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萬用表各擋量程選擇及測量誤差分析
2015-03-03
用萬用表進行測量時會帶來一定的誤差。這些誤差有些是儀表本身的準確度等級所允許的最大絕對誤差。有些是調整、使用不當帶來的人為誤差。正確了解萬用表的特點以及測量誤差產生的原因掌握正確的測量技術和方法，就可以減小測量誤差。
人為讀數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：1測量前要把萬用表水平放置進行機械調零；2讀數時眼睛要與指針保持垂直；3測電阻時每換一次擋都要進行調零。調不到零時要更換新電池；4測量電阻或高壓時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；5在測量RC電路中的電阻時要切斷電路中的電源并把電容器儲存的電泄放完然后再進行測量。在排除了人為讀數誤差以后我們對其他誤差進行一些分析。
1．萬用表電壓、電流擋量程選擇與測量誤差
萬用表的準確度等級一般分為0．1、0．5、1．5、2．5、5等幾個等級。直流電壓、電流，交流電壓、電流等各擋準確度（精確度）等級的標定是由其最大絕對允許誤差 △X與所選量程滿度值的百分數表示的。以公式表示：A％=(△X/滿度值)×100％…… 1
(1)采用準確度不同的萬用表測量同一個電壓所產生的誤差
例如：有一個10V標準電壓用100V擋、0．5級和15V擋、2.5級的兩塊萬用表測量問哪塊表測量誤差小？
解：由1式得：第一塊表測：最大絕對允許誤差
△X1=±0.5％×100V=±0．50V。
第二塊表測：最大絕對允許誤差
△X2=±2．5％×l5V=±0.375V。
比較△X1和△X2可以看出：雖然第一塊表準確度比第二塊表準確度高但用第一塊表測量所產生的誤差卻比第二塊表測量所產生的誤差大。因此可以看出在選用萬用表時并非準確度越高越好。有了準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揮萬用表潛在的準確度。
(2)用一塊萬用表的不同量程測量同一個電壓所產生的誤差
例如：MF－30型萬用表其準確度為2．5級選用100V擋和25V擋測量一個23V標準電壓問哪一擋誤差小？
解：100V擋最大絕對允許誤差：
X(100)=±2.5％×100V=±2.5V。
25V擋最大絕對允許誤差：△X（25）=±2.5％×25V=±0.625V。由上面的解可知：
用100V擋測量23V標準電壓在萬用表上的示值在20．5V－25．5V之間。用25V擋測量23V標準電壓在萬用表上的示值在22.375V－23.625V之間。由以上結果來看△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用不同量程測量所產生的誤差是不相同的。在滿足被測信號數值的情況下應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量程測量不同的兩個電壓所產生的誤差
例如：MF－30型萬用表其準確度為2.5級用100V擋測量一個20V和80V的標準電壓問哪一擋誤差小？
解：最大相對誤差：△A％=最大絕對誤差△X/被測標準電壓調×100％100V擋的最大絕對誤差△X（100）=±2.5％×100V=±2.5V。
對于20V而言其示值介于17.5V－22.5V之間。其最大相對誤差為：A（20）％=(±2.5V/20V)×100％=±12.5％。
對于80V而言其示值介于77.5V－82.5V之間。其最大相對誤差為：
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量程測量兩個不同電壓的時候誰離滿擋值近誰的準確度就高。所以在測量電壓時應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。
2．電阻擋的量程選擇與測量誤差
電阻擋的每一個量程都可以測量0～∞的電阻值。歐姆表的標尺刻度是非線性、不均勻的倒刻度。是用標尺弧長的百分數來表示的。而且各量程的內阻等于標尺弧長的中心刻度數乘倍率稱作“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。其準確度用下式表示：
R％=(△R/中心電阻)×100％……2
(1)用一塊萬用表測量同一個電阻時選用不同的量程所產生的誤差
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。準確度等級為2.5級。用它測一個500Ω的標準電阻問用R×l0擋與R×100擋來測量哪個誤差大？解：由2式得：
R×l0擋最大絕對允許誤差△R（10）=中心電阻×R％=250Ω×（±2.5）％=±6.25Ω。用它測量500Ω標準電阻則500Ω標準電阻的示值介于493．75Ω～506．25Ω之間。最大相對誤差為：±6.25÷500Ω×100％=±1.25％。
R×l00擋最大絕對允許誤差△R（100）=中心電阻×R％2.5kΩ×（±2.5）％=±62.5Ω。用它測量500Ω標準電阻則500Ω標準電阻的示值介于437.5Ω～562.5Ω之間。最大相對誤差為：±62.5÷500Ω×100％=±10.5％。
