使用数字万用表测量电流、电压与电阻的原理是什么？

数字万用表通常有电路或者软件可以保证准确的测量任何频率的交流电压。这类万用表使用均方根方法合并输入信号，这样即使输入信号不是一个理想的正弦波，也能正确的读取到真正的电压值。

好的，数字万用表测量电流、电压和电阻的核心原理，最终都归结为对电压的精确测量，并依靠其内置的模拟-数字转换器将测得的模拟电压转换成数字信号进行显示，并结合不同的前端电路来适应不同的测量任务。以下是具体原理：

测量直流电压：
- 原理： 这是DMM最基本的功能。
- 过程：
  - 表笔并联在被测电路两点之间。
  - 万用表内部有一个高输入阻抗的分压电阻网络。高阻抗是为了尽量减少对被测电路的影响（吸取极小电流）。
  - 被测电压 U 施加在这个电阻网络上。
  - 电阻网络会将高电压按固定比例衰减（降低）到一个安全范围（例如，1000V量程衰减到1V或更低）。这个衰减后的电压 U_measured 与 U 成线性关系。
  - ADC测量 U_measured。
  - 处理器根据已知的衰减比例，反向计算出实际被测电压 U = U_measured * (比例系数)，然后在显示屏上显示结果。
测量交流电压：
- 原理： 在DC电压测量的基础上，增加了交流转直流的环节。
- 过程：
  - 表笔并联在被测电路两点之间。
  - 整流器： 首先，内部的整流电路（通常是精密整流器或热有效值转换器）将交流电压转换为相应的直流电压。
    - 平均值响应： 便宜的DMM通常采用半波或全波整流，计算交流波形的平均值（再乘以固定校准系数，如1.11近似成正弦波有效值）。
    - 真有效值： 高级DMM采用专用的有效值转换器电路（如热转换、对数放大器、专用芯片），能直接测量任意波形信号的真实均方根值电压。
  - 这个代表交流大小的直流电压 U_DC 经过（可能需要）分压。
  - ADC测量 U_DC。
  - 处理器根据整流方式和量程设置，计算出交流电压值（有效值、平均值等）并显示。
测量电阻：
- 原理： 利用欧姆定律 R = U / I。
- 过程：
  - 被测电阻 R 连接在万用表的专用电阻测量端子上（通常与电压测量端子相同）。
  - 恒流源： DMM内部提供一个已知的精确稳定的小电流 I（源电流），流过被测电阻 R。
  - 测量电压降： DMM的电压测量电路测量该电流 I 在待测电阻 R 两端产生的电压降 U。
  - 计算电阻： 根据欧姆定律，处理器计算：R = U / I。由于 I 是精确已知的常量，测得了 U 就能直接算出 R。
  - 多量程切换： 不同电阻量程通常通过切换不同的源电流 I 来实现。测量高阻（如兆欧级）可能需要更高的电压源。
  - 消除导线电阻： 在精密四线电阻测量模式中，额外两根线专门用来精确测量电阻两端的电压，避免测试线电阻的影响。
测量电流（直流/交流）：
- 原理： 测量电流流过已知电阻产生的电压降（再次用欧姆定律）。
- 过程：
  - 表笔串联在被测电流回路中（电流表必须串联）。
  - 并联精密分流电阻： DMM内部在电流输入端并联了一个非常小但精确的电阻，称为分流电阻。
  - 欧姆定律应用： 被测电流 I 几乎全部流过这个分流电阻 R_shunt（因为表内其他部分阻抗很高），于是在 R_shunt 两端产生一个小的电压降 U_shunt。这个电压的大小由欧姆定律决定：U_shunt = I * R_shunt。
  - 测量小电压： DMM的电压测量电路（通常是高灵敏度、小量程的DCV）测量这个 U_shunt。
  - 计算电流： 处理器根据已知的分流电阻值 R_shunt 和测得的电压 U_shunt，计算出流过它的电流 I = U_shunt / R_shunt。由于这个电流就是被测回路的电流，因此得到测量结果。
  - 交流电流： 对于交流电流，测量原理相同，只是在测量 U_shunt 后会进行整流（与交流电压测量类似），计算出交流电流值。
  - 多量程切换： 通过切换内部不同的分流电阻 R_shunt 来实现不同的电流量程（如 mA档、A档）。量程越大，分流电阻值越小。
  - 重要警示： 这是危险性最高的测量，错误的连接（并联）会短路电路并可能损坏仪表。在测量电流时，万用表的输入阻抗极低（接近分流电阻值），以确保电流流过分流器。

总结：

核心： 几乎所有测量最终都转化为了电压的精确测量。
关键器件： ADC（模数转换器） 负责将模拟电压转换成数字信号供处理器计算和显示。
区别转换：
- 电压： 直接衰减后测量。
- 交流电压： 先整流转换（平均值或真有效值）再测量。
- 电阻： 利用恒流源，使电流在未知电阻上产生电压降，再测电压算电阻 (R=U/I)。
- 电流： 让被测电流流过精密小电阻（分流器），测电阻上的电压降 (U=I*R)，再算电流 (I=U/R)。
串联与并联： 电压和电阻测量是将表笔并联在被测对象两端。电流测量必须将表笔串联在回路中（电流流过仪表）。
输入阻抗： 电压/电阻测量使用高输入阻抗以减少对电路的影响。电流测量使用极低输入阻抗（分流电阻值）以确保电流流过仪表。