随着电子技术的进步，科研和生产中对数字多用表（以下简称数字表）的显示位数、分辨力、测试精度和测试功能的要求不断提高。二十多年前，随着多斜积分技术的成熟、高精度器件成本的不断降低，价格不足一万元人民币的六位半数字表产品开始替代五位和五位半产品，成为科研人员的标配仪器。近十多年来，六位半数字表逐步进入高端电子产品产线，如手机用元器件和部件、高精度传感器和锂离子电芯的筛选和生产测试。当前，七位半、八位半数字表已经不是计量部门的专用设备，越来越多地成为研发人员和生产测试人员的案头工具。这里我们简单讨论从六位半升级到七位半的必要性，为大家测试工作提供选型参考。

一、数字表的几个关键指标和相互关系

01  显示位数和分辨力

我们这里所谈的六位半、七位半是指数字表的显示位数。它与数字表的分辨力相关，而决定分辨力的是数字表电路中的模数转换器（ADC）。三者的关系如下表举例，实际应用中不一定严格按此对应。

表一、数字表的显示位数、ADC位数和分辨力的关系

我们以直流电压1V档为例，当我们用16位ADC的数字表测量它时，其分辨力为：

分辨力==≈0.00002V

这个分辨力对应十进制显示的数字表时，就是四位半。最前面一位只显示0和1，故称半位。

02  精度

指测量结果的‌可重复性与接近真值的程度‌，通常用‌最大允许误差范围‌表示。数字表厂家一般会给出校准后相对于校准标准的24小时、90天和1年的相对误差范围。表示方式为±（读数%+量程%）。

03  精度与分辨力的关系

首先这是两个不同的概念；其次厂家设计数字表时，一般会把显示位数的最低位对应到分辨力位，而误差位要高于分辨力位。这样，我们既能知道误差范围，又可以清晰分辨测试值的最小变化。反之，虽然数字表满足测量精度要求，但因为分辨力不足，则无法正确读出数值。

04  精度与显示位数的关系

一般情况下，显示位数高的数字表，精度就更高、误差更小。举例来说，当数字表的1V档误差范围在±xuV时，显示位数一般会设计成七位半，分辨力位在0.1uV。

05  工频周期（PLC）

数字表测试时一般会要求操作人员选择测试的工频周期（Power Line Circle），目的是消除由于无处不在的工频干扰对于测量的影响。如果要达到与六位半对应的精度（1ppm分辨力），最少需要一个完整的工频周期的积分时间，才能把正负半周的纹波抵消。而要达到七位半对应的精度（0.1ppm分辨力），则最少需要十个PLC的积分时间。

二、什么情况下需要七位半的数字表

简单来说，当六位半数字表满足不了测试精度和分辨力要求时，则需要七位半甚至八位半数字表，下表是各分辨率数字表最常用的应用方向。

1、锂离子电池OCV测试

随着锂电池生产工艺的进步，电池生产企业对于电芯一致性测试（OCV测试）的误差要求已经提高到±0.1mV。我们粗略计算一下，六位半数字表和七位半数字表哪个可以满足需要。锂离子电池充满电时的电压约为4.2～4.4V。为了计算方便，我们取5V。航天测控公司的AMC93210六位半数字表10V档的年精度为±（读数0.0035%+量程0.0005%），据此，我们算出此数字表读数为5V时的误差范围为：±（5*0.0035%+10*0.0005%）=±（0.175mV+0.05mV）=±0.225mV。显然，无法满足新工艺下电芯OCV测试需求。

再来看七位半数字表，以AMC93200数字表为例，计算5V时的误差范围。数字表10V档的年精度为±（读数0.0014%+量程0.0002%），5V时的误差范围为：

±（5*0.0014%+10*0.0002%）=±（0.07mV+0.02mV）=±0.09mV。

满足测试精度要求。

显然八位半数字表的精度远高于需求。考虑到五倍以上的采购成本以及更高的计量、维护成本，八位半在电芯测试中就不是最佳选择了。

2、高精度温度传感器测试

PT100是0℃时阻值为100欧姆的铂电阻温度传感器，是最常用高精度温度传感器。某厂家工业用PT100在0℃的误差为±0.066℃，如果您在0℃时的温度测量误差范围在±0.1℃时，可以选择这种PT100。

