万用表是电子爱好者最常用的测量仪器之一,是一种集成多种常用电学测量功能的仪器,常见的万用表具备电压、电流、电阻三大基础测试项目。现在不少万用表都向智能化和多功能化方向发展,所以很多数字化产品都具备自动量程选择和诸如测量电容、电感、频率、占空比、温度、三极管放大倍数等扩展功能。一般中低端的万用表技术已经非常普及,一些小作坊都能生产出各种多功能数字万用表,而且价格非常低廉。市场上一台万用表的价格从几元到几千元都有,那么我们该如何选择符合自己应用需要的万用表?
选购万用表应该从产品的性能、品牌、外观、售后服务、价格等几个方面综合考虑。
万用表的性能万用表的性能主要包括测量精度、扩展功能、可靠性、耐用性、产品安全特性这5个方面。
万用表的精度包括两个方面:一个是测量的准确度,即 通常所说的“误差”;另一个是测量的分辨率,就是通常所 说的“万用表的位数”。万用表的测量分辨率与测量准确度 没有必然的关系。虽然通常说,测量分辨率高的产品档次比 较高,测量准确度也做得比较好,但并不是绝对如此。
有的厂家投机取巧,产品看上去显示的位数较多,功能 也比较多,但限于成本和技术,无法很好地控制准确度和稳 定性,一台三位半的万用表测量准确度要比一台看起来具有 四位半显示的产品好是完全有可能的。万用表的分辨率是要 以准确度为基础的,否则高位数的显示是没有测量意义的。 在高要求的测量中,对万用表的测量准确度是有相当要求的, 万用表的测量准确度是衡量产品档次的主要指标之一。
一台万用表的测量准确度会随着使用时间的推移慢慢劣化,这也是仪器需要定期计量校准的主要原因。高可靠性的 万用表使用周期长,抗外界恶劣环境性能强。导致万用表误 差变大的原因有内在的和外在的:外在原因是使用环境和使 用频率次数,高低温、高湿度都会影响元器件的特性,随着 使用次数和时间的增加,磨损和老化在所难免;内在因素是 产品的品质,从线路设计制作到元器件的选用和制造工艺。同样作用的元器件,有价格昂贵但温度系数小、性能优异、经久耐用的产品,也有价格低廉但性能平平的产品,使用何 等档次的元器件直接关系到产品的成本,不同品牌的厂家是 有不同考虑的。
走高端路线的品牌,本着优质优价的原则选择高稳定性 元件和设计,确保了产品的可靠性耐用性,虽然价格高些, 但产品性能稳定,寿命长,返修率低。走“拼价格”路线的 品牌严格控制成本,甚至不惜缩水,这样的产品虽然价格便 宜,使用初期可能还不容易发现问题,但随着使用时间的延 长,问题就会慢慢暴露出来。好在大部分低端用户对万用表 的准确度并不敏感,也没有计量的手段,一般测测干电池显示 1.5xxV,测测市电显示22xV就行了,所以有不少用户说自 己的便宜万用表质量还行,用了多年还没坏,其实很多产品真的拿去计量,早已不在“状态” 了。
万用表的耐用性与产品的设计和品质密切相关,耐用的 产品在设计时就考虑到万用表可能面临恶劣的使用环境,包 括风吹雨淋以及意外的跌落和碰撞。高强度的外壳材料和抗 冲击设计以及高密封性是提高产品耐用性的基础。内部高品 质的器件可以延缓长期使用的磨损,有些高品质万用表的拨 盘采用优质金属,触点都做加厚镀金处理,这样可以起到抗 氧化耐磨的效果。有些10多年前产的名牌万用表在二手市场 经过多次转手,甚至被从洋垃圾中挑拣出来,依然可以正常 使用,足见其耐用性。
很多用户一说到万用表性能,往往专注产品的精度,其实产品的安全性更为重要,它与使用者的人身安全息息相关。误操作很难绝对避免,在超负荷或错误设定工作状态下,万用表能否保证最大限度地不使用户受到人身伤害以及 保持仪表自身的安全,这就与产品的安全特性设计有关。多 一份设计余量,就多一份成本,但也更多一份安全,严格执 行安全标准是对生命的负责。
高端万用表往往采用昂贵的保险丝,如 Fluke高端系列的 一颗保险丝的价格都在60元以上,一颗保险丝的价格完全可以买一两台便宜的万用表。高性能、高响应速度的保险丝能更灵敏、快速地隔断过载的意外,将仪器因为严重过载而发 生爆炸、融化等事故的可能性降到最低,同时保险丝管自身 内阻极低,可以将对串入电路后造成的影响控制在最小。
