数字多用表计量检定中常见误差分析及处理方法

摘要：数字多用表计量检定中，检定误差的分析与处理是保证检定结果正确的关键。分析了影响检定误差的主要因素，包括标准器、环境条件、连接方式等方面的误差，指出标准器不确定度、温度湿度影响、测试线接触不良是主要原因。针对直流电压、有交流信号的数字多用表、电阻测量等几种典型检定项目，探讨了误差的表现形式及处理方法。最后提出测量数据修正处理、操作规范化以及不合格仪器调修等措施。

关键词：数字多用表；计量检定；常见误差

Abstract: In the metrological verification of digital multimeters, the analysis and management of verification errors are pivotal to ensuring accurate results. This study identifies key factors contributing to verification errors, including inaccuracies in reference standards, environmental conditions, and connection methods, with the primary causes being the uncertainty of reference standards, temperature and humidity effects, and poor contact in test leads. For typical verification items such as DC voltage measurement, digital multimeters with AC signals, and resistance measurement, the paper examines the manifestations of errors and corresponding mitigation strategies. Finally, it proposes measures including measurement data correction, standardized operational procedures, and calibration of non-compliant instruments.

Keywords: digital multimeter; metrological verification; common errors

前言：数字多用表是应用广泛的计量器具，数字多用表量值的准确与否，直接影响到科研生产质量控制的可靠性。计量检定是保证其量值统一准确的重要手段。但是，在数字多用表的检定过程中，造成误差的因素较多，与标准设备、环境条件、方法有关。本文重点分析了数字多用表检定中的误差，对直流电压、有交流信号的数字多用表、电阻测量等几种典型检定项目探讨了误差处理的方法，并从操作规范化的角度提出一系列优化措施，为提升检定工作质量提供参考。

1 数字多用表计量检定的主要误差来源

1.1 标准器引入的误差

标准器的不确定度是数字多用表检定中不确定度的主要来源之一。任何计量标准器，比如多功能校准源或标准数字多用表，都有知道其允许误差极限或测量不确定度，可追溯自上级计量部门。在对多用表检定时，这个不确定度直接引入到对被检表的测量结果中。依据量值传递规则，标准器的总不确定度一般应小于被检数字多用表的允许误差极限的三分之一，否则也会造成误判。标准器的年稳定性、短期波动以及其内部参考基准的漂移也会在实际检定点处产生附加误差。如果标准器没有及时溯源或校准证书中的修正值没有应用，也会增加检定结果的不可靠性。

1.2 环境条件影响产生的误差

影响检定准确度的自然因素较多，主要因素有温度、湿度、电磁干扰。温度方面，热敏电阻、电容、半导体都有温度系数，如果在检定多用表时，环境温度不在此多用表检定校准规范中所规定的参考条件，如20℃，多用表零点将漂移，量程增益也会发生变化，被检表会产生误差。影响大的因素还有相对湿度，相对湿度过高，一般大于80%，绝缘电阻会下降，在高压或高阻档位上形成泄漏电流，会造成示值偏高、显示不稳定。此外，电磁干扰。工频电磁场、射频信号，或经接地回路引入的噪声叠加在被测量信号上，多用表低电平直流电压及小电阻测量时，可能会出现示值跳变或引入固定的系统误差。

1.3 检定装置与连接方式引起的误差

连接被试表和标准器的测试线、转接件、开关扫描器等仪器引起的误差统称为连接线误差。在低电阻测试时，除测试线的线阻外，还有测试线与被试表输入端子间的接触电阻，如果没有采用四线接法予以补偿，就会有较大的电压降，造成示值读数偏低。在高电压或高阻测试时，连接线的绝缘不够，会产生漏电流。连接线布置不当，环形造成的感应噪声和靠近强干扰源布置而引入的感应噪声，都会影响测量精度。进行高频交流信号检定后，连接电缆的特性阻抗不匹配，造成信号的反射和吸收，使得高频交流电压的测量误差大于低频段。

2 典型检定项目的误差分析与处理

2.1 直流电压测量误差分析与修正

测量误差主要由标准源的输出误差、被检表的量化误差以及输入偏置电流等几部分引起，分析时一般从零位开始，即加电压信号，看输入端短路时表计显示值是否为零，如果有零点偏移，应先清零或者记零点误差，以后修正。对于DC电压表的不同量程的满度点，分别给不同极性的信号进行检定，以消除内部参考源不对称性的影响。如果被检表示值存在线性偏差，如整体偏高、偏低等，可检查标准器的修正值是否输入，然后根据检定数据计算修正系数。如果误差是 非线性的，可能与被检表A/D转换器线性度有关，此时应重点检查量程内的中段点。其误差的修正，一般是先排除干扰，接触要良好，然后用内部软件校准，或者硬件调整，如调整基准电压等。为更直观地说明直流电压检定中常见误差的表现形式及修正效果，下表列举了典型量程下的检定数据及处理方法。

