數位電表與指針電表概論

wish

指針式的電表是依滿刻度的電流來做為規格的，一般分為︰

一、安培表(A)
這種電表的內部線圈最粗，而且電表內帶動的指針的動圈圈數也最少，當然它的內阻最少，靈敏度也最低，我們一般都用到5A之內。

二、毫安表(mA)
這種電表的內部線圈比安培表細，但是電表內帶動指針的動圈圈數較安培表多，當然內阻也比安培表大，較常見的規格為1mA至500mA之間。

三、微安表(uA)
這種電表的內部線圈最細，電表內帶動指針的動圈圈數最多，當然內阻也是最大，靈敏度也最高，較常見的規格為1uA至500uA之間。

以上電表我們統稱基本電表，基本電表可以利用外加電路的變化，用來測量直流電壓、電流，交流電壓、電流、電阻....，今天我們只要講直流電壓的部份，請看以下的簡圖︰


圖一

例如有一個基本電表，它的規格是滿刻度1mA，內部是1KΩ，如果我們要讓它變成可測量滿刻度10V的電壓表，那應該RX是多少呢？

RX=Vx-Im*Rm/Im

RX=10-1mA*1000Ω/1mA=9000Ω(9kΩ)

相同的，如果要擴大測量範圍到滿刻度1000V呢？

RX=Vx-Im*Rm/Im

RX=1000-1mA*1000Ω/1mA=999000(999KΩ)

RX在這個電路中，我們一般稱為倍率電阻，經由我舉的兩個例子，大家應該知道，待測電壓較大，電壓表的輸入阻抗也越大，也由於電壓測量是與待測電路並聯，所以電壓表輸入阻抗越大，越不會對待測電路產生影響，此時得到的數據就會越準確。


圖二

說到這裡，大家應該可以看看自己在使用的電表阻抗有多大？如果是數位電表，那輸入阻抗應至少10MΩ起跳，如果是指針式電表，那這點的數據應該很難看，本篇一開始介紹指針式電表時，有介紹一個指針式電表的專有名詞，那就是靈敏度，套在電壓表的話，就是電壓靈敏度，其實電表的電壓靈敏度是用另一個說法表示，那就是"每伏特的歐姆值"，這個數據是指針式電壓表的重要指標，只要你買的指針式電表有說明書，那一定會標示。例如︰


圖三 這台DCV 2KΩ/V


圖四 這台DCV 50KΩ/V

所謂每伏特的歐姆值它是指圖一的Rm+Rx/V，要注意的是上述V是指滿刻度電壓，以圖一為例︰

Rm=1000Ω，RX=9000Ω，電表滿刻度電壓為10V，則︰

1000Ω+9000Ω/10V=1000Ω

即1000Ω/V、1K/V或稱每伏1K，我們再把1000V的例子代進去算看看。

Rm=1000Ω，RX=999000，電表滿刻度是1000V，則︰

1000Ω+999000Ω/1000V=1000Ω

了解了嗎？無論是那一種滿刻度，結果電壓靈敏度都是一樣的。

也正因指針式電表的電壓靈敏度低，所以當我們在測量時，要清楚待測電路阻值與電表的比例，這也是為什麼從一開始就說電壓表的電阻要越高越好的原因。

港都狼仔版大曾經說過，數位式只是直讀方便，但類比式的歐姆檔輸出電流較大，對於一些故障較容易發現，且指針較能抓出電路暫態反應。是的，舉個常見的例子︰

大家可以拿發光二極體來測試看看，你就會知道發現，這方面指針式電表的確比數位式電表更方便判別，當然是不只這一點喔！

以前在論壇講一些電路原理時，a471最喜歡問有沒有例外？每當他問這一個問題時，我都得一直想，就生怕真的有例外，這一次我來跟大家說一個我許多年前的經驗，這真的是個例外︰

有一次我去一位好朋友家，他指著一條延長線跟我說，真奇怪，延長線插座上不插負載量起來有電，插上負載後就沒電了，他一邊說一邊測量給我看，證明他所言屬實。

大家看一下方第一個圖︰


圖五

當延長線接觸不良導致導線有一阻值存在，以上面的例子，我們假設RX為100K好了，這時負載一接下去當然因為RX上的壓降而無法使用，而且是功率越大的負載越嚴重。好，如果在未接負載下，我們用一個數位電壓表測量，請看上面第二個圖。

有經驗的人馬上就會回答，電壓值幾乎也是110V。

但是如果你用指針式電表來測量呢？請看上面第三個圖。

這時指針式電表因它的先天特性，也就是電壓靈敏度太低，反而使故障點馬上就檢查出來了。

例外跑出來了，誰說電壓靈敏度要越高越好？不一定吧！要看是在什麼場合與用途，儀表是要大家活用才行喔！

xyjen

謝謝大大您無私的分享.

cnpan

學習摘要:
就是指針表適用於有負載要求的開路電壓量測,(電流要求較多的電路,如果用高阻的數位表測出的電壓,是在低電流下測出,不能估計在正常工作電流時的電壓)
數位表因為高阻,適合量測開路信號電壓(電路可提供的電流很小,如果用低阻的指針表會影響輸出電流,測出的電壓是不正確)

