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HP34401A数字多用表


常用电子仪器原理及测量技术

第一章 HP34401A 数字多用表
HP34401A 数字多用表是具有 6 1/2 数字显示、 高性能的数字式万用表。它 将台式仪器的整体性能融为一体, 为我们进行电量测量提供多种不同的测试方 案,使我们获得满意的测量结果。 构制高精度的测量 ●测量直流电压、直流电流、电阻: 设置 6 位的数字分辨率(使用 6 位数字

慢模式可进一步减小测量燥声) 。 对于 100mA, 1V,和 10V 量程,设置输入阻抗大于 10 GΩ,可获得最好的 直流测量精度。 使用 4 线电阻测量可获得最高的电阻测量精度。 使用数学归零测量 2 线导线电阻,在直流电压测量时,并可消除互连偏置 的影响。 ●测量交流电压、交流: 设置 6 位的数字分辨率 选择低通交流滤波器 (1 Hz to 300 kHz) ●测量频率和周期: 设置 6 位的数字分辨率 方便的台式仪器特性 ● 清晰的真空荧光显示器 ● 内设数学运算功能 ● 连续测试及二极管测量功能 ● 无需手动、读数保留特性 ● 可携带、无台架的厚实外壳 灵活的系统特性 ● HP-IB (IEEE-488) 接口标准配制 ● RS-323 接口标准配制 ● 标准程控语言包括: SCPI, HP34578A, and FLUKE 8840.
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● 读取速率高达 1000 个/每秒 ● 存储量可达 512 个读数 ● 极限测试,并有 pass/fail 信号

第一节 技术指标
一. 万用表的技术指标说明 在这一节中,我们将介绍技术指标中的部分术语,以便对数字多用表的技 术指标能更好的理解。 位数及超量程 位数指标是数字多用表最基本的、而有时也是最容易混淆的特性。位数等 于数字多用表可以测量或显示出“9”的最大数量,这表示完整的位数数量。 但是,大多数多用表可以测量超量程的量值,即可再加上部分或“1/2”个位 数。 例如,HP 34401A 设置在 10V 量程范围时,测量到 9.99999 VDC,这表示 分辨率为 6 个完整的数位。但是,该表也可以测量超过 10V 量程的范围,最大 可以测量到 12.00000 VDC. 这就是所谓超过 20%的测量范围能力和 6 1/2 位 数的测量。 灵敏度 灵敏度是数字多用表在一特定量测量时,所能测量出的最小信号水平。灵 敏度定义了多用表反映输入信号最小变化的能力。例如,若我们要监控一个 1 mVdc 的信号,并且将该信号的水平维持在±1μV 之内。若要反应这样的小幅 度调整,数字多用表的灵敏度至少要为 1μV。所以,如果多用表只有 1Vdc 或 更小的测量范围,则必须要有 6 1/2 位数。如果多用表有 10 mVdc 的测量范 围,则只要 4 1/2 位数就可以了。 在交流电压和交流电流测试时,必须注意的是,可测量到的最小值和灵敏 度不同。对于 HP 34401A 来说,这两个功能可测量到指定范围的 1%。例如, 在 100mV 的测量范围时, HP 34401A 多用表可以测量到 1mV。 分辨率 分辨率是在指定的测量范围内,可以显示的最大值和最小值的比例。分辨率通
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常以百分比、每百万分之(parts-per-million ,ppm) 、计数或位元来表示。 例如,具有超过 20%量程范围能力和 6 1/2 位数字多用表,最多可以显示的 测量分辨率为 1200000 计数。这相当于满刻度的 0.0001% (1 ppm)。 精度 精度是测量的“正确性” ,由于可求得相对于校准参考水平的数字多用表 测量不确定性, 绝对精度等于数字多用表的相对精度指标加上校准参考水平相 对与国家标准(例如,美国国家标准技术局, U.S. National Institute of Standard and Technoloyg)的已知误差。精度指标必须在有效的条件下才有 意义,这些条件应该包含温度、湿度和时间。 在数字多用表的制造厂商之间,没有约定俗成的标准,来规范制定多用表 技术指标的可靠程度。下表列出了在特定的假设情况下,每种技术指标的失败 概率。 规格标准 Mean±2 sigma Mean±3 sigma Mean±4 sigma 失败概率 4.5% 0.3% 0.006%

读数之间和仪器之间的性能差异,在指定技术指标中,会随着 sigma 数 目的增加而减少。这表明我们可以确定 sigma 数目的大小,来获得最大的实 际测量精度。HP 34401A 设计和测试的性能,比上表中± 4 sigma 的精度指 标还要好。 传递精度 传递精度是指多用表由于噪声和短期漂移所造成的误差。当“传递”一个 已知精度元器件上的信号到另一个元器件上, 而必须比较两个几乎相等的信号 时,这种误差就会变得很明显。 24 小时准确度 24 小时准确度指标是指在稳定的环境中,短暂的时间内,多用表在全部 的测量量程范围上的相对准确度。短期准确度通常是指在 24 小时期间和±1 度温度范围内的准确度。
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90 天和 1 年准确度 长期的准确度指标适用于 23℃ ±5℃的温度范围。这些指标包含起始校 准误差,加上多用表的长期漂移误差。 温度系数 准确度指标通常适用于 23℃ ±5℃ 的温度范围, 这也是许多操作环境的 共同温度范围。如果在 23℃ ±5℃ 以外的温度环境中操作数字多用表,必须 将额外的温度系数误差加到准确度指标上。 二. 数字多用表技术指标 DC 特性