表1直流电压典型量程检定误差分析及处理数据

2.2 交流信号测量误差分析与处理

交流电压、电流检定误差 交流信号的检定误差通常随频率改变而变化，故除了考虑基波幅度外，还应考虑在不同的频率点下的响应误差。例如，检定宽频响数字多用表时，在某一高频点出现大的误差，此时应首先怀疑标准源的输出是否失真或者失真幅值平坦度是否超过标准，而被检表本身对非正弦波的响应也较差。如果标准源输出的正弦波本身含有谐波，即使基波幅值正确，表对有效值的转换也会不正确。此时，应采用低失真度的信号源或者选择恰当的检定点来满足被检表的频率范围。另外，显示值不稳定或跳动时还与屏蔽接地是否良好有关，如果是这种情况，可以考虑在输入端并联小电容滤波，但是这样做会影响高频响应。电阻测量常见误差类型及处理措施见表2。

表2 电阻测量常见误差类型及处理措施

2.3 电阻测量功能的误差分析与调整

电阻测量误差一般有测试电流引起的自热误差、接触电阻误差、引线电阻误差。分析低电阻量程(如200欧以下)误差时，应注意是否正确使用了四线接法，即一对电流驱动线和一对电压检测线。错误使用两线接法时，测试引线电阻和接触电阻的串联回路，示值必然严重偏高。分析高阻量程(如几十兆欧以上)误差时，应主要考虑环境的清洁度和绝缘性，任何污渍、潮湿都会形成并联泄漏路径，使示值偏低。另外，一些数字多用表电阻档的输出电压较高，在测电路板上的电阻时，会导通半导体的PN结，使示值变为无穷大。修正或处理电阻误差，一般先开路、短路清零，消除引线电阻和内部偏置的影响，误差仍存在，可能多为内部参考电阻老化引起，校准后应改进检定结果。

3 误差处理与检定结果改进措施

3.1 测量结果的修正与数据处理方法

对检定过程所获得的数据经过合理的修正、处 理，是得出科学的检定结论的保证。如标准器有有效的校准证书并且提供了修正值，则被测信号应该用标准器的实 际输出值(而不是标准器的标称值)与被检表的输出进行误差计算。例如标准源输出标称1.0000伏，而证书提供 了该点实际输出为1.0002伏，则用1.0002伏这一数值进行计算更为准确。数据处 理时，剔除由明显的有因或有畸变因素或操作错误所引起的粗大误差，一般可采用 拉依达准则或格鲁布斯准则进行异常值的判断。对随机误差可采取多次重复测量，取 其算术平均值的方法予以抵消。最后得出的检定结 论，按数字多用表检定规程的要求进行修约，修约后的位数应与被检表的分辨力及允 许误差相适应，以免修约不当引入误差。

3.2 提高检定可靠性的操作规范

检定结果的科学性和准确性，有赖于合理的检定程序和严格的操作规程。对每项检定工作，都应制定出合理的作业程序，并制定出相应的操作规程。在进行每项检定之前，标准器及被检数字多用表都应放在规定条件下预热不少于三十分钟，使内部电路参数达到热稳定，才能进行检定。连接线路应根据被测信号的性质，选择适当的测试线，如低热电势测试线连接在直流毫伏档，屏蔽线用来测高频信号，必须连接良好。在改变量程或测试功能后，应等待几秒钟，待读数稳定后再读数，以免因自动量程切换延缓及滤波器的建立时间不够，导致读数不准。另外，在检定过程中，还应注意避免人体靠近仪器带来的感应影响。对于重要数据，应使用自动记录系统记录，以免由于人工读数、记录带来的视差或笔误。

3.3 不合格仪器的调修建议

数字多用表经检定超出了最大允许误差，判定为不合格，应提 出调修意见:先内部清洁，如输入端子、量程开关、电路板插接件等接触 不良，是示值跳变或不通的原因。基准电压漂移、电阻老化而引起的系 统性超差，若多用表有硬件调整电位器或软件校准模式，可不予开启机壳， 按服务手册重新校准。超差严重或影响准确度的重要元件损坏，如输入保 护电路击穿、A/D转换器损坏等，应送有修缮能力的机构修理，自己任意 更换元件，容易造成电路板降低标准。经过修缮的表，应重新进行全功能 的计量检定，才能确定是否恢复合格状态，不能以局部调整就认为故障 已排除。

结束语：数字多用表的计量检定是一项严谨的技术工作，误差分析贯穿于检定全过程。通过查找标准器、环境、连接方式等误差源，结合直流、交流、电阻等典型项目分析，可以减少不确定度来源，从而降低测量不确定度。工作中应注意预热稳定、正确接线及合理修约数据等细节，对不合格仪器应科学分析其不合格原因并正确调修。电子技术日新月异，数字多用表的性能不断提高，计量检定人员的知识也要不断更新，才能适应高精度计量要求，确保量值传递的科学性。

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