【摘 要】 數(shù)字多用表作為現(xiàn)代化的多用途電子測(cè)量儀器，在物理、電氣、電子等測(cè)量領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，如何提高數(shù)字表測(cè)量的準(zhǔn)確度是數(shù)字表應(yīng)用的重要課題之一。本文通過分析數(shù)字多用表實(shí)際應(yīng)用中的主要誤差來源，并結(jié)合實(shí)例給出行之有效的測(cè)量誤差方法。

【關(guān)鍵詞】 數(shù)字多用表 DMM 實(shí)際誤差

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2014.15.009

數(shù)字多用表（DMM）是一種多用途電子測(cè)量儀器，它可以有很多特殊功能，但主要功能就是對(duì)電壓、電阻和電流進(jìn)行測(cè)量，作為現(xiàn)代化的多用途電子測(cè)量儀器，數(shù)字多用表主要用于物理、電氣、電子等測(cè)量領(lǐng)域。

使用任何儀器儀表進(jìn)行測(cè)量時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生誤差。儀表的誤差是儀表本身最重要的電氣特性之一。儀表誤差的大小，表明了顯示值與被測(cè)量的真值之間的差異程度，數(shù)字多用表的性能可以畫為輸入激勵(lì)和數(shù)字表讀數(shù)的圖表。對(duì)于精確的多用表，輸入激勵(lì)的曲線圖應(yīng)和讀數(shù)的曲線圖相匹配，但往往二者之間存在著一定的偏差，這就是數(shù)字多用表的實(shí)際誤差。數(shù)字多用表的實(shí)際誤差通常是偏移誤差、刻度誤差和線性度誤差這三種誤差類型的組合。

1 偏移誤差

一個(gè)理想電子測(cè)量儀器的測(cè)量結(jié)果應(yīng)該真實(shí)反映被測(cè)量，然而，在實(shí)際測(cè)量結(jié)果中往往會(huì)出現(xiàn)零點(diǎn)偏移，這種零點(diǎn)誤差就稱為偏移誤差。通過查找出使數(shù)字多用表的讀數(shù)為0時(shí)的輸出值，即可直接測(cè)得偏移誤差。該誤差之所以被稱為偏移誤差是因?yàn)樗苯臃从沉嗽跀?shù)字多用表讀數(shù)上所出現(xiàn)的固定誤差。例如，如果在施加-1.3mV的電壓時(shí)，某個(gè)數(shù)字多用表的讀數(shù)為0，則多用表的偏移誤差為+1.3mV。如圖1所示。

2 刻度誤差

一個(gè)理想電子測(cè)量儀器的測(cè)量結(jié)果應(yīng)該真實(shí)反映被測(cè)量，然而，在實(shí)際測(cè)量結(jié)果中，既有零點(diǎn)偏移又有變換系數(shù)誤差，后者又稱為刻度誤差?？潭日`差，有時(shí)候也稱為增益誤差，它是產(chǎn)生讀數(shù)誤差因數(shù)之一。當(dāng)數(shù)字多用表的響應(yīng)曲線偏離了1時(shí)就會(huì)產(chǎn)生刻度誤差。如果一個(gè)數(shù)字多用表只有刻度誤差（沒有偏移誤差和線性度誤差），當(dāng)用數(shù)字表測(cè)量0V的電壓時(shí)，其讀數(shù)也為0V，但當(dāng)測(cè)量10V的電壓時(shí)，其讀數(shù)將比10V高。例如，如果在施加19.903V時(shí)，一個(gè)數(shù)字多用表的讀數(shù)為19.900V，則該多用表的刻度誤差為-3mV。如圖2所示。

為了隔離刻度誤差，必需首先消除偏移誤差。做精密測(cè)量時(shí)若DMM有調(diào)零功能，先電壓輸入端短路調(diào)零和電流開路調(diào)零，減少零位誤差；無調(diào)零位功能的應(yīng)減去零位誤差。還可以在數(shù)字多用表的滿度點(diǎn)測(cè)得刻度誤差：

刻度誤差=[滿刻度值-標(biāo)準(zhǔn)值滿刻度值]×100%

這里要注意，最好在數(shù)字多用表的滿度點(diǎn)之下選擇一個(gè)點(diǎn)作為標(biāo)稱滿度，這樣能夠避免在進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)超出量程。例如，可以將19.9V作為滿度為20V的數(shù)字多用表的標(biāo)稱滿度點(diǎn)。在圖2所示的例子中，假設(shè)沒有偏移誤差，則該數(shù)字多用表的刻度誤差為：

刻度誤差=[19.900-19.90319.900]×100%=-0.0151%

3 線性度誤差

線性度誤差就是響應(yīng)曲線與規(guī)定直線之間的最大偏差。線性度誤差通常以量程的百分?jǐn)?shù)表示。這種誤差是通過響應(yīng)曲線上的零點(diǎn)和接近滿度的點(diǎn)來測(cè)量的，在這兩個(gè)點(diǎn)之間畫一條直線，然后測(cè)量不同的點(diǎn)響應(yīng)曲線偏離直線的程度。誤差值是相對(duì)于所選的滿度點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算的。計(jì)算線性度誤差的公式如下：線性度誤差=[顯示值-標(biāo)準(zhǔn)值滿刻度值]×100%

如圖3所示的線性誤差中，假設(shè)偏移誤差和刻度誤差均為零，則該數(shù)字多用表的線性度誤差為：

線性度誤差=[10.000-9.99319.900]×100%=+0.0352%

DMM的誤差可用絕對(duì)誤差Δ來表示：

[Δ][=±a%?Ux±b%?Um]

其中：[a]為誤差的相對(duì)項(xiàng)系數(shù)；[b]為誤差的固定項(xiàng)系數(shù)；[Um]為滿度值；[Ux]為讀數(shù)值。

由公式可以看出變化規(guī)律Δ隨[Ux]增加而增加。

由上面分析可以看出，對(duì)于電位差計(jì)第一項(xiàng)誤差是主要的，對(duì)于指針式電表第二項(xiàng)誤差是主要的，即表達(dá)儀表的引用誤差，DMM的有些地方接近于電位差計(jì)，有些地方接近于指針式電表，所以用兩項(xiàng)誤差表示最合理。

一般來說，數(shù)字多用表在使用過程中，實(shí)際誤差是不可避免的，可以說，誤差存在于一切的使用測(cè)量過程之中。但通過分析，找出主要的誤差來源，可以提高數(shù)字多用表測(cè)量的準(zhǔn)確度并提高工作效率。

作者簡介

郭晉，助理工程師，從事計(jì)量檢定工作。

（責(zé)任編輯：張曉明）