扩展功能是现代数字万用表多功能化的表现。除了传统 的电压、电流、电阻的基本测量外,常见的扩展测量功能还 有通断测量、二极管测量、三极管测量、电容量测量、温度 测量、频率测量、占空比测量,最大值保持、模拟指针快速响应显示、内置抗干扰低通滤波器、PC 通信接口、误操作保护。 扩展测量功能有时可以替代一些专项仪表,拓展万用表的应 用范围,达到一表多用,还可以提高工作效率和自动化率。
万用表的品牌
品牌是万用表品质的保证,同时也 是产品档次的体现。一个著名的品牌是经过多年市场的积淀,也是厂家对用户的承诺。一些国际著名 品牌的低端万用表虽然在大众用户关注的测量精度和扩展功能上并不出彩,但在产品可靠性、稳定性、安全特性等不常 为用户重视的内在品质上做得比较扎实,一丝不苟。用户用 久了才能慢慢体会出高品质产品的含义。很多用户都喜欢通 过比较参数来对比产品的性能,著名大品牌提供的产品参数 的真实性更有保障。
俗话说“隔行如隔山”,在工业发达的时代,行业的划 分越来越精细,涉及的技术也越来越专业、越狭窄。同属电 子行业,电器维修的高手一般不会精通仪器仪表专业技术, 大多停留在仪器应用的阶段,所以大部分万用表使用者并不 会像万用表制造行业的业内人员那样对产品有深入了解,没有必要为买一块万用表而先成为万用表专家,这也是不现实的。普通的基础知识加上品牌保证就是选购的捷径,因为厂 家已经从专业的角度为不同等级的应用设计好了不同档次的 系列产品。对于品牌的信任在电子行业是广泛被接受的,当 你拿出一块高档名牌万用表,懂行的人自然会对你的测试结 果增添几分信任,同时也更认可你的专业程度。
万用表的外观设计
外观设计关系到万用表的耐用性、抗毁性以及使用操作认证。随着万用表使用年限的增加,误差逐渐变大,这时就 需要通过专业校准来重新提高万用表的测量准确度,减小误 差。这种校准对于目前主流的数字万用表而言,往往只需要 配合专用仪器,对机内的数据进行软件调校,经过校准的万 用表完全可以达到新品出厂的性能,而校准的费用远远低于 购置新表的费用。通过专业的校准可以大大提高万用表的使用期限,从而降低仪器使用成本。高端的售后服务除了维修和校准外,还包括技术支持等高级服务。
指针万用表的选购
高品质的指针万用表应该具备优质的机械表头、灵活耐 用的挡位拨盘、稳定的系统精度、电压挡高内阻、完备的保 护机构、坚固耐用的外壳。优质的指针表头具有良好的响应 速度,同时具有适当的阻尼特性,有的高档表盘上还安装有 反光镜条,减小读出误差。一般大面积的表盘更容易读数, 但对于小型的便携型万用表,也要考虑产品的整体体积。国 产指针万用表主流应用级产品的直流精度为 2.5级,也有少量 科研级的产品达到1.5级和1.0级,更高等级的指针表大多是 单项功能单量程的专用表了,实际一般应用2.5级的表已经足够了。
在数字万用表的时代,高精度测量已经是数字表的天下,高档指针表的实用意义日趋没落。有些用户认为,早期出品的万用表大量使用高精度线绕电阻,拆开后盖内部满满 当当的,而近年出品的万用表则多用市面上常见的色环电 阻,拆开后盖内部空空落落的,因此品质下降,新产品没有 老货好,其实并不尽然。早期万用表使用线绕电阻,是因为 当时碳膜电阻的精度不够好,用传统线绕的方式更容易得到 阻值误差小的电阻。时过境迁,现在的色环电阻(碳膜电阻 和金属氧化膜电阻)的精度大大提高,加上二次筛选,很容 易得到符合误差要求的电阻,而且色环电阻的价格要比线绕 电阻便宜得多,所以大量使用色环电阻是必然的趋势。外观 看似差不多的色环电阻其实也有档次之分,包括精度等级和 稳定性等级,只要产品统调得当,一样可以制造出符合技术 规范的万用表。
国产指针万用表中有特色的高端产品主要有:直流精度达1.0级的MF35型和MF18型,直流精度达到1.5级的MF12型 和MF14 型,具备10微安测试挡和直流内阻达100kΩ/V的高灵敏度MF10型。这些万用表代表这我国指针表曾经的最高水 平,有一定的收藏价值,尤其是一些老年份的名厂表。