DC 电压 DCV

量程 100.0 mV 1.000 V 10.00 V

24 小时 0.003+0.003 0.002+0.0006 0.003+0.003 0.002+0.0005 0.002+0.001 0.005+0.010

90 天 0.004+0.0035 0.003+0.0007 0.010+0.004 0.008+0.001 0.008+0.001 0.030+0.020

1 年 0.005+0.0035 0.004+0.0007 0.0035+0.0005 0.010+0.001 0.010+0.001 0.050+0.020

0.0015+0.0004 0.002+0.0005

Resistance

100.0 ohm 1.000Kohm 1.000Mohm

DC Current

10.000mA

精度指标 (读数的% + 量程的% )

AC 特性
AC 电压 ACV 量程 100.0 mV 24 小时 0.35+0.03 0.04+0.03 0.10+0.05 20—50kHz 1—1000V 0.35+0.02 0.04+0.02 0.10+0.04
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90 天 0.35+0.04 0.05+0.04 0.11+0.005 0.35+0.03 0.05+0.03 0.11+0.05

1 年 0.35+0.04 0.06+0.04

频率 5 —10 Hz 10-20 kHz 0.12+0.005 5 —10 Hz 10-20k Hz 0.12+0.05

0.35+0.03 0.06+0.03

常用电子仪器原理及测量技术 20—50kHz AC Current 1.000A 3.00A 0.30+0.04 0.35+0.06 0.30+0.04 0.35+0.06 0.30+0.04 0.35+0.06 5 —10 Hz 5 —10 Hz

精度指标 (读数的% + 量程的% )

频率和周期特性
低频误差 ( 读数的% ) 频率 3Hz—5Hz 5Hz—10Hz 10Hz—40Hz 40Hz—100Hz 100Hz—300Hz 300Hz—1kHz > 1kHz 分辩率 61/2 0 0 0 0 0 0 0 51/2 0.12 0.17 0.2 0.06 0.03 0.01 0 41/2 0.12 0.17 0.2 0.21 0.21 0.07 0.02

通用规定
表 1-1 通用规定 General specification Power supply: 100V/120V/220V/240V Power line frequency: 45Hz—66Hz Power consumpltion: 25VA (10 W average) Operation environment: 0—55 ℃ < 80% R.H Storage envionrment: -40—70 ℃ Rack dimension: 88.5mm*212.6mm*348.3mm Weight: 3.6 kg Warranty: Remote interface: 3 year standard HP-IB ( IEEE—488.1,IEEE—488.2) and RS—232C

三. 计算测量误差总和 数字多用表的精度指标可表述如下:
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(读数的% + 测量范围的% ) 除了读数误差和测量范围误差之外, 可能还必须加入某些操作条件造成的额外 误差。 如果多用表在规定的 23℃ ±5℃温度范围以外操作,需加上额外的温度 系数误差。 在 DC 电压、 DC 电流和电阻测量中, 可能必须加上额外的读取速率误差 或自动归零 OFF(关闭)误差。 在 AC 电压 AC 电流的测量中,可能必须加上额外的低频误差或峰值因数 误差。 读数误差 读数误差用来补偿选定功能和测量范围或输入信号水平的不确定性所造 成的误差。读数误差会按照选定测量范围的输入信号不同而改变。这种误差是 以读数的百分比来表示的。 下表中所示为多用表 24 小时 DC 电压指标的读数误 差。 测量范围 输入水平 读数误差 (% of reading) 10VDC 10 VDC 10VDC 1 VDC 10VDC 0.1 VDC 范围误差 范围误差用来补偿选定功能和测量范围的不确定性所造成的误差。 测量范 围误差为一个固定误差,不因输入信号的大小而改变,它是以测量范围的百分 比来表示。 下表中所示为数字多用表在 24 小时的 DC 电压指标的测量范围误差。 测量范围 输入水平 量程误差(% of ranging) 10VDC 10VDC 10VDC 10 VDC 1 VDC 0.1 VDC 0.0004 0.0004 0.0004 测量范围误差电压 40μV ≦40μV 40μV 0.0015 0.0015 0.0015 读数误差电压 ≦150μV ≦15μV ≦1.5μV

总合测量误差 读数误差和测量范围误差相加,就是测量总合误差。我们可以利用下面的
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公式,将测量误差总合转换成“输入信号的%”误差或“输入信号的 ppm(每 百万分之”误差。 “输入信号的%”误差=(测量误差总合)/(输入信号水平) ×100 输入信号的 ppm 误差=(测量误差总合)/(输入信号水平) ×1000000 假定使用数字多用表测量范围为 10VDC,输入信号为 5VDC。使用 90 天准 确度指标, 计算测量误差总合为± (读数的 0.0020% +测量范围的 0.0005% )。 读数误差 = 0.0020%×5 VDC = 100μV 测量范围误差 = 0.0005%×10 VDC = 50μV 误差总合 = 100μV + 50 μV = ± 150 μV = ± 0.0030% of 5 VDC = ± 30 ppm of 5 VDC

