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分析萬用表各擋量程及測量誤差
2015-10-31
萬用表又叫多用表、三用表、復(fù)用表，萬用表分為指針式萬用表和數(shù)字萬用表引。是一種多功能、多量程的測量儀表，一般萬用表可測量直流電流、直流電壓、交流電流、交流電壓、電阻和音頻電平等，有的還可以測交流電流、電容量、電感量及半導(dǎo)體的一些參數(shù)（如β）。
用萬用表進(jìn)行測量時(shí)會(huì)帶來一定的誤差。這些誤差有些是儀表本身的準(zhǔn)確度等級(jí)所允許的最大絕對(duì)誤差。有些是調(diào)整、使用不當(dāng)帶來的人為誤差。正確了解萬用表的特點(diǎn)以及測量誤差產(chǎn)生的原因，掌握正確的測量技術(shù)和方法，就可以減小測量誤差。
人為讀數(shù)誤差是影響測量精度的原因之一。它是不可避免的，但可以盡量減小。因此，使用中要特別注意以下幾點(diǎn)：
（1）讀數(shù)時(shí)眼睛要與指針保持垂直；
（2）測量前要把萬用表水平放置，進(jìn)行機(jī)械調(diào)零；
（3）測電阻時(shí)，每換一次擋都要進(jìn)行調(diào)零。調(diào)不到零時(shí)要更換新電池；
（4）在測量RC電路中的電阻時(shí)，要切斷電路中的電源，并把電容器儲(chǔ)存的電泄放完，然后再進(jìn)行測量。在排除了人為讀數(shù)誤差以后，我們對(duì)其他誤差進(jìn)行一些分析；
（5）測量電阻或高壓時(shí)，不能用手捏住表筆的金屬部位，以免人體電阻分流，增大測量誤差或觸電；
一．電阻擋的量程選擇與測量誤差
電阻擋的每一個(gè)量程都可以測量0～∞的電阻值。歐姆表的標(biāo)尺刻度是非線性、不均勻的倒刻度。是用標(biāo)尺弧長的百分?jǐn)?shù)來表示的。而且各量程的內(nèi)阻等于標(biāo)尺弧長的中心刻度數(shù)乘倍率，稱作“中心電阻”。也就是說，被測電阻等于所選擋量程的中心電阻時(shí)，電路中流過的電流是滿度電流的一半。指針指示在刻度的中央。其準(zhǔn)確度用下式表示：R％=（△R/中心電阻）×100％
（1）用一塊萬用表測量同一個(gè)電阻時(shí)，選用不同的量程所產(chǎn)生的誤差
例如：MF－30型萬用表，其Rxl0擋的中心電阻為250Ω；R×l00擋的中心電阻為2.5kΩ。準(zhǔn)確度等級(jí)為2.5級(jí)。用它測一個(gè)500Ω的標(biāo)準(zhǔn)電阻，問用R×l0擋與R×100擋來測量，哪個(gè)誤差大？
則R×l0擋最大絕對(duì)允許誤差△R（10）=中心電阻×R％=250Ω×（±2.5）％=±6.25Ω。用它測量500Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻，則500Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻的示值介于493．75Ω～506．25Ω之間。最大相對(duì)誤差為：±6.25÷500Ω×100％=±1.25％。
R×l00擋最大絕對(duì)允許誤差△R（100）=中心電阻×R％2.5kΩ×（±2.5）％=±62.5Ω。用它測量500Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻，則500Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻的示值介于437.5Ω～562.5Ω之間。最大相對(duì)誤差為：±62.5÷500Ω×100％=±10.5％。
由計(jì)算結(jié)果對(duì)比表明，選擇不同的電阻量程，測量產(chǎn)生的誤差相差很大。因此，在選擇擋位量程時(shí)，要盡量使被測電阻值處于量程標(biāo)尺弧長的中心部位。測量精度會(huì)高一些。
