为什么万用表会放更多的电压来测量更小的电阻?

电器工程 电流测量 反抗 万用表 电压测量
2022-01-31 09:26:55

我在两个不同的万用表(不同的型号和品牌)上注意到了这种行为。起初我没有用万用表来测量不同刻度的电压变化了多少:我用自己的舌头意识到了这一点(见鬼,是的)。对于我拥有的这两个万用表,我可以肯定地感觉到当刻度变小时刺痛感越来越强。

所以:我尝试通过使用第二个万用表读取伏特,以不同的电阻刻度读数水平测量施加在一个万用表探头上的电压。我对结果印象深刻。

这是我读到的。左侧是“测量”万用表刻度设置,右侧是我读取的电压:

  • 200Ω -> 2,96V
  • 2kΩ -> 2,95V
  • 20kΩ -> 2,93V
  • 200kΩ -> 2,69V
  • 2MΩ -> 1,48V(多么下降!)

如果我切换仪表,事情会让我更加困惑:

  • 200Ω -> 2,71V
  • 2kΩ -> 2,69V
  • 20kΩ -> 0,35V (!!)
  • 200kΩ -> 0,32V
  • 2MΩ -> 0,18V

请任何人澄清为什么会发生这种情况?我希望应该施加更高的电压来测量更大的电阻。就在点击“发布”之前,我也选择测量电流 - 用于不同的欧姆表刻度级别。你猜怎么着:那些肯定也下降了,但与电压的比率不同。我很困惑。谢谢!

2个回答
  1. 我认为您的上例中的电压降是由电压表的输入阻抗(可能在 10M 左右)慢慢进入欧姆表的范围引起的。
  2. 对于 20k 及以上的范围,这又是电压表的输入阻抗问题。我认为 200Ω 范围与二极管测量有关,这需要在相对较高的电压下使用类似的电流源。剩下的 2kΩ 范围可能基于 200Ω 范围的电流源以具有成本效益的方式实现。

只有有了电路图,答案才能百分百确定。


您的万用表将尝试通过连接的电阻器发送已知/设定的电流来测量欧姆。此设定电流随仪表所在的范围而变化。但是,您的万用表上没有理想的电流源,而是尝试从您的电池电压和几个半导体中实现电流源,因此开路钳位电压永远不会超过电池电压。

不确定为什么更高范围的电压下降如此之多,这与电流源的构建方式有关。请注意,当您意识到量程乘以测量电流的乘积远低于开路钳位电压(第二列)时,“高”电压是没有用的(下面的第四列)。

另请注意,在最低电阻范围内测量的电压与所有三个仪表的二极管测量电压相同。对于二极管测量,您需要相对较高的电压来测试二极管上相对较高的电压降。在这种情况下,您仍然使用恒定电流,但您不再对电阻感兴趣,而是对实际测量的电压感兴趣。为或多或少相同的电流构建两个单独的电流源是没有用的。另一方面,如果您允许自己在电流源上有更高的电压降并且您不需要电压(第四列),则更容易构建准确的电流源。

以下是我的仪表的结果。对于三分之二的电压表(10MΩ)的输入阻抗低于欧姆表的范围,所以我跳过了这个值。列如下:

  1. 范围
  2. 开钳位电压
  3. 测量电流
  4. 测量所需的最大电压(范围 × 电流),请注意该电压是如何合理恒定的!

DVM20001\text{µA} = 550\text{mV}\\ 5\text{MΩ} &\Rightarrow& 614\text{mV} ^{*)} &\Rightarrow& 0.1\text{µA} \text{(最后一位)}\\ 50\text{MΩ} &\Rightarrow& ? ^{*)} &\Rightarrow& ?\\ \end{array}

*) 范围 > 5kΩ 的开路钳位电压可能会受到电压表的 10MΩ 输入阻抗的影响。它们可能都应该读取 1.20V。

SBC811(3V电池)

71\text{µA} = 742\text{mV}\\ 2\text{MΩ} &\Rightarrow& 563\text{mV} ^{*)}&\Rightarrow& 0.44\text{µA} &\Rightarrow& 2\text {MΩ} × 0.44\text{µA} = 880\text{mV}\\ 20\text{MΩ} &\Rightarrow& ? ^{*)} &\Rightarrow& 0.09\text{µA} \text{(最后一位)}\\ \end{array}

*) 范围 > 2kΩ 的开路钳位电压可能会受到电压表的 10MΩ 输入阻抗的影响。它们可能都应该读取 645mV。

DT-830B(9V电池)

\begin{array}\\ \text{range} &\Rightarrow& \text{开钳电压} &\Rightarrow& \text{恒流} &\Rightarrow& \text{满量程电压}\\ \hline\\ \text{二极管} &\Rightarrow& 2.63\text{V} &\Rightarrow& 1123\text{µA} \\ 200Ω &\Rightarrow& 2.63\text{V} &\Rightarrow& 1123\text{µA} &\Rightarrow& 200Ω × 1123\text{ µA} = 224\text{mV}\\ 2\text{kΩ} &\Rightarrow& 299\text{mV} &\Rightarrow& 70\text{µA} &\Rightarrow& 2\text{kΩ} × 70\text{µA } = 140\text{mV}\\ 20\text{kΩ} &\Rightarrow& 299\text{mV} &\Rightarrow& 23.0\text{µA} &\Rightarrow& 20\text{kΩ} × 23.0\text{µA} = 460\text{mV}\\ 200\text{kΩ} &\Rightarrow& 297\text{mV} ^{*)} &\Rightarrow& 2.95\text{µA} &\Rightarrow& 200\text{kΩ} × 2。95\text{µA} = 590\text{mV}\\ 2\text{MΩ} &\Rightarrow& 275\text{mV} ^{*)} &\Rightarrow& 0.35\text{µA} \text{(接近刻度低端)} &\Rightarrow& 2\text{MΩ} × 0.35\text{µA} = 700\text{mV}\\ \end{array}

*) 量程 > 20kΩ 的开路钳位电压可能会受到电压表的 10MΩ 输入阻抗的影响。它们可能都应该读取 300mV。

测量电阻的一种很好的“线性”方法是通过电阻器馈入已知量的电流并测量电压。由于电压与电阻成正比,因此读数与电压成正比的仪表将读取与电阻成正比的值。

由于电阻在多个数量级上变化,因此没有单一的电流量可以最佳地测量所有电阻。1 微安的电流会导致 1M 电阻下降 1 伏,但会导致 1 欧姆电阻仅下降 1 微伏。具有限制为 2 伏特的单个电流源并且其电压读数在最精细范围内仅精确到微伏的仪表将无法测量任何大于 2 兆的电阻,并且只能测量精确到最接近的欧姆的小电阻. 如果仪表不使用单个 1uA 电流源,而是使用 0.1uA 电流源和 100uA 电流源,那么较小的电流源将能够测量高达 20 兆的电阻,