不过这些高端表现在的使用价值已经不高了,这是因为 这些过去被认为高精度的指针表,现在的测量准确性还是不 能和现在高档数字表相比的。对测量准确度要求很高的用户 现在应该直接用高端的台式高精度数字表,这些过去的高档 表体积大、重量重,作为普通维修使用不方便,而且价格也比较贵。从实用的角度,笔者推荐MF47型和MF500型表,这 些表的直流精度为主流的2.5级,具有很好的性价比,尤其是 MF47型表,体积适中,单拨盘操作,实用性强,便携/固定 使用两相宜。MF500型则是经典老款型号,很多以前技术图 纸上的数据都是用MF500型表测得的,MF500 双拨盘的特殊 操作方式是很多老工程师所怀念的。此外,优质的MF30、 MF50表也不错。
相同型号的国产万用表往往有很多厂家在生产,所以可能外型类似,但品质和价格截然不同。以MF500万用表为 例,上海第四电表厂的产品可以卖到近百元价位,而一些便宜的只要30元左右。国产指针万用表品牌方面,上海第四 电表厂的“星牌”在业内非常有名,其很多老型号产品在廉价潮的冲击下依然保持当年的优秀品质,上海第四电表厂也是为数不多生产 MF35等高端指针表的厂家。南京电表厂的MF47表市场上口碑不错,并且根据市场需求开发了MF47系 列产品,在保持基本性能的基础上,做出了不同配置、不同价格的产品,满足不同层次用户的需要。进口品牌的指针表主要有高端的德国GMC表和中档的日本SANWA三和表、日 本Kaise凯世表、日本 KYORITSU公立表,不过市场上假冒和仿制SANWA的很多。
数字万用表的选购
数字万用表是当前市场上的主流,按需选购,注重产品 的品质才是明智的选择。一般用户不必过分注重产品的分辨 率(显示位数),对于即使像家电维修这一类的应用,其实 最普通的三位半数字表就足够用了,高分辨率的测试绝大多 数情况下并没有实质性的帮助。对于大部分用户来说,万用 表实用、够用就好,不一定要买高价、高档的产品。名牌是 品质的保证,一般产品线中的中档产品具有最高的性价比。 高端产品虽然性能优良,但除了初期购置费用高昂外,后期 使用费用也会比较高。
首先,高性能产品耗电都会比较多,电池开销会比较 大。其次,使用的耗材(如保险丝之类的)费用比较高,如FLUKE高端万用表的一个保险丝都超过60元,一次误操作带 来的损失会明显加大。再次,后期的维修费用也与万用表的档次有关,高档万用表的维修费用很高。
对于一些与高压、大电流打交道的用户,万用表的安全 性比测量精度更重要。一般高精度的万用表适用于科研级和 研发级的应用,尤其是台式万用表更适合实验室使用,真正 使用七位半以上超高精度的万用表,需要有严格的规范,包 括适当的温度和湿度,并需要定期计量校准,如果像普通万 用表那样随便放置,开机就用,早就失去了实际使用意义。
从测量技术上分,数字万用表的交流有效值测量方法 有两种:平均整流原理和真有效值原理。前一种方法成本比 较低,主要适应正弦波的测量,遇到方波,读数就会偏大。 后一种方法虽然实现相对复杂,但对各种波形的测量比较准 确,绝大部分中高档万用表都采用真有效值测量方式。采用 真有效值测量方式的万用表都会在表上标上“Ture-RMS”字样,这已经成为数字万用表档次的一种标志。
的学习具有很强的实践性,是一门很注重实际动手操作的技术学科。不动手实践你是学不会单片机的。最后,虚心交流。在单片机学习过程中每个人都会遇到无数不能解决的问题,需要你向有经验的过来人虚心求教,否则,一味的自己埋头摸索会走许多弯路,浪费很多时间。
万用表的测量性能除了测量准确度和测量分辨率外,还 有一个很关键的指标响应速度,即开始测量到稳定读数的时 间,这也反映出万用表处理器对数据的处理能力,高档数字 表都具有非常快的响应速度。需要 注意的是,这与万用表屏幕刷新的 速度并没有直接的关系。有的用户抱怨自己的数字万用表测量速度慢,就与这个指标有关。有很多中 低档万用表在参数表中都回避这个 问题。
对于普通家庭用户, 测量精度基本没有什么要求,可以考虑价廉物美的产品,如优利德 30 元左右的 UT33 B,只要正规厂家的产品即可不用花费太多,放在工具箱里以备不时之需。