第二节 组成与工作原理
这里我们以电路模块的形式介绍数字多用表的组成和工作原理。 HP34401A 数字多用表的组成模块如下图所示: 从图中我们可以看出,HP 34401A 数字多用表的组成可分成两个主要组成 部分,浮动电路部分和地参考电路部分。数表的全部测量功能、控制功能和显 示功能都包含在浮动电路部分,同时,它也含有输入信号转接装置、测量功能 选择、各种测量电路和仪器的中央处理器(CPU) 。完成全部模/数转换功能的 A/D 转换器也在浮动电路部分。 在数表中的各种测量功能都是将被测信号变化到±12V 之间的直流电压, 然后,A/D 转换器再将直流电压转换到数字量的形式。这个数字量能够被仪器 的中央处理器(CPU)进行处理,使用存储在数表中的校准数据对测量数据进 行修正后,将该数据送到数表的前面板处理器按规定的格式显示,或送到地参 考电路部分的输入/输出处理器作为远控接口输出。 地参考电路部分主要由作为中央处理器(CPU)的从处理器构成。从处理 器通过光纤串行通信电缆与中央处理器(CPU)建立通信联系。该处理器设置 有 HP-IB (IEEE-488)和 RS-232 通信接口,它也处理数表的外部触发信号和
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提供与外部设备连接的握手信号。 数表电源分别为浮动电路部分和地参考电路部分提供所需的电源。 一.前/后面板选择 前/后面板选择电路的作用就是允许操作者按需要选择数表的前面板输入端口 或数表的后面板输入端口。前/后面板端口的选择由前/后开关装置控制。每个 端口设有输入保护电路, 用以防止测量时高电压和外部高能量干扰对数表造成 的损坏。 在数表的电流输入端设置有防止过电流的保险装置,它可保护数表免于 大电流造成的损坏。 二. 功能开关 功能开关部分的目的是连接数表的输入高端的各种不同的测量功能。 这主要由 继电器来完成。另外,在 4 线电阻测量时的敏感输入端 HI 和 LO 由也是由继 电器来完成。当选择数表的输入电阻大于 10000 Mohm 时,继电器设置为上电 的初始状态。 三. 直流放大器 除了频率和周期测量功能外,直流放大器电路被用于各种测量。模拟量通 道选通不同的输入信号到 A/D 转换器。在直流电压功能,量程的选择由输入继 电器和固态继电器两者来完成。对于每个测量量程,输入到 A/D 转换器的电压 通常满刻度均为 10V,对于直流输入放大器电路,选择反馈电阻和开关装置使 直流放大器的增益为×1, ×10, 和 ×100 。在数表的各个测量功能,放大器 的直流输出信号连接到 A/D 转换器的输入端进行模-数转换。 在直流电流功能,电流输入连接在 I 和 LO 两端,由于在电流输入端连接 有一个阻值已知的电阻(短路器) ,该电阻上的电压与被测电流成正比。这个 电压由数字多用表内的直流电路进行测量。 使用施加已知电流到未知电阻来进行电阻的测量。 在这个未知电阻上的电 压由数字多用表中的直流电路测量。 在 2 线电阻测量功能,施加在输入 HI 和 LO 两端的电压被测量。在 4 线 电阻测量功能,施加在输入敏感 HI 和 LO 两端的电压被测量,这样可以消除
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串联在电路中的导线电阻对测量电阻的影响。 四.交流电路 HP 34401A 数字多用表使用真有效值交直流转换器( True RMSAC-to-DC converter )测量交流电压和交流电流。交直流转换器将输入的交流电压变化 到直流电压,对于数表的全部交流量程,都是将输入的交流信号变为 2V 的直 流电压信号,输入的数表的直流电路进行处理。直流放大器通常也配置成×1 增益的形式,用以完成交流电压、交流电流、频率和周期的测量。

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FLOATING CIRCUITRY

GROUND REFERENCED CIRCUITRY

FRONT/REAR SELECTION 1

FUNCTION SWITCH 2

DC AMPLIFIER 3

A/D CONVERYER 5 EARTH REFERENCED LOGIC 7

AC CIRCUIT 4

Opto-couplers FLOATING LOGIC 6

18V FRONT PANEL 9

-18V

5V

-5V

POWER SUPPLY 8

图 1-1 HP34401A 组成框图

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五. A/D 转换器 数字量到模拟量的转换装置 (ADC)用于将直流电压转换到数字量信息。 A/D 转换器由综合放大器、电流开关距阵、电阻网络、标准电压、控制器和其 它电路组成。当 HP 34401A 数表开始测量时,数字量到模拟量的转换装置就 开始工作。A/D 转换器启动转换由控制器发出信号进行驱动。 六. 浮动逻辑 浮动公共逻辑控制数字多用表的全部工作。 数表所有测量控制和总线命令 都由中央处理器负责管理。 前面板处理器和地参考电路部分处理器作为中央处 理器的从处理器。 浮动公共逻辑电路由中央处理器、逻辑门电路、可编程存 储器(ROM,RAM) 、校准存储器(EERAM)和 12 MHz 晶体震荡器组成。 七. 地参考逻辑电路部分 地参考逻辑电路提供数表的全部后面板输入/输出功能。地参考逻辑电路中处 理器通过 HP-IB (IEEE-488)接口芯片控制该总线信号。RS-232 接口信号也是 通过地参考逻辑电路中处理器进行控制和管理。 通过双向通讯光缆完成地参考 电路部分和浮动测量逻辑电路部分的相互联系。 八.电源 数字多用表使用两种规格的电源:浮动部分电源和地参考部分电源。浮动 部分电源可输出±18 VDC, + 5 VDC 和 5 Vrms ,其中前两中提供给浮动电路 的供电, 后一种为数表的真空荧光显示提供电源。 地参考电路由一个单独的+ 5 VDC 电源供电。 九. 前面板 前面板电路由真空荧光显示控制电路、 显示高压驱动电路和键盘扫描电路 组成。 在前面板电路和浮动逻辑电路之间的通讯通过一个 4 线双向串行接口完 成。使用常规的逐行扫描键盘距阵来完成键盘扫描功能,通过扫描键盘输出数 据到移位寄存器,以便查询被按下的键。逐行扫回的键盘数据并行装入到移位 寄存器中,再移入前面板处理器进行解码,最后,传送到浮动逻辑电路部分去
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执行。

