1.3 数字万用表的发展趋势

采用新技术、新工艺，由超大规模集成电路（VLSI）构成的新型数字万用表的问世，标志着电子仪器领域的一场革命，也开创了现代电子测量技术的先河。下面从5个方面阐述新型数字万用表的发展趋向。

1.广泛采用新技术，不断开发新产品

电子技术的进步，往往预示着数字万用表研制水平的新突破。近年来各项新技术愈来愈被广泛采用，使之迅速转化为生产力。例如，美国福禄克（Fluke）公司的“余数再循环”专利技术、“自动脱离接触测量保持功能”专利技术；吉时利（Kelthley）公司的直流在线电流测量专利技术；哈里斯（Harris）公司的低噪声Bi-MOS工艺制造专利技术；模拟器件公司（ADI）的四斜率A/D转换技术、“闭壳（closed-case）”校准技术、“依次加法积分”专利技术；英国迪持朗（Datron）公司的“自动校准（AUTO-CAL）”技术、固态真有效值转换技术、真欧姆测量技术（采用4线制测量电阻的同时检测并扣除电阻上的各种电动势）；等精度测量频率等，都为提高数字万用表的技术性能做出了贡献。例如，美国惠普（HP）公司研制的HP3458A型位数字多用表（DMM）中，采用多斜率A/D转换原理，并用超导领域的约瑟夫森（Josephson）结阵列标准来校准10V挡的线性度，使之优于5×10-8。英国舒力强（Solartron）公司生产的7081型位数字电压表（DVM），所用精密电阻的温度系数低至0.5×10-6/℃，基准电压源的电压温度系数αT＜1×10-6/℃。HP3458A型DMM测量DCV的准确度高达±0.000 06%，按4½位方式工作时的测量速率可达10万次/秒。7081型DVM的转换准确度为±0.000 03%，分辨力为10nV。

与此同时，仪表专用的单片大规模、超大规模集成电路也发展迅速。例如，位单片智能化A/D转换器，专配微机的位单片DMM芯片等，为研制高性价比数字万用表创造了条件。惠普、福禄克等公司都拥有一批ASIC产品，作为开发数字万用表的技术依托。美国泰克（TEK）公司推出的万能示波表中，就采用单片示波器特制集成电路。

供智能数字万用表使用的8位单片机，现已发展到第三代产品。荷兰飞利浦（Philips）公司推出的80C51系列全兼容式8位单片机，摩托罗拉公司开发的MC68HC05系列单片机。美国得州仪器公司（TI）开发的MSP430系列新一代16位单片机。具有极低的功耗、丰富的内部资源和灵活方便的开发手段，已成为单片机领域一颗耀眼的新星。近年来32位单片机（亦称微控制器MCU）也不断面世，例如美国微芯（Microchip）公司开发的PIC32系列单片机、瑞萨（Renesas）公司的SH2/2A单片机、意-法半导体（ST）公司推出的TR750F单片机等。目前全世界每年销售的单片机数量已超过100亿片。这些新器件必将对数字万用表的发展起到推动作用。

虚拟仪器（Virtual Instrument，VI）是基于软件而开发成的仪器。它是在硬件的基础上，通过软件来实现测试功能的。虚拟仪器集测量仪器、计算机与软件于一身，将仪器硬件（如A/D、D/A转换器，数字I/O）、计算机资源（如μP，存储器，显示器）、软件（如软面板，图形界面，数据处理，信息交换等）有机地结合起来，构成软硬结合、虚实共体的新一代电子仪器。虚拟数字万用表的典型产品有北京普源精电科技有限公司推出的VM3000系列。

2.广泛采用新工艺

新一代数字万用表正朝着标准模块化的方向发展。预计在不久的将来，更多的数字万用表将由标准化、通用化、系列化的模块所构成，给电路设计、安装调试和维修都带来极大方便。

表面安装技术（SMT）和表面安装元器件（SMD）将获得普遍应用。这项技术被誉为世界电子工艺技术的一项重要突破。所谓表面安装是将微型化的表面安装集成电路（SMIC）和表面安装元件，用粘贴工艺直接安装在印制板上，再用波峰焊机或回流焊机焊接，由此取代传统的打孔焊接工艺，使印制板安装密度大为增加，可靠性得到明显提高。目前，全世界生产的电子元件中已有50%属于表面安装元器件或组件，SMT技术正在仪器仪表、计算机和高档家电产品中迅速推广与应用。

