数字多用表校准方法的研究

数字多用表校准方法的研究

方醒洲

广东省江门市质量计量监督检测所  广东江门  529000

摘要：数字多用表的发展始于上世纪60年代初期，当时的技术水平和电子元器件的可靠性都比较有限，多用表的功能相对简单，并且体积较大，重量较重。随着电子技术的飞速发展，多用表的体积逐渐缩小，功能逐渐增强，精确度也大幅提高。为了保证数字多用表的精确性和可靠性，文章分析了数字多用表的基础校准，并对数字多用表的误差因素分析进行了内容总结。

关键词：数字多用表；准确性；计量校准

一、数字多用表的重要性

数字多用表具有快速、精准和可靠的特性。在实际的设备校准过程中，能够以较高的精度去检测电流、电压和电阻 [1]。数字多用表还具备便捷的功能，它通常采用数字显示器来显示测量结果，操作简单直观，不易出错。数字多用表还可以存储和导出测量数据，方便记录和分析，能够便于后续设备测量，保障设备的质量管理与进度追踪，有助于提升最终结果的准确性。

二、数字多用表的校准

2.1数字多用表的工作原理

校准示值超差数字多用表涉及对仪表的偏移、增益和非线性误差进行调整，旨在使数字多用表的测量准确度重新满足技术指标的要求。这一过程实现的原理在于数字多用表会根据测量值与标准值之间的差异，计算出每个功能和量程的偏移校准常数和增益校准常数[2]。数字多用表的工作原理基于使用内部ADC（模数转换器）将测量信号转换为数字信号，然后对其进行数字信号处理和计算，以获得准确的测量结果。它具有自动范围选择功能，可以根据测量信号的大小自动选择最佳的测量范围，以确保测量结果的准确性。数字多用表的测量方法包括直流和交流的电压和电流测量、电阻测量等。在测量直流电压和电流时，该仪器会在电路中放置一个内部的电阻或电流源，以便进行测量。在测量交流电压和电流时，该仪器会通过内部的变压器将交流信号降低到合适的电平，然后再进行测量。数字多用表还涉及到数字信号处理技术，它会将测量结果转换成数字信号，并使用内部的处理器进行计算和分析，然后将结果显示在仪器的屏幕上。

2.2数字多用表的校准步骤

第一，校准前，数字表放置在校准规范或说明书要求的环境下并通电预热，校准时使用尽可能短的专用铜芯（可以降低热偏移电压）绝缘屏蔽双绞线（以减小测量高值电阻时的误差）；第二，然后再依次开展零点偏移校准，选择直流电压功能，将此前板面上的四个接线端子相互短接，选择标准的电流、电压或电阻负载，并将其连接到数字多用表的输入端；第三，调整负载的参数，利用面板按键进入数字多用表的显示屏菜单，输入原厂密码后解锁，进入设备校准页面，调试设备的校准值，使其满足数字多用表的测量范围要求；第四，按照数字多用表的使用说明书，将数字多用表调整到适当的测量模式，并选择合适的量参量值；第五，读取数字多用表的测量值，一次针对直流电压、直流电流等各量程的零点偏移执行设备校准，对于电阻的各量程还需要分别接线，并将其与标准负载的参数进行比较，期间无需对数字多用表做多余操作，直至所有量程校准完成；第六，如果发现测量值与标准值存在误差，就需要对数字多用表进行校准；第七，重复以上步骤，直到数字多用表的测量值与标准值相符为止。

2.3数字多用表的校准注意事项

在进行数字多用表的校准前，必须确保其在规定的环境条件下进行。检查数字多用表外壳是否有损坏、脏污或者氧化，确保外观整洁干净。数字多用表的电源是否正常，如电池电量或者外部电源是否稳定。根据需要测量的电学量，选择合适的校准量程，并在不同档位下进行测试和调整。根据校准材料和设备的要求，采用正确的接线和校准模式进行校准。在实际操作过程中需要注意安全，避免触电或者损坏设备，严格按照数字多用表的使用说明书进行操作，不要随意更改测量参数或者校准系数。在校准过程中，如果需要终止或退出，可以随时操作。但需要注意的是，当前功能量程的校准常数将会丢失，需要重新进行校准。如若校准常数超出了数字表出厂设置的调整范围，无法通过校准使其重新符合性能指标，需要进行必要的维修。如果在检测周期内随意对数字表进行校准，将会影响其年稳定性指标的考核。因此，在校准过程中应注意遵循相应的规定和流程，确保校准的规范性和准确性。

三、数字多用表的误差因素分析

3.1元器件非理想特性引起的误差

在数字多用表的模拟电路部分中，由于元器件的非理想特性，如电阻的不完全线性、电容的泄漏电阻等，会对测量结果产生一定的影响，从而引入误差[3]。此外，放大器、分压器等模拟器件的非理想特性也会导致零点漂移、增益误差等，从而影响测量准确度。数字多用表的模拟电路测量误差见表1。

表1 数字多用表的模拟电路测量误差

3.2量化误差

量化误差是由于数字多用表在模/数转换过程中引入的误差。由于模拟信号在时间和幅度上都是连续的，而数字信号则是离散的，因此在实际测量中，模拟信号需要被量化为数字信号。这个过程中，量化台阶的大小取决于数字多用表的分辨率。分辨率越高，每个量化台阶就越小，量化误差也就越小。但是，提高分辨率也会增加电路的复杂性，因为需要更多的位数来表示数字信号，这将增加硬件的开销和成本。为了减小量化误差，可以采用细化技术。细化技术是通过增加量化台阶的数量来提高分辨率，同时保持电路复杂性相对较低。通过使用更精细的量化台阶，准确表示模拟信号，从而减小量化误差。

3.3非线性误差

数字多用表在进行测量时，需要将输入信号与已知的标准量进行比较，从而得到测量结果。然而，在实际情况下，由于各种因素的影响，如放大器的非线性、分压器的非线性等，测量结果可能会出现非线性的偏离，从而产生误差。此外，动态范围不够宽也会引起非线性误差。为了解决此类问题，采用多种技术扩展数字多用表的动态范围。AGC是一种用于调整放大器增益的技术，可以根据输入信号的幅度自动调整放大器的增益，从而保持输入信号在动态范围内。通过使用AGC技术，数字多用表可以更好地测量不同幅度的输入信号，并减小非线性误差。DSP技术可以通过对信号进行数字滤波、数字校准和数字补偿等处理来减小非线性误差。数字滤波可以去除噪声和干扰，数字校准可以修正测量器件的非线性误差，数字补偿可以动态调整信号的幅度和相位等参数。

四、结束语

数字多用表经过多年的发展，在体积、功能和精确度方面都得到了大幅度的提升，这为后期高效、精确的测量提供了重要的工具。通过校准和分析误差因素，可以确保数字多用表的准确性和可靠性，并最大程度地发挥其在检测中的作用。

参考文献：

[1]姬云鹏,李诺,梁国鼎,等. 基于MATCAL的数字多用表自动校准系统的研究[J]. 电子世界,2014(22):210-210.

[2]陈光辉．数字多用表校准结果不确定度评定[J]．科学技术创新,2022,(6):1-5.

[3]杨栋,何媛,田天.数字电压表校准技术研究[J].大众用电,2022(4):48-49.