第三节 数表菜单
这一部分将逐步介绍操作数字多用表的前面板菜单。 讲解每种菜单的功能 和怎样使用数表的前面板菜单。 数表菜单是一个由上而下、具有三层(功能、命令和参数)树状结构所组 成。在菜单树上,可以移动 ―∨‖下或 ―∧‖上,从菜单的一层进入另一层,每 一个层次都有若干项水平选择项,可以使用―<‖或 ―>‖左右移动,进入到每个 水平项。

功能 命令 参数

图 1-2 菜单结构

打开数表的菜单,按 ―shift‖ ―<‖键。 关闭数表的菜单,按 ―shift‖ ―<‖, 或按前面板第一列中的任一功能键或数学 键。 若要执行菜单命令,按―Auto/Man‖。 一. 前面板菜单介绍 A:MEAS MENU →B:MATH MENU → C:TRIG MENU → D: SYSMENU →E:I/O MENU →F:CAL MENU A:MEASurement MENU 1:AC FILTER →2:CONTINUITY →3:INPUT R →4:RATIO FUNC →5:RESOLUTION 1:AC FILTER 选择慢、中、快交流滤波器 2:CONTINUITY 3:INPUT R 设置连续性蜂鸣器阀值(1 ohm 到 1000 ohm). 设置直流电压测量输入电阻
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4:RATIO FUNC 5:RESOLUTION B:MATH MENU

打开直流电压比例功能 选择测量分辨率

1:MIN-MAX →2:NULL VALUE →3:dB REL →4:dBm REF R →5: LIMIT TEST → 6:HIGH LIMIT →7:LOW LIMIT 1:MIN-MAX 2:NULL VALUE 3:dB REL 读回存储的最小值、最大值、平均值和读数计数值。 读回或设置存储零值在空存储器。 读回或设置 dB 值在 dB 相关寄存器。. 打开或取消极限测试。 设置极限测试的上限。

4:dBm REF R 选择 dBm 的参考电阻值。 5:LIMIT TEST 6:HIGH LIMIT C:TRIGger MENU 1:READ HOLD → 2:TRIG DELAY →3:N SAMPLES 1:READ HOLD 设置读保持灵敏带。 2:TRIG DELAY 指定测量之前插入的时间间隔。 3:N SAMPLES 设定每次触发的取样的数量。 D:SYStem MENU 1:RDGS STORE → 2:SAVE RDGS → 3:ERROR → 4:TEST → 5:DISPLAY → 6:BEEP →7:COMMA →8:REVISION 1:RDGS STORE 2:SAVED RDGS 打开或关闭读数存储器。 读取存储器中的数据(最多可有 512 个读数) 。

7:LOW LIMIT 设置极限测试的下限。

3:ERROR 从错误队列中查询错误(最多可有 29 个错误) 。 4:TEST 执行数表自测试。 5:DISPLAY 打开或关闭前面板显示器。 6:BEEP 打开或关闭蜂鸣器功能。 7:COMMA 起用或消除显示器上数位之间的逗号分割符。 8:REVISION 显示数表的软件修改代码。 E:Input/Output MENU 1:HP-IB ADDR →2:INTERFACE →3:BAUD RATE →4:PARITY →5:LANGUAGE
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1:HP-IB ADDR 设置 HP-IB 总线地址(0 到 31)。 2:INTERFACE 3:BAUD RATE 4:PARITY 设置 HP-IB 或 RS-232 接口。 设置 RS-232 通讯的传输速率。 设置 RS-232 通讯的奇、偶或无奇偶校验。

5:LANGUAGE 设定程控语言,SCPI, HP3478,或 FLUKE8840/42。 F:CALibration MENU 1:SECURED →[1:UNSECURED] →[2:CALIBRATE] →3:CAL COUNT →4:MESSAGE 1:SECURED 数字多用表处于保护状态,无法进行校准,请输入密码以解除 保护。 1:UNSECURED 数字多用表处于无保护状态,可进行校准,请输入密码以进 入保护。 2:CALIBRATE 执行数表规定的校准功能,此时必须处于解除保护状态。 3:CAL COUNT 读出执行校准数表的总次数。 4:MESSAGE 读出程控端输入的校准字符串(最多 12 个字符) 。 注意:除非数字多用表处于解除校准状态以备校准,否则,以方括号([ ])内 的两个命令是“隐藏”起来的。 二.数表菜单使用中显示的信息 Top of menu 在功能层,当我们按下 ―∧‖ 键时,这已是菜单表中的最高 层,不能在进入更高层。若要关闭菜单,请按―shift‖ ―<‖ (菜单打开或关闭)。 若要在同一层次上移动,请按 ―<‖ 或 ―>‖ 键。若要往下移动一个层次,请按 ―∨‖键。 Menu 键。 Command Parameter Menu Bottom 为我们正处于 ―命令‖ 层。若要观察在功能层所选择菜单选项, 为我们正处于 ―参数‖ 层。若要观察或编辑在命令层所选择命 当我们在“参数”层中,按下了 ―∨‖ 键,这已是菜单表中的
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为我们正位于 ―功能‖层。如果要观察该层的选项,请按 ―<‖ 或―>‖

