2.2　数字万用表的测量原理与使用

指针万用表是一种平均值式测量仪表，具有结构简单、成本低、读数直观形象（用表针摆动幅度反映测量值大小），且测量时可输出较高的电压（最高可达9V以上），特别适合测量一些需要较高电压才能导通的半导体元器件（如发光二极管、MOS管和IGBT等）；但由于指针万用表内阻小，在测量时对被测电路具有一定的分流作用，会影响测量精度。数字万用表是一种瞬时取样式测量仪表，它采用每隔一定时间来显示当前测量值，测量时常出现数值不稳定的情况，需要数值稳定后才能读数；但数字万用表的内阻大，对被测电路分流小，故测量精度高。由于采用数字测量技术，数字万用表具有较多的测量功能（如对电容量、温度和频率的测量）。

2.2.1　面板介绍

数字万用表的种类很多，但使用方法大同小异，本节以应用广泛的VC890C+型数字万用表为例来说明数字万用表的使用方法。VC890C+型数字万用表及其配件如图2-19所示。

1.面板说明

VC890C+型数字万用表的面板说明如图2-20所示。

2.挡位开关及各功能挡

VC890C+型数字万用表的挡位开关及各功能挡如图2-21所示。

2.2.2　数字万用表的基本组成及测量原理

1.数字万用表的组成和工作原理

数字万用表的基本组成框图如图2-22所示，从图可以看出，数字万用表主要由挡位开关、功能转换电路和数字电压表等组成。

数字电压表只能测直流电压，由A/D转换电路、数据处理电路和显示屏等构成。它通过A/D转换电路将输入的直流电压转换成数字信号，再经数据处理电路处理后送到显示屏，将输入的直流电压的大小以数字的形式显示出来。

功能转换电路主要由和I/U等转换电路组成。R/U转换电路的功能是将电阻的大小转换成相应大小的直流电压转换电路的功能是将大小不同的交流电压转换成相应的直流电压，I/U转换电路的功能是将大小不同的电流转换成大小不同的直流电压。

挡位开关的作用是根据待测的量选择相应的功能转换电路。例如在测电流时，挡位开关将被测电流送至I/U 转换电路。

以测电流来说明数字万用表的工作原理：在测电流时，电流由表笔、插孔进入数字万用表，在内部经挡位开关（开关置于电流挡）后，电流送到I/U转换电路，转换电路将电流转换成直流电压再送到数字电压表，最终在显示屏显示数字。被测电流越大，转换电路转换成的直流电压就越高，显示屏显示的数字就越大，指示出的电流数值也就越大。

由上述可知，数字万用表不管是在测电流、电阻时，还是在测交流电压时，在其内部都要转换成直流电压。

2.数字万用表的测量原理

数字万用表对各种量的测量，其区别主要在于功能转换电路。

（1）直流电压的测量原理

直流电压的测量原理示意图如图2-23所示。被测电压通过表笔送入万用表，如果被测电压低，则直接送到电压表IC的IN+（正极输入）端和IN−（负极输入）端，被测电压经IC进行A/D转换和数据处理后在显示屏上显示出被测电压的大小。

如果被测电压很高，可将挡位开关S置于“2”，被测电压经电阻R1降压后再通过挡位开关送到数字电压表的IC输入端。

（2）直流电流的测量原理

直流电流的测量原理示意图如图2-24所示。被测电流通过表笔送入万用表，电流在流经电阻R1、R2时，在R1、R2上有直流电压。

如果被测电流很小，可将挡位开关S置于“1”，取R1和R2上的电压送到IC的IN+端和IN−端。被测电流越大，R1、R2上的直流电压就越高，送到IC输入端的电压就越高，显示屏显示的数字也就越大（因为挡位选择的是电流挡，故显示的数值读作电流值）。

如果被测电流很大，可将挡位开关S置于“2”，只取R2上的电压送到数字电压表的IC输入端，这样可以避免被测电流很大时电压过高而超出电压表显示范围。

（3）交流电压的测量原理

交流电压的测量原理示意图如图2-25所示。被测交流电压通过表笔送入万用表，交流电压正半周经VD1对电容C1充得上正下负的电压，负半周则由VD2、R1旁路，C1上的电压经挡位开关直接送到IC的IN+端和IN−端，被测电压经IC处理后在显示屏上显示出被测电压的大小。

如果被测交流电压很高，则C1上充得电压很高，这时可将挡位开关S置于“2”，C1上的电压经R2降压，再通过挡位开关送到数字电压表的IC输入端。

（4）电阻阻值的测量原理

电阻阻值的测量原理示意图如图2-26所示。在测电阻时，万用表内部的电源VDD经R1、R2为被测电阻Rx提供电压，Rx上的电压送到IC的IN+端和IN−端，Rx阻值越大，Rx两端的电压就越高，送到IC输入端的电压就越高，最终在显示屏上显示的数值也就越大。

