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[综合] 都在讨论校验电阻,我也说说万用表两种测量电阻架构的区别。

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发表于 2023-9-4 07:48:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 ωωωω 于 2023-9-4 07:56 编辑

下图摘自HY12P65(DTM0660)手册。

这个手册是面向万用表设计工程师的,不太容易理解,我来简单解释一下。
简单来说,图中提到的"定电压方法",就是拿两个电阻串联进行分压,其中一个电阻是已知的(10M 1M 100K 10K 1K)之中的一个,另一个电阻是未知的,也就是用表笔接在外面那个电阻。
因此,两个电阻上的电压之比,就等于两个电阻阻值之比。
通过内部电路测量出这个电压比例,就能得到电阻比例。由于其中一个电阻阻值已知,就能计算出那个未知电阻的大小了。
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后面的"定电流方法"本质上是一种更精准的方法,但是由于在有限预算下,实现的性能并不比"定电压方法"高,而且还有一些不稳定因素和速度慢的问题,所以采用这个"定电流方法"方法的表占少数,一般在5.5位或更高的万用表采用这个方法。
这个方法很容易理解,就是通过某种方法产生一个大小确定的电流(1uA 10uA 100uA 1mA 10mA),令这个电流通过未知电阻,然后测量未知电阻上的电压,根据R=U/I计算出未知电阻的大小。
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接下来说说两种方法的主要区别:
理论上,"定电压方法"的量程可以达到无限大,也就是类似指针表那样,只要轻微摆动一点点,就能知道绝缘电阻至少不是"无穷大"了,无论它是MΩ还是TΩ。但是我们知道,如果想要获得最准确的结果,那么指针应该位于表盘中心附近,神奇的是,这一点对"定电压方法"的数字表同样适用。
换句话说,"定电压方法"可以通过牺牲精度来获得明显更宽广的档内量程,比如仅仅靠一颗10标准电阻,就能造出ZT-225的250档。而且由于其中一颗电阻是10这就意味着此分压器的输出阻抗略小于10MΩ,因此,配合27nF电容才有可能获得一个合理的速度,测量大电阻几乎瞬间出结果,这是"定电流方法"不能实现的。
可以说,如果不用这种方法,那么250量程的自动挡是不可能实现的,这种方法有它的独特的优点,不一定是偷工减料。
这种方法的缺点就是线性不太好,但也不是那么绝对。
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然后我测量了ZOYI ZT-225和OWON XDM1241来进一步说明二者的差别。

如图,蓝线是ZT-225的1M档(最大测到2.5M)的电压随被测电阻的变化。X轴是抹掉小数点的ZT-225读数,最右侧代表2.5000M。
可以看到蓝线有点略微弯曲,这就是被测电阻(约1M)与标准电阻(10M)进行分压的结果。

然后再看这张图的蓝线,这是ΔU / ΔDigit,也就是读数每变化一个字,电阻上电压的变化量,有点像灵敏度的意思,和跳字程度有关。实际上它和被测电阻上的电流大小挂钩。
可以看到,随着被测电阻阻值的上升,灵敏度下降,意味着阻值越大,理论上跳字越多(不过差不了多少)。
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再看两张图的绿线,这是ZT-225的10M档(最大测到25M)。这个档位的标准电阻也是10M,但随着未知电阻的上升(从1M到25M),能看到未知电阻上的电压越来越高,而且出现了严重的非线性。其实尽管理论上这种非线性不会造成"电阻档线性"的下降,但是实际上变数很多,最终我在ZT-225上观察到了0.2%的线性误差。
要注意的是,尽管10M档的灵敏度更高,但是ZOYI仍然砍掉了最后一位,我猜测是这个0.2%线性误差的缘故,也有可能因为实测抗干扰性能不佳。
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灰线是OWON的XDM1241,用的是HY3131,从结果来看,其采用"定电流方法",1M和10M档位电流分别为200nA和20nA。因此,读数稳定下来需要数秒。
可以看到,1M和10M两个档位的曲线完全重合在一起,意味着两个档位的跳字程度完全相同(理论上)。其他的感觉没有什么好说的,不说了。
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其实我本来是想给麦芒解释大电阻档性能较差的原因,但是从测试结果来看,并没有得到期望的结果(大电阻档灵敏度并不低于其他档位),甚至10M的灵敏度还更高。几十M~几百M肯定性能不佳,但讨论的内容也不在于此。
我更倾向于电磁干扰(不局限于50Hz)造成10M测不准,尤其是那两个善变的Yellow皮101。
从我自己很多块表的使用经验来看,没感觉到10M会测不准。用起来都挺正常的。

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 楼主| 发表于 2023-9-4 08:08:30 | 显示全部楼层
这个帖子是先做实验,后确定主题。
所以切题程度不高,多多见谅。


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发表于 2023-9-4 10:46:58 | 显示全部楼层
一个快 一个慢  

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发表于 2023-9-4 11:57:45 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
不同的表,大电阻测量效果区别很大,这倒是事实,比如有的测量速度比较快,稳定很快。有的慢悠悠的变,半天都稳定不下来。精度也差异很大!比如福禄克15/17/18B+  测量10M很多都在9.97M以下。甚至还不如几十块钱的表。
之前我也说过,纠结归纠结,这个级别的测量,实际中接触的太少了!我能用到的场合也就是偶尔修万用表需要确认一下10M电阻的精度。
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 楼主| 发表于 2023-9-4 12:19:17 | 显示全部楼层
我是不会修 发表于 2023-9-4 11:57
不同的表,大电阻测量效果区别很大,这倒是事实,比如有的测量速度比较快,稳定很快。有的慢悠悠的变,半天 ...

