好的，以下是关于如何使用数字万用表（DMM）测量电压及其应用原理的详细中文解释：

如何用数字万用表（DMM）测量电压

1. 准备工作：

   • 确定电压类型： 首先要确定你测量的是直流电压（DCV） 还是交流电压（ACV）。直流电压（如电池、直流电源输出）有正负极性，交流电压（如市电、交流发电机输出）方向周期性变化。
   • 表笔连接： 将黑色表笔插入仪表的 COM (公共端/地) 插孔。将红色表笔插入标记有 V 或 VΩmA (电压/电阻/毫安) 的插孔。对于测量非常高电压（如几百伏以上）的某些型号，可能需要将红表笔插入单独的 10A 或高压插孔（仔细阅读说明书）。
   • 打开仪表： 打开数字万用表的电源开关。

2. 选择测量功能和量程：

   • 选择功能： 将仪表的旋钮或按功能键切换到电压测量档位。找到标有 V 的刻度或区域，然后在其内部或旁边选择 DCV (直流电压) 或 ACV (交流电压)。
   • 选择量程：
     • 自动量程模式（推荐）： 如果仪表支持自动量程（Auto Range 或 A 标志），直接选择 DCV 或 ACV 即可，仪表会自动选择最合适的量程显示结果（数值后缀单位如mV, V）。
     • 手动量程模式： 如果没有自动量程，需要预估被测电压的大致范围（如果不确定，务必从最高量程开始）。例如，量程可能有 200mV, 2V, 20V, 200V, 1000V 等。选择一个比预估电压略高的量程。如果选择的量程太小，仪表可能会显示超量程标志（如 OL 或 1 或闪烁）或者烧坏保险丝；如果选择的量程太大，可能无法精确显示较小电压的变化。
     • 注意安全量程： 测量市电（220V/50Hz）时，务必选择交流电压 ACV 档位，并且量程 至少为 300V 或更高（如 600V 或 750V）。绝对不能在电流档（A或mA）测量电压！ 这会导致短路，非常危险！

3. 连接表笔进行测量：

   • 并联连接： 电压测量必须在电路或元件的两端并联进行。保证仪表两表笔分别接触在要测量电压差的两点上。不需要断开电路中的任何连线。
   • 接触点： 将黑表笔牢固地接触在被测电路的低电位端或公共地。将红表笔接触在被测电路的高电位端或你想测量的测试点上。
   • 注意极性（仅DC）： 测量直流电压时，要注意红黑表笔的极性。如果将红笔接负黑笔接正，仪表通常会显示一个负值（如 -12.34V），表示实际极性与预期相反。测量交流电压时，极性无关紧要。
   • 手部安全： 测量较高电压（特别是市电）时，绝对不要让手指接触表笔的金属部分或裸露的导线尖端，以防触电。

4. 读数：

   • 查看仪表显示屏。数值就是测得的电压值。
   • 注意单位和量程： 仔细辨认显示的单位（mV, V）以及小数点位置（如果使用手动量程）。例如，在 20V 档位，显示 12.34 意味着 12.34V；在 2000mV 档位，显示 1234 意味着 1234mV (即 1.234V)。
   • 特殊标志： “OL” 或 “1” 通常表示超量程（被测电压大于所选量程）。“AC” 或 “DC” 符号会指示当前测量的类型。如果显示为负值（DC 测量），表示红表笔接了负端。

5. 读数保持（可选）： 如果测量点不方便观察，有些仪表有 HOLD 按钮，按下后可以锁定当前读数。

应用原理（核心是模数转换 - ADC）

数字万用表测量电压的核心原理是将输入的模拟电压信号转换为可由微处理器处理和显示的数字值。这个过程主要通过一个叫做模数转换器 (Analog-to-Digital Converter - ADC) 的关键器件完成，具体过程如下：

1. 输入衰减/放大： 被测电压首先进入仪表的前端电路。

   • 分压器： 对于高电压输入（通常大于几伏特），它首先经过一个由高精度电阻组成的分压器网络。这个网络根据选定的量程（如20V, 200V, 1000V），将高压按固定比例衰减（例如，1000V输入衰减到1/1000变成1V），使其降低到ADC能够安全处理的范围内（通常是毫伏或几伏级别）。这是高电压量程测量的基础。
   • 放大器（可选）： 对于低电压量程（如mV档），衰减后的信号可能太小，需要经过一个高输入阻抗、低噪声的运算放大器进行精确放大，将其提升到适合ADC输入的信号电平范围。仪表的高输入阻抗（通常10M欧姆以上）确保在并联测量时对被测电路的影响很小。

2. 模数转换（核心）：

   • 积分型ADC（双斜率积分 - 最常见）： 这是数字万用表最常用的ADC类型。
     • 固定时间积分： ADC内部有一个积分器（由运放和电容构成）。转换开始后，控制器首先将被测的未知电压 V_in 接到积分器输入端一段固定时间 (T1)。在这段时间内，积分器电容以与 V_in 成比例的速率充电，电容上的电压线性上升。斜率取决于 V_in 的大小（电压越高，上升越快）。
     • 参考电压反向积分： 固定时间结束后，控制器切换到接入一个精确稳定的内部参考电压 V_ref（极性与被测电压相反）。电容器开始以固定的速率放电（因为 V_ref 是恒定且精确的）。
     • 计时： 微处理器精确测量积分器输出电压从刚才达到的最高点下降到零所需的时间 T2。
     • 数学关系： 电容第一次充电获得的电荷量等于第二次放电释放的电荷量。因此有：V_in * T1 = V_ref * T2，于是 V_in = (V_ref * T2) / T1。
     • 数字值： 由于 V_ref 和 T1 是精确已知的，微处理器测量 T2 并完成上面的计算，就能得到 V_in 对应的数字值。这个数字值的比例直接对应输入电压的大小。时间 T2 的长短直接对应输入电压的大小（输入电压越高，T2 越长）。
   • 转换完成： ADC输出的数字码被微处理器读取。

3. 信号处理与显示：

   • 微处理器根据所选的量程（是衰减后的量程还是放大后的量程），对这个数字值进行比例换算（乘以衰减比或放大倍数），还原出实际被测电压值。
   • 结果被发送到显示屏（通常是液晶屏）以数字形式直观显示出来。
   • 微处理器还负责处理零点校准、相对值测量等功能。

4. 前端保护：

   • 输入端子通常有熔断的保险丝（保护电流通路，特别是在误用电流档测电压时）。
   • 有瞬态电压抑制二极管或气体放电管等保护元件，用于限制高压尖峰或过压，保护内部精密器件（特别是ADC和分压器电阻）。

总结关键点：

• 操作关键： 区分交直流，选择正确档位和量程（高电压选高量程），并联测量。
• 原理核心： 利用分压器处理高压，利用高阻抗放大器处理低压，最核心的部分是模数转换器（ADC）（特别是双斜率积分ADC）将模拟电压转换为数字值。
• ADC核心： 通过测量固定参考电压反向积分至零点所需的时间来计算输入电压大小。时间测量的精度和内部参考电压的稳定性决定了整个仪表的精度。
• 安全至上： 高压测量时务必格外小心，严格遵守安全操作规程。

按照以上步骤和原理操作，您就能安全有效地使用数字万用表测量各种电压了。