精密仪器精密仪器作业 姓名:郭强 学号:65090109 学院:仪器科学与电气工程学院 万用表的发展史 精密仪器的发展可以说是从人类出现先的时代,便开始出现了制造。起初当然只是制造简单的一些工具,直到部落文明的形成,人们已能够制造比较精细复杂的工具。一直到20世纪初,在工业革命以前人们能够完成的制造工作仍然是很局限的,人们只能在手工制作的条件下制作一些比较长常用的工具,直到工业革命开始后,机械得以迅猛的发展。尤其是第二次工业革命后,制造业的蓬勃发展使人们对生活要求品质的不断提高,开始出现了各种机械仪器的制造,这...

　　精密仪器作业 姓名:郭强 学号:65090109 学院:仪器科学与电气

　　学院 万用表的发展史 精密仪器的发展可以说是从人类出现先的时代,便开始出现了制造。起初当然只是制造简单的一些工具,直到部落文明的形成,人们已能够制造比较精细复杂的工具。一直到20世纪初,在工业革命以前人们能够完成的制造工作仍然是很局限的,人们只能在手工制作的条件下制作一些比较长常用的工具,直到工业革命开始后,机械得以迅猛的发展。尤其是第二次工业革命后,制造业的蓬勃发展使人们对生活要求品质的不断提高,开始出现了各种机械仪器的制造,这些仪器起初只是用于生活中。 直到20世纪50年代后期,人们开始将其运用到对工业生产的量化以及对生产设计精度的提高。随着机械仪器的不但发展和完善,在20世纪60年代初,精密仪器的词语开始出现在人们的眼中。从此精密仪器开始不断发展渗透,如机械、测量、电子、计算机及自动化、光学技术等等。因此精密仪器的设计也在不断完善,由当初的简单到现在的程序多样,结构复杂,人们已将其运用到各个能涉及到的领域。如机械仪表、机床、检测技术和仪器设计、高精密测量仪、数据传输等等。 我现在介绍一下万用表这个仪器的发展史,以此来看精密仪器当中的一个仪器的发展历程。现在万用表在工业各个方面都具有非常重要的作用,可以说没有它的测量就不会有工业的发展。如今的万用表具有用途多,量程广,使用方便等优点,是电子测量中最常用的工具。它可以用来测量电阻,交直流电压和直流电压。有的万用表还可以测量晶体管的主要参数及电容器的电容量等。目前万用表的发展可以说是经历了三个阶段: 第一:指针式万用表 对于万用表的发展首先是指针式万用表,指针式万用表是一种多功能、多量程的测量仪表,一般万用表可测量直流电流、直流电压、交流电流、交流电压、电阻和音频电平等,有的还可以测交流电流、电容量、电感量及半导体的一些参数(如β)。 指针式万用表由表头、测量电路及转换开关等三个主要部分组成。 表头: 它是一只高灵敏度的磁电式直流电流表,万用表的主要性能指标基本上取决于表头的性能。表头的灵敏度是指表头指针满刻度偏转时流过表头的直流电流值,这个值越小,表头的灵敏度愈高。测电压时的内阻越大,其性能就越好。表头上有四条刻度线,它们的功能如下:第一条(从上到下)标有R或Ω,指示的是电阻值,转换开关在欧姆挡时,即读此条刻度线。第二条标有∽和VA,指示的是交、直流电压和直流电流值,当转换开关在交、直流电压或直流电流挡,量程在除交流10V以外的其它位置时,即读此条刻度线V的交流电压值,当转换开关在交、直流电压挡,量程在交流10V时,即读此条刻度线。第四条标有dB,指示的是音频电平。 测量线路: 测量线路是用来把各种被测量转换到适合表头测量的微小直流电流的电路,它由电阻、半导体元件及电池组成它能将各种不同的被测量(如电流、电压、电阻等)、不同的量程,经过一系列的处理(如整流、分流、分压等)统一变成 一定量限的微小直流电流送入表头进行测量。 转换开关 其作用是用来选择各种不同的测量线路,以满足不同种类和不同量程的测量要求。转换开关一般有两个,分别标有不同的档位和量程。指针式万用表小巧结实,经济耐用,灵敏度高,但它的缺点是读数精度差。 第二:数字万用表 现代万用表基本已数字化,并被专称为数字万用表(DMM)。在这种设备中,被测量信号被转换成数字电压并被数字的前置放大器放大,然后由数字显示屏直接显示该值;这样就避免了在读数时视差带来的偏差。同样,更好的电路系统和电子学,也提高了测量精度。旧的模拟仪表的基本精度在5%到10%之间,现代便携数字万用表则可以达到±0.025%,而工作台设备更高达百万分之一的精度。 在了解它的结构前,首先要了解两个概念: 1、有效值 若某一交流电与另一直流电在相同时间内通过同一电阻产生相等的热量,则这一直流电的电压、电流的数值分别是该交流电的电压、电流的有效值。其公式可用 2、平均值:通常是指经过测量仪器检波后的平均值,分为全波平均值和半波平均平均值 电压的数字化测量的核心是模数(A/D)转换,而各类数字电压表的区别主要是以A/D转换方式而加以区分的。A/D转换包括对模拟量的采样,再将采样值进行整量化处理,最后通过编码等实现转换过程。按其基本工作原理主要分为比较型和积分型两大类。 比较型:逐次逼近比较式A/D变换器的工作原理与天平称重相类似,被测量好比是被称的重物,等效数字量好比砝码。将被测电压Ux与分级递减的各级基准电压Er(砝码)逐一进行比较。按“大者弃,小者留”的原则,依次从高位到低位逐一进行比较,使输出的基准电压与被测电压逼近相等。当比较器输出为零时,相当于天平平衡,最终数字输出的数值就是被测信号的电压值。 它的特点是逐次逼近比较式A/D变换器测量速度快;精度取决于权电阻网络和基准电压源的精度,且与D/A转换位数有关;但是它的抗串模干扰能力差。 积分型:双积分式A/D变换器是在一个测量周期内用同一个积分器进行两次积分,将被测电压Ux转换成与其成正比的时间间隔。在此时间间隔内填充