1楼里没有明说,但其实测大电阻的速度,很大程度上也决定测小电阻的速度。
比如这个ZT-225很明显刚接上电阻的一瞬间会顿一下,然后后面小数点跳动飞快(改了8M晶振)。感觉将近一半时间都浪费在100M档换1M档上面了。
我希望这些厂家的自动挡不要设到100M,而是设到1M(根据计数实际一般为2M或4M或6M),想测大电阻再手动切换,或者干脆在转盘上把大电阻档独立出来。
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发表于 2023-9-4 18:04:33 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
ωωωω 发表于 2023-9-4 12:19
1楼里没有明说,但其实测大电阻的速度,很大程度上也决定测小电阻的速度。
比如这个ZT-225很明显刚接上电 ...

1.明白了,谢谢,
2.手持表除了安捷伦功能设定多一些,目前各家功能都不多,不能自行设定从5m或者2m开始起跳
3.感觉手持表50000计数,或者胜利的20000计数,不是19999计数,校准点也是20000字的校准点比较好,5字或者2字是最适合的计数,从5m或者2m起跳就非常实用了
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发表于 2023-9-4 20:31:32 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
ωωωω 发表于 2023-9-4 12:19
1楼里没有明说,但其实测大电阻的速度,很大程度上也决定测小电阻的速度。
比如这个ZT-225很明显刚接上电 ...

61E+就很典型。10M非常慢,需要好久才能稳定,其它量程测电阻速度就很快。
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发表于 2023-9-15 09:58:51 | 显示全部楼层
考虑的比较全面
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发表于 2025-5-20 05:17:47 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
hy3131恒定电压比例电阻法输出电压2V太高了,满量程约0.7V。看此台表的数据,恒电流法满量程也有1V。手持表受众更广有在线测量阻值需求,hy3131如此高的输出电压是否注定只适合台表应用或者电工表应用而不能适应在线测量(有dm40的坛友可以分享一下在线测量模式)?难道只是为了高字数时有更高的电压字数分辨率(不跳字)?

0660等常见廉价ic输出基本在1V,满量程电压也一般在0.35V以下。是否可以单独削减hy3131电阻档字数使得量程最大输出限制在0.3V以下,相当于恒电流法升一档对应电流衰减十倍最高仅0.1V(5000字)或恒电压法50000字模式在00500和05000字跳档。优利德众多hy3131方案是否可以使用按键开机方式加入三位半在线测量模式。

仅仅6000字改5000字或60000改50000仍然存在触发二极管的可能,直接测量二极管,6k、60k、600k、6M档位均有读数,同为电工表的u123x系列却只有后两个档位有读数

四位半电阻在线测量需要更高的电压分辨率以降低输出电压,不高于3-5uV/count,实际情况需要再低1/5满足比例法做除法时的误差传递。不知有何模拟前端芯片方案可以做到。
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发表于 2025-5-20 11:42:42 | 显示全部楼层
高阻测量要考虑漏电
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发表于 2025-5-20 17:29:11 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
zhanghguang 发表于 2025-5-20 11:42
高阻测量要考虑漏电

漏电会导致偏离计算公式只会进一步增加误差,有guard保护自然是好的
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发表于 2025-5-20 17:50:58 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
mask2arm 发表于 2025-5-20 05:17
hy3131恒定电压比例电阻法输出电压2V太高了,满量程约0.7V。看此台表的数据,恒电流法满量程也有1V。手持表 ...

利用二极管理论伏安特性成功计算作图推导了二极管引入误差与表笔电压的关系,ut15bmax ut17bmax ut18bmax ut171b ut117c确有概率测量并联了二极管的电阻时获得稳定读数,实际阻值误差大于90%(一个数量级)且此时表笔电压往往大于0.65V。此时示数首位在5.5~6,证明优利德提高默认字数挤压了hy3131的原有量程冗余设计,也证明限制满量程时表笔最高电压即可避免触发二极管(以f289为例低于0.55V)。并联二极管功率越大误差越大呈log关系,限制电压越低在线测量精度(1、0.1、0.01%)越高呈线性关系。
不过定位电工表似乎早已注定,单独限制hy3131电阻档位5000count也未尝不可。
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发表于 2025-5-20 20:40:23 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
mask2arm 发表于 2025-5-20 17:50
利用二极管理论伏安特性成功计算作图推导了二极管引入误差与表笔电压的关系,ut15bmax ut17bmax ut18bmax ...

在线测电阻ut15bmax(17,18)准确率确实不理想。
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