數字多用表實際誤差的分析

【摘 要】 數字多用表作為現代化的多用途電子測量儀器，在物理、電氣、電子等測量領域得到廣泛的應用，如何提高數字表測量的準確度是數字表應用的重要課題之一。本文通過分析數字多用表實際應用中的主要誤差來源，并結合實例給出行之有效的測量誤差方法。

【關鍵詞】 數字多用表 DMM 實際誤差

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

數字多用表（DMM）是一種多用途電子測量儀器，它可以有很多特殊功能，但主要功能就是對電壓、電阻和電流進行測量，作為現代化的多用途電子測量儀器，數字多用表主要用于物理、電氣、電子等測量領域。

使用任何儀器儀表進行測量時，都會產生誤差。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量的真值之間的差異程度，數字多用表的性能可以畫為輸入激勵和數字表讀數的圖表。對于精確的多用表，輸入激勵的曲線圖應和讀數的曲線圖相匹配，但往往二者之間存在著一定的偏差，這就是數字多用表的實際誤差。數字多用表的實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

一個理想電子測量儀器的測量結果應該真實反映被測量，然而，在實際測量結果中往往會出現零點偏移，這種零點誤差就稱為偏移誤差。通過查找出使數字多用表的讀數為0時的輸出值，即可直接測得偏移誤差。該誤差之所以被稱為偏移誤差是因為它直接反映了在數字多用表讀數上所出現的固定誤差。例如，如果在施加-1.3mV的電壓時，某個數字多用表的讀數為0，則多用表的偏移誤差為+1.3mV。如圖1所示。

2 刻度誤差

一個理想電子測量儀器的測量結果應該真實反映被測量，然而，在實際測量結果中，既有零點偏移又有變換系數誤差，后者又稱為刻度誤差。刻度誤差，有時候也稱為增益誤差，它是產生讀數誤差因數之一。當數字多用表的響應曲線偏離了1時就會產生刻度誤差。如果一個數字多用表只有刻度誤差（沒有偏移誤差和線性度誤差），當用數字表測量0V的電壓時，其讀數也為0V，但當測量10V的電壓時，其讀數將比10V高。例如，如果在施加19.903V時，一個數字多用表的讀數為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。做精密測量時若DMM有調零功能，先電壓輸入端短路調零和電流開路調零，減少零位誤差；無調零位功能的應減去零位誤差。還可以在數字多用表的滿度點測得刻度誤差：

刻度誤差=[滿刻度值-標準值滿刻度值]×100%

這里要注意，最好在數字多用表的滿度點之下選擇一個點作為標稱滿度，這樣能夠避免在進行調節時超出量程。例如，可以將19.9V作為滿度為20V的數字多用表的標稱滿度點。在圖2所示的例子中，假設沒有偏移誤差，則該數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曲線與規定直線之間的最大偏差。線性度誤差通常以量程的百分數表示。這種誤差是通過響應曲線上的零點和接近滿度的點來測量的，在這兩個點之間畫一條直線，然后測量不同的點響應曲線偏離直線的程度。誤差值是相對于所選的滿度點進行計算的。計算線性度誤差的公式如下：線性度誤差=[顯示值-標準值滿刻度值]×100%

如圖3所示的線性誤差中，假設偏移誤差和刻度誤差均為零，則該數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的誤差可用絕對誤差Δ來表示：

[Δ][=±a%?Ux±b%?Um]

其中：[a]為誤差的相對項系數；[b]為誤差的固定項系數；[Um]為滿度值；[Ux]為讀數值。

由公式可以看出變化規律Δ隨[Ux]增加而增加。

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

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

作者簡介

郭晉，助理工程師，從事計量檢定工作。

（責任編輯：張曉明）