对于初级电子爱好者,可以选择国内名牌、精度不一定 很高的入门级多功能产品,如华仪MS8264或优利德UT60A, 价格不高,但功能齐全,有电容、三极管的测量等扩展功 能,可以免除购买专用仪器的费用,保护功能也比较齐全, 可以防止误操作对仪器的损毁。
对于专业生产线或者电子小厂的用户,因为连续开机, 工作时间比较长,所以需要耐用、省电、实惠的万用表,国 内名牌有良好的售后保障,入门级产品功能不多,但结实耐 用的型号是这类用户理想的选择,如胜利VC890D。
对于教学用万用表,一般批量比较大,大部分用户常关 心的结实耐用、耗材易损件价格低廉,对测量精度一般没有 特别的要求,只要求操作典型、直观由于是基础教学需要, 所以一般不选自动化程度很高的产品,如优利德的UT39A就 比较适合。
对于发烧级的电子爱好者,他们希望用的万用表有点档 次,但价钱又不太高,那么国产一线品牌的中高档产品是不 错的选择,如优利德UT70B,具备自动量程切换和模拟快速指示条。
对于特定行业用户,一些有针对性设计的名牌产品在价 格和性能上有较好的平衡,如Fluke F11x系列,同时一些专门 的设计可以大大提高工作效率和提高测量的准确性。
对于应用于电力和工业上经常与高压大电流打交道的 用户,万用表的安全特性更为重要,名牌的中高档产品,如 Fluke 87V,在安全性方面会更有保障。
对于专业电子工程师,一块名牌高端的万用表,如Fluke287/289,就像男人的腕表一样,更能在同行间体现出“专 业”的身份。尽管有时万用表的高端性能并不那么重要,但高性能产品使用起来绝对有不一样的感受,也可以解决很多 复杂的测量问题。
手持数字万用表品牌的进口高端品牌有Fluke 、Agilent、 GMC,国产一线品牌有华仪、优利得、胜利。台式数字万用 表方面,进口高端品牌有Agilent、KEITHLEY、Thurlby、Fluke, 国产一线品牌有固纬、普源、华仪、优利得、胜利。
市场上,一些进口的中高端的万用表报价相差很大,用 户选购时需要注意的是,有些低价货可能不是正货渠道,对 于灰色渠道的万用表,虽然也是原厂正品,但在官方售后维 修中可能会遇到一些问题。
指针表VS数字表
早期的万用表都是机械指针表,不过近20年来,数字表 技术的发展正在全面取代传统指针表的地位。记得早期数字 电压表刚出现时,即便是3位半的水平,也被看成高精度的测量仪器,数字表直接数字字符显示,没有表盘读数误差, 这是它与生俱来的优势。目前高档数字万用表的性能已经完 全超越传统指针表,很多高档产品可以通过数字化模拟指针 表的图形显示来弥补单纯数字显示无法显示的动态数据(如 测量脉充信号)等问题。指针表目前只有在响应速度和抗高 频信号干扰方面相比低端数字表才保留一定的优势。
在销售价格方面,指针表和数字表已经没有明显的差 别。数字万用表已经可以做得相当便宜,相反,传统工艺的 指针万用表要做得好的话,成本很高。国产指针表中,最好的MF35的市场价格依然在600元以上,这个价钱要是买国 产数字表,可以买到相当高端的产品。作为实用级的产品优质的MF47型指针表也在50元左右,同价位上,有很多国内 一线品牌的实用数字表可选。所以目前选用指针表还是数字表,主要看个人习惯,如果作为入门用户或者非专业用户,数字表具有读数方便、操作简单的优点,稍微上点档次的数 字表就具备自动量程选择功能,操作更为“傻瓜化”。
手持表 VS 台式表
在常见的数字万用表中,手持式表和台式表是最主要的 两种形式。
台式表一般主打高分辨率、高精度、高稳定性、高读数 速度等特点,同时可以提供较强的数据输出功能。常见的台式万用表分辨率从4位半到8位半都有。台式表一般用外部交流电供电,不需要过分考虑节电的问题,同时台式表体积也可以做得比较大,可以使用一些高性能电路和大体积、高精 度的元器件。