请按 ―<‖ 或―>‖ 键。 令选项,请按 ―<‖ 或―>‖ 键。 最低层,不能在进入更低层。

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若要关闭菜单表,请按 ―shift‖ ―<‖ 键(菜单打开或关闭)。若要往上移动一 层,请按―∧‖键。 Change Saved Min Value Max Value Exiting Menu 我们在“参数”层中所做的变动,都将储存在存储器里。该 在“参数”层次上指定的值太小,数表无法执行所选的命令。 在“参数”层次上指定的值太大,数表无法执行所选的命令。 当我们按下 ―shift‖ ―<‖ 键或前面板功能/数学键以关闭菜 信息将在我们按下 ―Auto/Man‖( 菜单输入)键后,执行命令之后显示出来。 系统允许的最小值会显示在显示器上供操作人员编辑。 系统允许的最大值会显示在显示器上供操作人员编辑。 单时,都会看到这个信息。在“参数”层,不能更改任何数据,而且所有的更 改也不会储存在存储器中。 Not Entered 当我们按下 ―shift‖ ―<‖ 键或前面板功能/数学键以关闭菜 单时,都会看到这个信息。在“参数”层更改任何数据,都不会储存在存储器 中。若要存储在“参数”层次上所做的修改,请按 ―Auto/Man‖键(菜单表输 入) 。 Not Relevant 选择的数学运算对使用中的功能无效。

三. 菜单使用举例 举例 1 以下的操作步骤将指导我们如何打开菜单表, 并在不同菜单层次间上下移 动,在同一菜单层次上选项移动,以及关闭菜单。在该例中,我们将学会如何 关闭前面板蜂鸣器。 1. 按 ― shift <‖ 键,打开菜单。 这时我们进入了菜单表的“菜单”层。MEAS MENU 是在该层的首选项。 A: MEAS MENU 2. 按 “ >‖ 键三次,移动到同一层次的 SYS MENU 选项。 在“菜单”层次中有六种选项可供选择。为了容易区别,每一个选项都有 一个字母的字首(如 A:, B:, 等) 。 D: SYS MENU
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3. 按―∨‖ 键, 向下移动到 SYS MENU 中的“命令”层次。 RDGS STORE 命令是我们在这个层次上的第一个选项。 1: RDGS STORE 4. 按 ― >‖ 键五次,移动到“命令”层次的 BEEPER 选项。 SYS MENU.上有八个选项。为了容易区别起见,每一个选项都有一个单一 数字的字首(如 1:, 2:,等). 6: BEEP 5. 按 ―∨‖ 键,往下移动一层,到 BEEP 的参数选项上。 BEEP 命令的第一个选项为 “ON” 。 ON 6. 按 ―>‖ 键,移动到 ―OFF‖ 选项。 BEEP 有两个参数可供选择。 OFF 7. 按 ―Auto/Man‖ 键,存储改变后的内容,并关闭菜单表。 数字多用表发出“嘟嘟”声响并显示信息,表示设置已完成,然后,操作 者退出菜单。 CHANGE SAVED

第四节 HP34401A 数表的操作
一.前/后面板 1. 前面板 1 测量功能键 2 数学运算键 3 单一触发/ 自动出发 / 读数保持键 4 转换(Shift)/本地端键
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图 1-3 数表前面板

5 前/后面板输入开关 6 测量范围/位数个数显示键 7 菜单表操作键 2. 显示指示器

图 1-4 显示指示器

* Adrs 态 Rmt

测量期间自动开启 数字多用表的 HP-IB 地址,表示数表处于 HP-IB 程控的听/讲状 表示数表处于程控的状态
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Man Trig Hold Mem Ratio Math ERROR Rear Shift 4W 键。 3.后面板

数字多用表处于手动量程操作状态. 数字多用表处于等待单一触发或外部触发 读数保持功能开启 指示读数存储器开启 数字多用表处于电压比例功能状态 数学运算功能开启( null, min-max, dB, dBm, or limit test ). 程控命令出现错误 选择后面板输入 ―Shift‖ 键被操作者按下 数字多用表处于 4 线电阻测量功能

我们若需要观察显示指示器,在数字多用表开启的同时,按下“Shift”

图 1-5 数表后面板

1 底版接地 2 电源保险丝座配件 3 电源电压值设置 4 前后电流输入保险丝 5 电压表输出端
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6 外部触发输入端 7 HP-IB ( IEEE-488 ) 接口连接器 8 RS-232 接口连接器 使用数表前面板输入/输出菜单可完成: ? ? ? 设置 HP-IB 或 RS-232 接口 设置 HP-IB 总线地址 设置 RS-232 传输速率和奇偶校验