如果被测电阻Rx阻值很小，它两端的电压就会很低，IC无法正常处理，这时可将挡位开关S置于“2”，这样电源只经R2降压为Rx提供电压，Rx上的电压不会很低，IC就可以正常处理并显示出来。

2.2.3　使用方法

数字万用表的主要功能有直流电压和直流电流的测量，交流电压和交流电流的测量，电阻阻值的测量，二极管和三极管的测量；一些功能较全的数字万用表还具有测量电容、电感、温度和频率等的功能。VC890C+型数字万用表具有上述大多数测量功能，下面以该型号的数字万用表为例来说明数字万用表各测量功能的使用。

1.直流电压的测量

VC890C+型数字万用表的直流电压挡位可分为200mV、2V、20V、200V和1000V挡。

（1）直流电压的测量步骤

① 将红表笔插入“”插孔，黑表笔插入“COM”插孔。

② 测量前先估计被测电压可能的最大值，选取比估计电压高且最接近的电压挡位，这样测量值更准确。若无法估计，可先选最高挡测量，再根据大致测量值重新选取合适的低挡位进行测量。

③ 测量时，红表笔接被测电压的高电位处，黑表笔接被测电压的低电位处。

④ 读数时，直接从显示屏读出的数字就是被测电压值。读数时要注意小数点。

（2）直流电压测量举例

下面以测量一节标称电压为9V的电池的电压来说明直流电压的测量方法，其操作图如图2-27所示。

由于被测电池标称电压为9V，根据选择的挡位高于且最接近被测电压的原则，将挡位开关选择直流电压的20V挡最为合适，然后红表笔接电池的正极，黑表笔接电池的负极，再从显示屏直接读出数值即可。如果显示数据有变化，则待其稳定后读值。图2-27中显示屏显示值为“08.66”，说明被测电池的电压为8.66V。当然，也可以将挡位开关选择200V挡、1000V挡测量，但准确度会下降。挡位偏离被测电压越大，测量出来的电压值误差越大。

2.直流电流的测量

VC890C+型数字万用表的直流电流挡位可分为200μA、2mA、20mA、200mA和20A挡。

（1）直流电流的测量步骤

① 将黑表笔插入“COM”插孔，红表笔插入“mA”插孔；如果测量200mA～20A电流，红表笔应插入“20A”插孔。

② 测量前先估计被测电流的大小，选取合适的挡位，选取的挡位应大于且最接近被测电流值。

③ 测量时，先将被测电路断开，再将红表笔置于断开位置的高电位处，黑表笔置于断开位置的低电位处。

④ 直接从显示屏上读出电流值。

（2）直流电流测量举例

下面以测量流过一只灯泡的工作电流为例来说明直流电流的测量方法，其操作图如图2-28所示。

灯泡的工作电流较大，一般会超过200mA，故挡位开关选择直流20A挡，并将红表笔插入“20A”插孔。再将电池连接灯泡的一根线断开，红表笔置于断开位置的高电位处，黑表笔置于断开位置的低电位处，这样才能保证电流由红表笔流进，从黑表笔流出。然后观察显示屏，发现显示的数值为“00.25”，则被测电流的大小为0.25A。

3.交流电压的测量

VC890C+型数字万用表的交流电压挡位可分为2V、20V、200V和780V挡。

（1）交流电压的测量步骤

① 将红表笔插入“”插孔，黑表笔插入“COM”插孔。

② 测量前，估计被测交流电压可能出现的最大值，选取合适的挡位，选取的挡位要大于且最接近被测电压值。

③ 红、黑表笔分别接被测电压两端（交流电压无正、负之分，故红、黑表笔可随意接）。

④ 直接从显示屏上读出被测电压值。

（2）交流电压测量举例

下面以测量市电电压的大小为例来说明交流电压的测量方法，其操作图如图2-29所示。

市电电压的标准值应为220V，万用表交流电压挡只有750V挡大于且最接近该数值，故将挡位开关选择交流750V挡，然后将红、黑表笔分别插入交流市电的电源插座，再从显示屏读出显示的数字。图中显示屏显示的数值为“237”，故市电电压为237V。

数字万用表显示屏上的“T-RMS”表示真有效值。在测量交流电压或电流时，万用表测得的电压或电流值均为有效值。对于正弦交流电，其有效值与真有效值是相等的；对于非正弦交流电，其有效值与真有效值是不相等的，故对于无真有效值测量功能的万用表，在测量非正弦交流电时，所测得的电压值（有效值）是不准确的，仅供参考。