二．萬用表電壓、電流擋量程選擇與測量誤差
萬用表的準(zhǔn)確度等級(jí)一般分為0．1、0．5、1．5、2．5、5等幾個(gè)等級(jí)。直流電壓、電流，交流電壓、電流等各擋，準(zhǔn)確度（精確度）等級(jí)的標(biāo)定是由其最大絕對(duì)允許誤差 △X與所選量程滿度值的百分?jǐn)?shù)表示的。以公式表示：A％=（△X/滿度值）×100％
（1）采用準(zhǔn)確度不同的萬用表測量同一個(gè)電壓所產(chǎn)生的誤差
例如：有一個(gè)10V標(biāo)準(zhǔn)電壓，用100V擋、0．5級(jí)和15V擋、2.5級(jí)的兩塊萬用表測量，問哪塊表測量誤差?。?/div>
第一塊表測：最大絕對(duì)允許誤差△X1=±0.5％×100V=±0．50V。
第二塊表測：最大絕對(duì)允許誤差△X2=±2．5％×l5V=±0.375V。
比較△X1和△X2可以看出：雖然第一塊表準(zhǔn)確度比第二塊表準(zhǔn)確度高，但用第一塊表測量所產(chǎn)生的誤差卻比第二塊表測量所產(chǎn)生的誤差大。因此，可以看出，在選用萬用表時(shí)，并非準(zhǔn)確度越高越好。有了準(zhǔn)確度高的萬用表，還要選用合適的量程。只有正確選擇量程，才能發(fā)揮萬用表潛在的準(zhǔn)確度。
（2）用一塊萬用表的不同量程測量同一個(gè)電壓所產(chǎn)生的誤差
例如：MF－30型萬用表，其準(zhǔn)確度為2．5級(jí)，選用100V擋和25V擋測量一個(gè)23V標(biāo)準(zhǔn)電壓，問哪一擋誤差小？
100V擋最大絕對(duì)允許誤差：X（100）=±2.5％×100V=±2.5V。
25V擋最大絕對(duì)允許誤差：△X（25）=±2.5％×25V=±0.625V。
由上面可知：用100V擋測量23V標(biāo)準(zhǔn)電壓，在萬用表上的示值在20．5V－25．5V之間。用25V擋測量23V標(biāo)準(zhǔn)電壓，在萬用表上的示值在22.375V－23.625V之間。由以上結(jié)果來看，△X（100）大于△X（25），即100V擋測量的誤差比25V擋測量的誤差大得多。因此，一塊萬用表測量不同電壓時(shí)，用不同量程測量所產(chǎn)生的誤差是不相同的。在滿足被測信號(hào)數(shù)值的情況下，應(yīng)盡量選用量程小的擋。這樣可以提高測量的精確度。
（3）用一塊萬用表的同一個(gè)量程測量不同的兩個(gè)電壓所產(chǎn)生的誤差
例如：MF－30型萬用表，其準(zhǔn)確度為2.5級(jí)，用100V擋測量一個(gè)20V和80V的標(biāo)準(zhǔn)電壓，問哪一擋誤差??？
最大相對(duì)誤差:△A％=最大絕對(duì)誤差△X/被測標(biāo)準(zhǔn)電壓調(diào)×100％，100V擋的最大絕對(duì)誤差△X（100）=±2.5％×100V=±2.5V。
對(duì)于20V而言，其示值介于17.5V－22.5V之間。其最大相對(duì)誤差為：A（20）％=（±2.5V/20V）×100％=±12.5％。
對(duì)于80V而言，其示值介于77.5V－82.5V之間。其最大相對(duì)誤差為：A（80）％=±（2.5V/80V）×100％=±3.1％。
比較被測電壓20V和80V的最大相對(duì)誤差可以看出：前者比后者的誤差大的多。因此，用一塊萬用表的同一個(gè)量程測量兩個(gè)不同電壓的時(shí)候，誰離滿擋值近，誰的準(zhǔn)確度就高。所以，在測量電壓時(shí)，應(yīng)使被測電壓指示在萬用表量程的2/3以上。只有這樣才能減小測量誤差。
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