二. 字多用表的操作 1 数表使用前的准备工作 以下步骤是数表使用前的准备工作。 (1)连接电源线,并打开数字多用表 。 接通电源,数字多用表首先进行自检测试,同时前面板的指示器被点亮。 接着显示出HP-IB 总线地址。注意:数字多用表上电后处于直流电压测试功能 状态,并具有量程自动选择功能。 如若要观察显示指示器点亮的情况,在我们开启数表电源时,同时按下 “Shift‖ 键。 (2) 执行完整的数表自测试 完整的数表自测试所测试的项目,要比上电时执行的自测试项目多。要进 行完整的数表自测试,在我们打开数表的同时,按下“Shift”键,并保持5 秒钟以上,数表完整自测试将在我们放开该按键后开始执行。 如果自测试成功,显示器上显示 ―PASS‖ 。如果不成功,显示器上显示 ―FAIL‖。且显示器指示 ―ERROR‖ 点亮。这时,数字多用表不能被使用。 2 测量电压 使用测量导线将被测UUT连接到数字多用表。按下―DC V‖ 键时,测量直流 电压。按下 ―AC V‖ 键时,测量交流电压。

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图 1-6 测量电压

电压量程: 100mV, 1V, 10V, 100V, 1000V (750Vac). 最大分辨率: 100nV, ( 在 100mV 量程 ). 使用的 AC 技术: 真有效值 RMS, 交流偶合。 3 测量电阻 使用测量导线将被测 UUT 连接到数字多用表。按下―Ω 2W‖ 键时,测量 2 线电阻。按下 ―Ω 4W‖ 键时,测量 4 线电阻。 电阻量程: 100Ω,1kΩ, 10kΩ, 100kΩ, 1MΩ, 10MΩ,100MΩ. 最大分辨率: 100uΩ (在 100 ohm 量程 ).

图 1-7 测量电阻

4 测量电流 使用测量导线将被测 UUT 连接到数字多用表。按下 ― shift ― 和 ―DC I ‖ 键时,测量直流电流。按下 ― shift ‖ 和 ― AC I‖ 键时,测量交流电流。
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图 1-8 测量电流

电流量程: 10mA (仅 dc), 100mA(dc only), 1A, 3A. 最大分辨率: 10nA (在 10 mA 量程 ). 使用的 AC 技术: 真有效值 RMS, 交流偶合。 5 测量频率(或周期) 使用测量导线将被测 UUT 连接到数字多用表。按下 ― shift ― 和― Freq ‖ 键时,测量周期。按下― Freq ‖键时,测量频率。

图 1-9 测量频率、周期

测量范围: 3Hz 到 300 300kHz (0.33 sec to 3.3 μsec) 输入信号量程: 100mVac 到 750 Vac. 使用技术: 倒数计数.
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6 检测二极管 使用测量导线将被测二极管连接到数字多用表。按下 ― shift ― 和 ― Cont ‖ 键时,测量二极管。

图 1-10 检测二极管

测试电流原: 1mA. 最大分辨率: 100 μV (测量量程固定为 1 Vdc). 蜂鸣器阀值: 0.3 volt ≤ 测量电压值 ≤ 0.8 volts (不可调). 7 选择量程 我们可以使用数字多用表的自动量程功能来选择测量范围, 或使用手动量 程功能选择固定的测量量程。

图 1-11 选择量程及显示

??自动量程功能是在数表电源打开时或使用程控接口重置后选定。
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??自动量程功能的阀值: 往下的范围 <该量程范围的10% 往上的范围 >该量程范围的120% ??若输入信号大于当前量程的范围,数字多用表指出过载(― OVLD ‖)。 ?由前面板测量频率和周期时,测量量程的设定适用于信号的输入电压,而非 频率。 ??在连续性和二极管测试中,测量量程是固定的,测试连续性时为1 k?,测试 二极管时为1 Vdc。 量程设定只对于所选定的功能有效。 这表示我们可以单独选出每一个功能 的测量方法(自动或手动)。当选择手动量程方式,所选择出的量程仅限于该 功能。功能转换时,数字多用表会记住每一个设定的量程范围。 8 设置分辨率 我们可以设置显示数据的分辨率为 4 1/2, 5 1/2, 或 6 1/2 位数,用以 改善数表的测量速率和抗干扰能力。 在这里,最高有效位数(位于显示器最 左边的数据)是指“1/2”的那个位数,因该位数只可能为“0”或“1”。

图 1-12 设置分辨率

??在数字多用表上电时或由程控端重置时,分辨率设置为 5 1/2 位数。 ??在连续性和二极管测试时,分辨率固定为 4 1/2 位数。 分辨率受限于所选定的功能。 这说明我们可以单独选择出每一种功能的分 辨率。在功能转换时,数字多用表可以记住每一种分辨率。
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9 执行空数(相对)测量 空数测量也称为相对测量,是已存储的空数和输入信号之间的差值。 结果 = 读数– 空数