在显示屏方面,台式表也可以使用耗电高一些但显示效果比普通液晶更好的VFD屏幕。台式表分辨率高,准确性、稳定性好,但移动相对不便,大多适合应用于科研和计量领 域的实验室固定使用。另外作为高精度仪表,其在价格上远 高于一般的手持式万用表。前面已经说过,对于不同等级的 应用,不是万用表所能显示的位数越多一定越好,只要够用 就行,所以台式表和手持表是应用于不同范围的仪器,一般 电子维修和家用级用户没有选用高精度台式万用表的必要。 如果一个专业电器维修人员撇开仪器价格不考虑,选择 一台安捷伦 34401A 台式 6 位半的万用表和一台 FLUKE 低端 的 15B,对于维修电器来说,绝对是 FLUKE 15B 更方便实用。 台式表的高分辨率在家电维修中体现不出它的优势,反而由 于机身移动不便,成为较大的麻烦。当然,如果在实验室里,Agilent 34401A 的性能胜出 FLUKE 15B 远不在一个等级上。
所以,总的来说,手持表方便、灵活,适合一般测量,台式表适合高精度测量和专业应用。
此外,有些台式表具备4线制电阻测量模式,这对精确 测量精密低值电阻很有用,可以减少表笔导线内阻引入的误差。4线制电阻测量模式在一般手持表上是没有的。
笔形数字万用表是一种特殊外观的数字万用表,它将一 个表笔端固定在主机身上,另一表笔则采用传统方式用导线 引出,用户操作时把主机像普通表棒一样使用,为了方便,用于把握的主机一般都做成长条状,类似一支笔的外形。从技术原理上看,笔形万用表与常规盒式数字万用表是基本一 样的,只是换了一种外形而已。笔形万用表大多主打电压测 试和电阻测试,很多产品不具备电流测试功能,其实电压和 电阻测量是一般用户用得最多的功能。笔形万用表的优点是 体积小巧,特别适合外出携带,由于使用时直接手握笔形万 用表的机身作为正极表棒使用,所以就没有传统盒式万用表 主机需要专门有放置地方的问题,同时主机上的显示屏就握 在手中,离测试点非常近,读数也非常方便。很多做现场检 测和维修的用户用惯了笔形万用表都会喜欢上它。笔形万用 表的一般外观都为小巧设计,采用小型电源,不少还使用纽 扣电池,所以线路都采用超省电设计。笔形万用表配置的液 晶显示屏一般都没有盒式万用表的大,显示的内容也比较单 一。笔形万用表属于微型万用表的行列,通常不做成高精度 表,但用于现场检测和维修是绰绰有余的。
作为一种特殊形式的万用表,很多万用表制造大厂都 不太注重这类产品,国外主要是一些擅长做微型万用表的厂商在做,在国内比较容易买到的进口品牌有HIOKI(日本)、KYORITSU(日本)、 Kaise(日本),国产著名品牌则有华仪。
万用表新成员——示波表
具有显示波形功能的万用表称为示波表,简单地可以理 解为具备数字示波器基本特性的数字万用表。示波表一般都 采用大面积点阵液晶屏幕,具有多种灵活的显示方式,具备波形显示功能增加了万用表的功能,当然这与产品的测量准 确度和档次没有直接的关系。波形显示功能可以使万用表像 示波器一样看到交流的波形,当然也可以用来测量幅度(电 压)和周期(频率)参数,对交流信号来说是增加了测量的 内容。一般常用的万用表对交流信号的测量是弱项,尤其是 对频率较高的交流信号,一般的数字万用表只能测量100kHz 左右的交流信号,即便是高端的F189,也只能测试到1MHz 的交流信号。集成的示波器功能往往使示波表具有对的较高 频率交流信号的测量能力,常见的入门级示波表常都具备5~25MHz的带宽。
体积上,示波表类似高端万用表的大小,比便携示波器 要小得多,也要轻得多,携带非常方便。大部分入门级的示 波表虽然具备示波器的基本功能,但其性能和功能并不能完 全替代真正高性能示波器的作用,并不一定具备精密测量复 杂波形和微小信号的能力。高端的诸如FLUKE的99B、199之 类的示波器,性能不错,但严格地说,属于手持示波器的行 列,价格上也比同级别的台式示波器还要贵。
示波表对常用的直流电压的测量和电阻的测量波形显 示功能基本没有用武之地。总的来说,如果你手头没有示波器,又需要看到交流信号的大致波形(频率不能太高)且要求不高,那么示波表是不错的新选择,示波表会对交流信号 的简易测量带来新概念。对于高要求的用户,高性能的传统 数字万用表+便携型示波器是更好的选择。
转自:《无线电》杂志