指針較能抓出電路暫態反應(與類比示波器類示)
因為數位的取樣速度較慢 (A->D 轉換時間),可能沒有取到暫態反應(反應較遲鈍)

每伏特的歐姆值 (Rm+Rx)/V

逃兵

其實，理想的量測應該是不要去影響到原始電路才對。
舉的數位表跟指針表在延長線會有不同的表現這也不能說它們好不好。
如果說這樣就說數位表無法判斷，那只是使用者沒有去了解問題所在。

有很多人對電壓很有"感覺"，可是對電流卻沒一點點的"感情"。
其實這是不對的。
我們可以看到WISH的延長線的圖，再來想想理想的量測應該是不去影響它的原始電壓值。(不過，這是不可能的)
而怎麼做才叫做不影響？
我們先目視迴路的"左邊"它是一個電壓源加上一個"電阻"。
(別轉台，這個東西跟我們訊號傳輸有相同的道理)
那我們在理論上，兩個端點的電壓是多少？
因為是開路，所以就算有電阻存在，它的壓降還是等於0，所以兩個端點的電壓跟電壓源是一樣的值。
為什麼？為什麼會一樣？不是有電阻嗎？
對，有電阻，但是沒有"迴路"所以沒有"電流"，因此 V= R*I = 0
它的"分壓"=0 那分壓為0所以它的電壓值還是跟電壓源是一樣的。

好了，那我們再來看到當你要量測時，會產生什麼？以及怎麼量測？
我剛才說了，理想的量測，是希望完全不去影響原來的電路的。
可是，那是不可能的。
那既然它是不可能的，我們就只能希望它的影響越小越好。
這時候我們要看到很多的規格中的一個"輸入阻抗"。
什麼叫輸入阻抗？就是探棒對地的電阻。(當然，阻抗一詞是Z不是R，方便說明以電阻替代)
這表示什麼？這表示我們是藉著"分壓"的原理去量測的。
怎麼說呢？我們來看到圖2，你可以發現到你的量測儀器中的輸入阻抗由 20M 變成 圖3的 1K 時，我們量測的電壓會是多少？(先假設 Rx = 1M)
以 20M 來說，它的電壓會變成 20Vin/21  而 1K 的就成了 1Vin/11 而這兩個數值是不是就差很多了？
那以理想量測來說，數位錶是不是比指針表來得好？

再來討論兩點:
1.那我如何利用數位錶達到指針錶的效果？
那就是製造一個"低阻抗"的環境就好了。也就是WISH說的"接上負載"，或是你去接一個水泥電阻。

2.為何我說這個跟通訊有關？
試想，我們的電阻其實都有其阻值的，銅線拉長了，它的阻值也會變大的。而當它變大時，在傳送的訊號會衰減。
這是我們常聽到的。所這個衰減就是因為它的阻值造成的。那我們怎麼讓這個衰減變小呢？原理就在於讓你的"輸入阻抗"增大。也就是你接收端，要想辦法利用一個"很大的電阻"來做分壓，把電線的電阻效應強蓋過去。
而這樣的線路我們常用的就是之前有人教過的OP應用之一的"電壓隨耦"。

hehechang

咦~~
wish大的式子計算結果是正確的沒錯
但如果以逃兵大的分壓說法來
我覺得應該是如cnpan大講的RX=(Vx-Im*Rm)/Im才比較不會搞混
以圖一為例子
如果要測100伏特的電壓
電表分壓為1伏特 其他99伏特由RX分掉
而電路中電流為1mA
所以RX=(100-1)/0.001=99/0.001=99K Ω
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上來交一下作業
有什麼錯誤還請各位前輩指教n_109|

cnpan

在檢測電路時,直接使用電表去測試元件是方便的方法,
同時量測到電流可是很不容易,也就是不會用並聯電路去增大電流,而是直接用指針表去改變電路的狀況,
如果電路元件還正常,電壓能保持,就很容易推估元件是否正常.
而使用數位電表時機,如有電路圖去比對各點的電壓狀況,就不能有干擾電壓的狀況出現,否則出現偏差,反而造成誤判.

指針表的動作是電流通過線圈產生磁力推動指針,一定要有足夠的電流才能量測.
數位表是電子電壓比較器去轉換數值,是高阻低電流的量測方式,只是能看出一點的狀況.
而不能像指針表以擾動電流的方式觀查,電壓變化的狀況,也就是不能看到元件暫態的表現.

這也是用過類比示波器的人不適應用同級數位示波器,而要用更高等級的數位示波器才能看到暫態類似.

逃兵

回復 5# hehechang


    你以分壓來看時，就是在看它的等效電路了。
而這樣來看時，又會遇到一個問題。。。。通常電線的電阻都在 Ohm 級，而你的輸入阻抗都在 M 級，
兩個差了一千倍以上時，基本上是可以不計的。

vis0909

感謝分享~