图 1-13 相对测量

除了连续性、 二极管或比例测试之外, 我们可以针对任何功能作空数测量。 空数运算限于所选择的功能;当改变功能时,空数测量就会被取消。 若要使测试引线电阻为零以便更精确测量两线电阻, 请短路测试引线的两 端,然后按 ― Null ‖。 在按下― Null ‖之后,第一个读数会作为空数,存储于空数暂存器中。新 值会取代先前存储的值。 在启动空数运算之后,可以按 ― Shift‖ 和 ― >‖ (菜单表调用),来编辑 已存储的空数。之后,便需要移到MATH MENU 的 ―NULL VALUE‖ 命令(只在空 数运算启动的情况下)。请按到“参数”层次,然后编辑显示出来数值。 当改变功能、关闭空数运算、关闭电源或程控重置时,空数暂存器都会被 清除。 10 存储最大和最小读数 当我们进行一系列的测量时,存储最大和最小的读数。以下将介绍如何读 取最大值、最小值、平均值和读数计数。 除了连续性和二极管之外,我们可以将极值运算和任何一个功能搭配使 用。极值运算限于所选的功能,当改变功能时,极值运算被取消。

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图 1-14 存储最大和最小读数

在启动极值运算之后,可以按 ―Shift‖ 和 ― >‖ (菜单调用)来读取所存 储的最大值、最小值、平均值和读数计数。之后,便需移到 MATH MENU 中的 ―MIN–MAX‖ 命令(只在启动极值运算的情况下)。再下到“参数” 层次,然 后按下 ―<‖ 或 ―>‖ 键来读取数值。 当关闭极值运算、关闭电源或执行程控重置时,所存储的数据均被清除。 平均值是指启动极值运算后所有读数的平均值 (并非存储的最大值和最小 值的平均值)。读数计数是启动极值运算后所有读数的总合。 11 做 dB 测量 dB 测量是已存储的相对读数值和已转换为 dBm 的输入信号之间的差值。 dB = 输入信号的 dBm 值 – dB 相对值

图 1-15 做 dB 测量

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·选择 ―DC V‖ 或 ―AC V‖. ·在启动dB测量之后的第一个读数被转换成 dBm 值,然后会被当作相对值存 储于dB 相对暂存器中。新值会取代先前存储的值。 ·在启动dB操作之后,可以按下 ―Shift‖ 和― >‖ (菜单调用)来编辑相对基数。 然后,便需MATH MENU 的 ―dB REL‖ 命令(只在启动dB的情况下)。再下到“参 数”层次,编辑显示的数据。 ·当改变功能、关闭dB操作、关闭电源或执行程控端口重置时,暂存器均被清 除。 12 做 dBm 测量 dBm 的测量操作,是计算传送到电阻的功能,而以 1 毫瓦为相对数值。 dBm = 10×Log2(读数的平方/参考电阻/1 mW) ·选择 ―DC V‖ 或 ―AC V‖ . ·出厂时的参考电阻为 600Ω。若要选择不同的数值,在启动 dBm 运算之后, 按下 ―Shift‖ 和 ― > ― (菜单调用)键。然后便可以移到 MATH MENU

图 1-16 做 dBm 测量

中的 ―dBm REF R‖ 命令(只在启动 dBm 的情况下)。 当再下到“参数”层次,然后选择一个值: 50, 75, 93, 110, 124, 125,

135, 150, 250, 300, 500, 600, 800, 900, 1000, 1200, 或 8000 ohms.
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·参考电阻值存储于永久性存储器中,因此,不会因电源关闭或执行程控端口 重置而改变。 13 触发数字多用表 我们可以在数字多用表的前面板使用单一触发或自动触发测量。

图 1-17 触发数字多用表

·在打开数字多用表时,自动触发被设置。注意:* (取样)指示器在每一次测 量期间多会开启。 ·单一触发是指每当按下“Single”键时,便测量一个读数,然后待下一个触 发。若要触发多用表,请继续按这个键。 · 使用外部触发 外部触发形式也利用 ―Single‖ 键启动。 除了必须产生触发脉冲到后面板 的 Ext Trig 端口上之外,外部触发形式和单一触发形式相同。数字多用表在 TTL 脉冲的下降边沿触发。 14 使用读数保留 读数保留的特性允许操作者将稳定的读数保留于显示器上。 数字多用表检 查出稳定的读数时,会发出嘟嘟的响声,并将这个数据保留在显示器上。

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图 1-18 使用读数保留

·读数保留的特性中有可调的灵敏带,可以让我们选择那些读数已经够稳定, 可以被显示出来。这个灵敏带的大小,是以占选定范围读数的百分比来表示。 数表连续三次发现读数在灵敏带范围之内后,便会取出此值显示出来。 ·默认的灵敏带是读数的0.10% 。启动读数保留之后,可以按下 ―Shift‖ 和 ― >‖ 键(菜单调用)来选择不同的灵敏带。然后,需移到TRIG MENU中的 ―READ HOLD‖ 命令(仅启动读数保留的情况下)。 再下到“参数”层次,选择下列数值之一:读数的 0.01%, 0.10%, 1.00%,

or 10.00%。
·灵敏带存储在暂时性存储器中,数表在关闭电源或执行程控端口重置后,将 灵敏带设为读数的0.10% 。 15 做直流电压的比例测量 在做电压比例测量时,数字多用表必须同时测量加到感应端的 DC 电压和 加到输入端的输入电压。 电压比例= dc 信号电压值/ dc 参考电压值 若要启动比例电压测量功能,使用 MEAS 菜单。