由計算結果對比表明選擇不同的電阻量程，超聲波探傷儀測量產生的誤差相差很大。因此在選擇擋位量程時要盡量使被測電阻值處于量程標尺弧長的中心部位。測量精度會高一些。
人為讀數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：1測量前要把萬用表水平放置進行機械調零；2讀數時眼睛要與指針保持垂直；3測電阻時每換一次擋都要進行調零。調不到零時要更換新電池；4測量電阻或高壓時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；5在測量RC電路中的電阻時要切斷電路中的電源并把電容器儲存的電泄放完然后再進行測量。在排除了人為讀數誤差以后我們對其他誤差進行一些分析。
1．萬用表電壓、電流擋量程選擇與測量誤差
萬用表的準確度等級一般分為0．1、0．5、1．5、2．5、5等幾個等級。直流電壓、電流，交流電壓、電流等各擋準確度（精確度）等級的標定是由其最大絕對允許誤差 △X與所選量程滿度值的百分數表示的。以公式表示：A％=(△X/滿度值)×100％…… 1
(1)采用準確度不同的萬用表測量同一個電壓所產生的誤差
例如：有一個10V標準電壓用100V擋、0．5級和15V擋、2.5級的兩塊萬用表測量問哪塊表測量誤差小？
解：由1式得：第一塊表測：最大絕對允許誤差
△X1=±0.5％×100V=±0．50V。
第二塊表測：最大絕對允許誤差
△X2=±2．5％×l5V=±0.375V。
比較△X1和△X2可以看出：雖然第一塊表準確度比第二塊表準確度高但用第一塊表測量所產生的誤差卻比第二塊表測量所產生的誤差大。因此可以看出在選用萬用表時并非準確度越高越好。有了準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揮萬用表潛在的準確度。
(2)用一塊萬用表的不同量程測量同一個電壓所產生的誤差
例如：MF－30型萬用表其準確度為2．5級選用100V擋和25V擋測量一個23V標準電壓問哪一擋誤差小？
解：100V擋最大絕對允許誤差：
X(100)=±2.5％×100V=±2.5V。
25V擋最大絕對允許誤差：△X（25）=±2.5％×25V=±0.625V。由上面的解可知：
用100V擋測量23V標準電壓在萬用表上的示值在20．5V－25．5V之間。用25V擋測量23V標準電壓在萬用表上的示值在22.375V－23.625V之間。由以上結果來看△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用不同量程測量所產生的誤差是不相同的。在滿足被測信號數值的情況下應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量程測量不同的兩個電壓所產生的誤差
例如：MF－30型萬用表其準確度為2.5級用100V擋測量一個20V和80V的標準電壓問哪一擋誤差小？
解：最大相對誤差：△A％=最大絕對誤差△X/被測標準電壓調×100％100V擋的最大絕對誤差△X（100）=±2.5％×100V=±2.5V。
對于20V而言其示值介于17.5V－22.5V之間。其最大相對誤差為：A（20）％=(±2.5V/20V)×100％=±12.5％。
對于80V而言其示值介于77.5V－82.5V之間。其最大相對誤差為：
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量程測量兩個不同電壓的時候誰離滿擋值近誰的準確度就高。所以在測量電壓時應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。
2．電阻擋的量程選擇與測量誤差
電阻擋的每一個量程都可以測量0～∞的電阻值。歐姆表的標尺刻度是非線性、不均勻的倒刻度。是用標尺弧長的百分數來表示的。而且各量程的內阻等于標尺弧長的中心刻度數乘倍率稱作“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。其準確度用下式表示：
R％=(△R/中心電阻)×100％……2
(1)用一塊萬用表測量同一個電阻時選用不同的量程所產生的誤差
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。準確度等級為2.5級。用它測一個500Ω的標準電阻問用R×l0擋與R×100擋來測量哪個誤差大？解：由2式得：
R×l0擋最大絕對允許誤差△R（10）=中心電阻×R％=250Ω×（±2.5）％=±6.25Ω。用它測量500Ω標準電阻則500Ω標準電阻的示值介于493．75Ω～506．25Ω之間。最大相對誤差為：±6.25÷500Ω×100％=±1.25％。
R×l00擋最大絕對允許誤差△R（100）=中心電阻×R％2.5kΩ×（±2.5）％=±62.5Ω。用它測量500Ω標準電阻則500Ω標準電阻的示值介于437.5Ω～562.5Ω之間。最大相對誤差為：±62.5÷500Ω×100％=±10.5％。
由計算結果對比表明選擇不同的電阻量程，超聲波探傷儀測量產生的誤差相差很大。因此在選擇擋位量程時要盡量使被測電阻值處于量程標尺弧長的中心部位。測量精度會高一些。
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