4.交流电流的测量

VC890C+型数字万用表的交流电流挡位可分为20mA、200mA和20A挡。

（1）交流电流的测量步骤

① 将黑表笔插入“COM”插孔，红表笔插入“mA”插孔；如果测量200mA～20A电流，红表笔应插入“20A”插孔。

② 测量前先估计被测电流的大小，选取合适的挡位，选取的挡位应大于且最接近被测电流值。

③ 测量时，先将被测电路断开，再将红、黑表笔接断开位置的两端。

④ 从显示屏上直接读出电流值。

（2）交流电流测量举例

下面以测量一个电烙铁的工作电流为例来说明交流电流的测量方法，其操作图如图2-30所示。

被测电烙铁的标称功率为30W，根据I=P/U可估算出其工作电流不会超过200mA，挡位开关选择交流200mA挡最为合适，再按图2-30所示的方法将万用表的红、黑表笔与电烙铁连接起来，然后观察显示屏显示的数字为“123.7”，则流经电烙铁的交流电流大小为123.7mA。

5.电阻阻值的测量

VC890C+型数字万用表的交流电阻挡位可分为200Ω、2kΩ、20kΩ、200kΩ、2MΩ和20MΩ挡。

（1）电阻阻值的测量步骤

① 将红表笔插入“”插孔，黑表笔插入“COM”插孔。

② 测量前先估计被测电阻的大致阻值范围，选取合适的挡位，选取的挡位要大于且最接近被测电阻的阻值。

③ 红、黑表笔分别接被测电阻的两端。

④ 从显示屏上直接读出阻值大小。

（2）欧姆挡测量举例

下面以测量一个标称阻值为1.5kΩ的电阻为例来说明电阻挡的使用方法，其操作图如图2-31所示。

由于被测电阻的标称阻值（电阻标示的阻值）为1.5kΩ，根据选择的挡位大于且最接近被测电阻值的原则，挡位开关选择2kΩ挡最为合适。然后红、黑表笔分别接被测电阻两端，观察显示屏显示的数字为“1.485”，则被测电阻的阻值为1.485kΩ。

6.线路通断的测量

VC890C+型数字万用表有一个二极管/通断测量挡，利用该挡除了可以测量二极管外，还可以测量线路的通断。当被测线路的电阻低于50Ω时，万用表上的指示灯会亮，同时发出蜂鸣声。由于使用该挡测量线路时万用表会发出声光提示，故无须察看显示屏即可知道线路的通断，适合快速检测大量线路的通断情况。

下面以测量一根导线为例来说明数字万用表通断测量挡的使用，其操作图如图2-32所示。

7.温度的测量

VC890C+型数字万用表有一个摄氏温度/华氏温度测量挡，温度测量范围是−20～1000℃，短按多用途键可以将显示屏的温度单位在摄氏度和华氏度之间切换，如图2-33所示。摄氏温度与华氏温度的关系是：华氏温度值=摄氏温度值×(9/5)+32。

（1）温度测量的步骤

① 将万用表附带的测温热电偶（见图2-34）的红插头插入“”插孔，黑插头插入“COM”插孔。测温热电偶是一种温度传感器，能将不同的温度转换成不同的电压。如果不使用测温热电偶，万用表也会显示温度值，该温度为表内传感器测得的环境温度值。

② 挡位开关选择温度测量挡。

③ 将热电偶测温端接触被测温的物体。

④ 读取显示屏显示的温度值。

（2）温度测量举例

下面以测一只电烙铁的温度为例来说明温度的测量方法，其操作图如图2-35所示。测量时将热电偶的黑插头插入“COM”插孔，红插头插入“”插孔，并将挡位开关置于“℃/℉”挡，然后将热电偶测温端接触电烙铁的发热部位（烙铁头），再观察显示屏显示的数值为“0230”，则说明电烙铁烙铁头的温度为230℃。

2.2.4　数字万用表使用注意事项

在使用数字万用表时要注意以下事项：

① 选择各量程测量时，严禁输入的电参数值超过量程的极限值。

② 36V以下的电压为安全电压，在测高于36V的直流电压或高于25V的交流电压时，要检查表笔是否可靠接触、是否正确连接、是否绝缘良好等，以免触电。

③ 当转换功能和量程时，表笔应离开测试点。

④ 选择正确的功能和量程，谨防操作失误。数字万用表内部一般都设有保护电路，但为了安全起见，仍应正确操作。

⑤ 在电池没有装好和电池后盖没安装时，不要进行测试操作。

⑥ 测量电阻时，请不要将电压输入万用表。

⑦ 在更换电池或保险丝（熔丝的俗称）前，请先将测试表笔从测试点移开，再关闭电源开关。