 一个数 ,所以称为三位半 。所有其他量 (或挡) 的 测量都将转换成满量程对应于 200mV 电压的信 号输入表头进行测量 。有些表首位能显示“1”、 “2”“、3”,后三位数可以显示“0”到“9”的任意一个
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Educational Equipment And Experiment Vol . 25 , No. 4 , 2009
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如对 200Ω 挡 ,取 RO1 = 100Ω ,小数点定在十 位上 (即显示 1 位小数) 。当 RX = 100Ω 时 ,表头 就会显示出 10010Ω。当 RX 变化时 ,显示值相应 变化 ,可以从 011Ω 测到 19919Ω。
又如对 2kΩ 挡 ,取 RO2 = 1kΩ ,小数点定在千 位上 (即显示 3 位小数) 。当 RX 变化时 ,显示值 相应变化 ,可以从 01001 kΩ 测到 11999 kΩ。
(2) 直流电压测量电路 电路如图 2 所示 ,所用的多挡分压电路与指 针式多用表不同 。因表头内阻极高 (大多在 1010Ω 以上) , 选 用 任 何 一 个 量 程 时 , 表 的 内 阻 都 是 10MΩ ,远大于指针式电压表的内阻 。因此用它测 量电压时 ,对被测电路的分流作用可以忽略 ,明显 优于指针表 。
《教学仪器与实验》第 25 卷 2009 年 第 4 期
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数 ,这样的表称为三又四分之三位表 。其他类型 依此类推 。