如果精度要到±0.02℃，则需要选择二等以上的PT100，如某型号PT100在0℃的误差为±0.012℃，加上数字表的误差，可以满足测试精度要求。

如何估算数字表测量PT100铂电阻时导致的温度的误差范围呢？PT100铂电阻标准中的α值为+0.00392 Ω/Ω/ ̊C，数字表四线电阻功能测得的PT100上电阻R=Ro(1+αT)。据此公式和数字表在100 Ω档的精度，可以计算出数字表测温度的误差范围，见表二。

表二、不同精度数字表测量PT100时，0℃度的温度误差（不含PT100误差）

从表中可以看到，六位半数字表测量PT100铂电阻时，温度误差在±0.054℃，加上工业级PT100的误差±0.066℃，总误差为±0.085℃。而用七位半数字表配同样的PT100，总误差为±0.071℃。当七位半数字表配二等标准铂电阻时，总误差为±0.028℃。虽然八位以上数字表配相同二等铂电阻，误差为更小的±0.012℃，但如果预算不足，或±0.028℃的误差就完全满足需要，七位半数字表不失为更具性价比的选择。

需要说明的是，即使RTD的线性度比较好，数字表测量温度时仍然需要通过更精确的曲线拟合，才能把测得的电阻值转换为温度值。Callendar-Van Dusen方程用于粗略估计RTD曲线已有多年，现在已经被更精确的20次多项式取代。因此想要直接得到精确的温度值，需要数字表具有PT100的温度测量功能。

三、七位半数字表的其他功能带来的好处

除了测试电压、电流、电阻、交流电压、交流电阻外，最新的七位半数字表在功能、测量范围和测试数据的展示方面还有很多新增功能，满足科研、产品研发和验证、产线测试的多方面需求。下面重点介绍几个。

01  直流高压测试

一般的数字多用表直流电压的最高档位为1000V。随着电化学储能的规模应用，锂电池PACK的电压已经达到1500V甚至更高。另外一个应用领域是高压充电桩产品的测试，虽然现在电动汽车的直流充电电压一般低于800V，但充电桩内部DC-DC电压已经高于1000V。如果采购专用的高压测试仪，增加成本的同时，还会带来额外的编程、系统集成工作。如果数字表的直流电压档增加2000V和3000V档，将大大减少工作量，降低成本。AMC93200H数字多用表就具有了这样的功能，并且年精度保持在±（0.0040%+0.0005%）的水准。考虑到高压回路的安全和保护，高压端子单独从后端接入，并采用特殊接口和专用测试线缆。

02  电容测试

目前七位半数字表大都增加了电容测量功能，量程从1nF到1000uF，年精度达到±（0.4%+0.1%）的水平。虽然离专用的RCL表的±0.05%精度还有差距，但从付出的代价和方便性来看，可以满足设计调试中电容器件的测试需求。也可以满足锂离子电池正极对壳体电容（10uF～100uF）的测试需求。

03  多种显示模式

除了最常用的数字显示，AMC93200系列数字表还可以显示趋势图、直方图，便于使用者长时间采集数据，观察数值的变化趋势以及参数的统计分布规律。

04  电脑连接与上位机软件

AMC93200系列数字表标配LAN、USB和RS232接口，提供免费的上位机软件，方便与电脑连接，实现数据的采集、传输和展示。前面版还标配了USB Host接口，可以在不接电脑的情况下连续采集数据并存储到U盘。

结论

经过以上分析，我们看到越来越多的研发测试开始选用七位半数字表，高标准部件、高精度传感器、高性能锂离子电芯等产品产线测试也开始导入七位半数字表。如果您的预算不那么紧，下一台数字表可以考虑七位半了。

来源：航天测控公司 产业化办公室 史红斌

关键词:数字表 七位半

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来 源：北京航天测控公司

编辑：清风

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