进入21世纪后，各类电子元器件正以SMD为目标，进一步实现小型化、复合化、高准确度、高可靠性。片状金属箔电阻的准确度和电阻温度系数（RTC），将分别提高到±0.005%、±1×10-6/℃。薄膜电容将向小型化、高频化和低噪声方向发展，钽电容继续向小型化、大容量和高可靠性方向发展。带温度补偿的超小型石英晶体振荡器将被普遍采用。印制板向多层、薄型、高电路密度方向发展，印制导线宽度和间距有望达到50μm。片状阻容网络、LC滤波器、带LED的开关等复合产品也将得到进一步发展。预计2010年全球电子元件的片状化率可达90%。

3.多重显示仪表

为彻底解决数字万用表不便于观察连续变化量的技术难题，“数字/模拟条图”双显示仪表已成为国际流行款式，它兼有数字万用表准确度高、模拟式仪表便于观察被测量的变化过程及变化趋势这两大优点。这里讲的模拟条图有两层含义：第一，被测量为连续变化的模拟量；第二，用条图形式来模拟被测量的变化情况。

条图（Bargraph）亦称条状图形，也有人称为条棒或模拟条状显示。模拟条图大致分成三类：①液晶（LCD）条图，呈断续的条状，这种显示器的分辨力高、微功耗，体积小，低压驱动，适合于电池供电的小型化仪表。不足之处是它本身不发光，需借助于背光源才便于夜间观察。目前这种显示器应用较广；②等离子体（PDP）光柱显示器，其优点是自身发光，亮度高，显示清晰，观察距离远，分辨力较高，缺点是驱动电压高，耗电较大；③LED光柱，它是由多只发光二极管排列而成。这种显示器的亮度高，成本低，但像素尺寸较大，功耗高。数字/液晶条图双显示仪表的典型产品有FLUKE87型位数字/4×32段条图DMM。

多重显示仪表是在双显示仪表基础上发展起来的。这类仪表能同时显示3组或3组以上的相关数据，大多配有模拟条图显示。典型产品有VC97型便携式智能DMM，为国内首创的3¾位带LCD背光源的四重显示仪表，主显示器用以显示测量值，3个辅助显示器分别显示最大值（MAX）、最小值（MIN）、测量时间（从开机起计时），并有42段快速响应的液晶条图，能设定上、下限，带RS-232接口。Fluke189/87V型能同时显示被测交流电压值及频率值，该仪表内置数据记录仪，可将读数及测量时间记录下来，以便于捕获间歇式故障。

4.安全性

数字万用表在设计和使用中的安全性，对生产厂家和广大用户都至关重要。一方面数字万用表产品必须符合国际标准（如美国UL认证，德国GS认证，ISO9001国际质量体系认证）；另一方面用户必须遵循安全操作规范，并时刻注意仪表上的各种安全警告指示。仪表的保护电路在于最大限度地减小或防止因误操作而造成的危害。数字万用表常见的误操作是用电流挡或电阻挡去测量电压。在测试过程中附近大功率电气设备的切换或负载变化，均会在仪表输入端产生瞬态过载电压。若将高电压、大电流输入到未加保护的仪表，就会产生电弧、火花，很容易使仪表损坏甚至危及人身安全。一些新型便携式数字万用表具有“三防”（防摔、防尘、防水）功能，还增加保护托罩，选用隐埋式插座等。

常见的保护装置如下：

（1）过电流保护装置

快速熔丝管（Fast Fuse），熔断电阻器，限流电阻，集成过电流保护电路（如LTC4213）。

（2）过电压保护装置

双向限幅二极管，火花放电器（SG），半导体放电管，氖管，压敏电阻器（VSR），瞬态电压抑制器（TVS），快速晶闸管（FSCR），集成过电压保护电路（如NCP345、MAX9890）。

（3）电阻挡保护装置

二极管或晶体管保护器，正温度系数热敏电阻（PTCR）。

（4）静电放电保护装置

高速ESD保护集成电路。

5.操作简单化

便携式数字万用表的操作也日趋简单。单刀操作、单按钮手动量程式数字万用表是优选方案之一。对于自动量程式数字万用表，操作键也不断减少。为便于单手拇指操作，福禄克公司使用一只具有定时功能的按钮。根据按下时间的长短，可选择不同的功能，并产生声、光提示信号。Fluke87V型数字万用表配有磁性悬挂套件，不必手持仪表即可进行现场测量，使用户专注于安全、精确地测量。该仪表还带LED手电筒和电压探测器，为用户提供了方便。