万用表误差分析

万用表误差分析

(2)用同一块万用表的同一量程测量不同的电阻所产生的误差万用表的电阻挡校准时，其综合内阻(中心电阻)和校准电阻相等，指针指向标尺刻度的中心位置。此时可用下式表示：V(中心电阻)=V(校准电阻)=V(总)/2，此时，R(中心电阻)=R(校准电阻)。这个点位于标尺总长度的中心，其误差等于零。从中心点往左、右两端的弧线近似于常用对数的曲线。可以把从中心点向左、向右到端点之间各点的误差用下式近似表示：

R(中－端)％=R％×LOG(中心电阻/被测电阻) (3)

a.中心点的电阻误差

由3式得：R(中心)％=±2.5％×LOG(中心电阻/校准电阻)=±2.5％×LOG 1=±2.5％×0=0。由此可见，中心点的电阻误差基本为零。

b.中心点到两端的电阻误差

例如：MF－30型万用表，电阻挡的准确度等级为2.5级。量程有×1、×10、×100、×1k、×10k等，对应的中心电阻分别为：25Ω、250Ω、2.5kΩ、25kΩ、250kΩ。现在此表的×100挡测量250Ω、25kΩ两个电阻，问它们的误差是多少?

解：×100 挡的最大绝对约许误差R％=±2.5％，由3式得：被测电阻相对中心电阻的误差R(I)％=R％×LOG(中心电阻/被测电阻)。

a.当被测电阻为250Ω时，R(250Ω)％=±2.5％×LOG(中心电阻/被测电阻)=±2.5％×LOG(2500Ω/250Ω)=±2.5％×LOG 101=±2.5％×1=±2.5％。

b.当被测量电阻为25kΩ时，R(25kΩ)％=R％×LOG(2.5kΩ/25kΩ)=±2.5％×LOG 10－1=±2.5％×(－1)=±2.5％。

由以上结果可以看出：测量250Ω和25kΩ时的相对误差与×100挡的最大绝对允许误差是相同的。所以，用同一量程挡测量电阻时，被测电阻应指示在1/10×中心电阻——10×中心电阻之间，可以保证测量的精度。超过此范围就不能保证准确性。

3.量程的输入电阻与测量误差

(1)测量电压时输入电阻与测量差

万用表输入电阻由表头上标的Ω/V值可求得。MF－30型万用表直流电压挡灵敏度为20000Ω/V，由此可求得100V挡输入电阻为100V×20kΩ/V=2MΩ，25V挡为500kΩ。MF14型万用表灵敏度1000Ω/V，100V挡的输入电阻为100kΩ。25V挡的输入电阻为25kΩ。由上可见，量程越大，输入电阻越高。不同的万用表即使挡位相同，但输入电阻也可能不一样。用万用表测交、直流电压时，万用表的输入电阻是和被测电路相并联的。会使被测电路的阻抗变小。测得的电压将比未并联万用表时的实际电压值小。对于同一块万用表来说，选用的挡位越小，其输入电阻越小，测出的电压误差越大。不同的万用表虽然挡位相同，如果输入电阻不同，则测量结果也不一样。

例如：有一个直流电阻网络，其等效电阻为5kΩ，标准输出电压为20V。用两块万用表的相同挡位测量或用一块万用表的不同挡位测量，问测量结果如何?

a用MF－30型25V挡和MF14型25V挡测量时产生的误差

当用MF－30型25V挡测量时，其输入内阻与直流电阻网络相并联。并联电阻R(30并)=(500×5)/(500＋5)=4.95kΩ。

当用MF14型25V挡测量时，其并联电阻R(14并)=(25×5)/(25＋5)=4.166kΩ，由此可见，不同的万用表即使选挡一样，其测量误差也是不一样的。并联后电阻大的，误差小；并联后电阻小的，误差大。

b.MF14型万用表100V挡和25V挡测量时的误差

当用100V挡测量时，并联电阻R(14－100并)=(100×5)/(100＋5)=4.76kΩ；当用25V挡测量时，并联电阻R(14－25并)=4.166kΩ，由此可见，同一万用表不同挡测量时，挡位大的误差小，挡位小的误差大。

综上所述：当万用表内阻大于被测电路输出阻抗20倍以上时，误差可忽略。要使电表输入电阻远大于电路输出阻抗势必要选用大量程挡，这与量程选择原则是矛盾的，这就需要灵活掌握，做到二者兼顾。

(2)测量电流时万用表量程的等效内阻对被测电路的影响所产生的误差

万用表直流各挡的等效内阻是不一样的，量程越小，内阻就越大。例如：500型万用表，表头灵敏度为40μA/25kΩ;50μA量程挡的等效内阻为 2.84kΩ；1mA量程挡的等效内阻为719.5Ω；10mA量程挡的等效内阻为74.6Ω；100mA量程挡的等效为18.49Ω；500mA量程挡等效为1.499Ω。

用万用表测量直流电流时，电流挡是与被测电路相串联的。这会使内阻上产生压降，所测得的电流值要小于未串万用表时的实际值。因此，产生测量误差。

例如：有一个24V标准电压和3kΩ标准电阻组成的简单电路，问用500型万用表10mA量程挡和100mA量程挡测量，它们的测量结果各是多少?

解：a.该电路的实际电流I(实际)=V(标准)/R(标准)=24V/3kΩ=8mA；b.用10mA量程挡测量：I(10)=V(标准)/[R(标准)＋R(10内阻)]=24/(3kΩ＋0.0746kΩ)=7.806mA；c.用100mA量程挡测量：I(100)=V(标准)/[R(标准)＋R(100内阻)]=7.951mA

用100mA量程挡测量结果c与a比较，相对误差为：(8－7.806)/8×100％=2.43％；用100mA 量程挡测量结果c与a比较，相对误差为：(8－7.951)/8×100％=0.61％。由以上比较分析可知：(1)用万用表测量电流时，其对测量结果产生一定影响，会使电流示值小于实际值。且量程挡越小，内阻越大，产生的误差就越大。当电流挡的内阻远远小于被测电路的输出阻抗时，电流挡的内阻对被测电路的影响可以忽略不计。因此，可选大一些的量程。(2)以上结论与量程选择原则相矛盾，需要在测量时全面衡量，二者兼顾。