　　频率的时钟脉冲,以其脉冲个数来反映Ux的大小。 其特点是在测量过程中,需要通过两次积分将UX变换为与之成正比的时间间隔,所以双积分式A/D变换器属于V―T变换式;测量准确度高;抗干扰能力强;测量速度慢。 指针式与数字式万用表各有优缺点。指针万用表是一种平均值式仪表,它具有直观、形象的读数指示。数字万用表是瞬时取样式仪表。它采用0.3秒取一次样来显示测量结果,有时每次取样结果只是十分相近,并不完全相同,这对于读取结果就不如指针式方便。指针式万用表一般内部没有放大器,所以内阻较小,比如MF-10型,直流电压灵敏度为100千欧/伏。MF-500型的直流电压灵敏度为20千欧/伏。 数字式万用表由于内部采用了运放电路,内阻可以做得很大,往往在1M欧或更大。这使得对被测电路的影响可以更小,测量精度较高。指针式万用表由于 内阻较小,且多采用分立元件构成分流分压电路。所以频率特性是不均匀的,而数字式万用表的频率特性相对好一点。指针式万用表内部结构简单,所以成本较低,功能较少,维护简单,过流过压能力较强。 数字式万用表内部采用了多种振荡,放大、分频保护等电路,所以功能较多。比如可以测量温度、频率、电容、电感,做信号发生器等等。 数字式万用表由于内部结构多用集成电路所以过载能力较差,损坏后一般也不易修复。数字式万用表输出电压较低。对于一些电压特性特殊的元件的测试不便。指针式万用表输出电压较高,电流也大,可以方便的测试可控硅、发光二极管等。 第三:高精度数字万用表 在数字万用表再进一步发展则是高精度数字万用表,其原理与数字万用表相同,与其不同的是它具有的特点是比数字万用表更高的精度和准确度,达到5位半或6位半;更多的测量功能;高速高精度的数据采集;还可以可以集成各种通信接口。万用表的数据采集和示波器的数据采集区别:万用表采样率底但精度很高;示波器为了捕捉快速变化的信号,所以拥有更快的采样率但其所采集的数据精度不高.

　　: 万用表目前已经发展了这三个阶段,我相信在以后万用表的发展会向着更高精度、更高可靠性的测量能力。当然了以后的发展仅仅在于万用表这一个行业,整个世界的所有精密仪器发展都会趋势向着便高精度、高可靠性的测量能力发展,由传统微米、亚微米精度向着纳米量级精度方向发展;实时测量、大尺寸测量技术的发展是对测量仪器工作范围的拓展,测量方式也由原接触式向光学非接触式测量过渡;此外,信息技术与测量技术的集成,即CAD/CAM/CAT的技术应用也将是未来精密测量技术发展的方向。由此将精密仪器带人另一个发展阶段。

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