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图 1-19 做直流电压的比例测量

·在感应端的参考电压只能是DC电压,并可测量的最大输入电压值为± 12 Vdc。 感应端电压的测量,自动设定为自动量程功能。 ·输入 LO 和 感应 LO 端必须有共同的参考电压,并且不能大于± 2 V的电压 差值。 ·指定测量范围只适用于连接到输入端的信号。输入端上的信号可以是任何低 于1000 V的DC电压。 下面将介绍任何使用前面的菜单功能来选择比例功能。 1. 下 ― shift ‖ 和 ― < ‖ 键,打开菜单。 A: MEAS MENU 2. 按 ―∨‖ , ―<‖ 和 ―< ‖ 键,移到下一层,在移到 RATIO FUNC 命 令。 3. 按 ―∨”键,再移到“参数”层次。 这个命令在该层只有一个选择。 DCV : DCV 4. 按 ―Auto/Man‖ 键,选择比例功能,然后关闭菜单表。 注意:比例指示器开启了。 CHANGE SAVED 若要关闭比例测量, 请按前面板上的任一功能键, 以选择不同的测量功能。 16 使用读数寄存器
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数字多用表最多可以在内部寄存器中存储 512 个读数。 以下步骤将示范如 何存取读数。 (1)选择功能。 可以选择任何一种测量功能,如选择空数运算、极值运算、dB、dBm 或合 格限测试。也可以在读取存储器期间,任意改变选定的功能。 (2) 下 ― single ‖ 键,选择单一触发形式。 请注意: Trig 指示器开启了。当读数存储器开启时,数表一被触发,读 数便被存储。 在这个范例中,我们是以单一触发来存储读数的。也可以将自动触发和读 数存储器搭配使用。 (3) ―Shift‖ 和 ―<‖ 键,开启菜单表。 A: MEAS MENU (4) ―>‖, ―>‖ 和 ―>‖ 键,移到同层次的 SYS MENU 选项。 D: SYS MENU (5) ―∨” 键,移动到下一层,到 RDGS STORE 命令。 1: RDGS STORE (6) 按 ―∨”和 ―>‖ 键,再往下一层,然后在移到 ―ON‖ 选项。 ON (7) 按 ―Auto/Man‖ 键,存储变更后的信息,并退出菜单。 注意:Mem (存储器) 指示器开启后,便表示数表已经可以存储数据了。以先 进先出的次序最多可以存储 512 个读数。如果存储器满了,Mem 指示器便会关 闭。 读数会被保存起来,直到我们重新启动读数存储器、关闭电源或执行程控 端口重置。
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(8) 按 ―Single‖ 键三次, 触发数表三次, 这可以将三个读数存储于存储器 中。 (9) 按 ―Shift‖ 和 ―>‖ 键,使用菜单取回已存储的读数。 然后,移动到 SYS MENU 的 ―SAVED RDGS‖ 命令上。 2: SAVED RDGS (10) 按 ―∨”键,往下移动一层次,查看第一个存储的读数。 当到达菜单的参数层时,读数存储器会自动关闭。显示出第一个读数,即为存 储器的第一个读数(FIFO)。 如果存储器中并未存储任何数据,则显示 ―EMPTY‖ 。存储的读数可以适 当的单位 ( u, m, k, 等等)显示。例如: 31607k: 1 这里 k 是指数,1 是指数位数。 (10) 按 ―>‖ 和 ―>‖ 键,移动到所存储的剩余两个读数上,并观察这两个读 数。 读数存储在“参数”层次上。 如果在到达“参数”层次时按下 ―<‖ 键,便可以看见最后一个读数,同 时也会知道存储的读数数量。 (11) 按 ―Shift‖ 和 ―<‖ 键,关闭菜单表。 EXITING MENU

第五节 测量配置
这一节里我们将介绍配置数字多用表以执行所需要的测量。在使用时,可 能不需要改变这里提到的任何测量参数, 但是如若改变, 我们可以按需要配置。 一. AC 信号滤波器
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在数字多用表中设置有三种不同的滤波器, 可以使低频测量准确度达到最 佳,或使AC测量时间达到最短,并可根据输入信号的频率,来选择慢速、中等 和快速的滤波器。 仅限于交流电压和电流的测量。 输入频率 3 Hz 到 300 kHz 20 Hz 到 300 kHz 200 Hz 到 300 kHz 选定的AC 滤波器 慢速滤波器 中速滤波器(默认) 快速滤波器 采样时间 7 s/ 读数 1读数/s 10 读数 / s

·AC滤波器的选择存储在暂存器中,在电源关闭或程控端口重置时,数表会改 变到中等速度滤波器 (20 Hz)。 ·前面板操作:从菜单中选择慢速滤波器 (3 Hz), 中速滤波器(20 Hz), 或快 速滤波器(200 Hz)。默认设置为中速滤波器。 1: AC FILTER (MEAS MENU) 二. DC 输入电阻 通常。数表所有的DC电压量程的输入电阻都固定为10 MΩ,以减少干扰。 若要减少由于负载引起的测量误差,可将100 mVdc, 1 Vdc, 和 10 Vdc 量程 的输入电阻设定为大于10 GΩ。 DC输入电阻仅限于DC电压测量。 输入电阻
100mV, 1V, 10V量程

输入电阻
100V, 1000V 量程

固定电阻 ON (默认值) 固定电阻 OFF 3

10 MΩ > 10 GΩ

10 MΩ 10 MΩ

·输入电阻的设定存储在暂存器中,在电源关闭或程控端口重置时,数表会改 变到10 MΩ (包括所有DC电压量程)。 ·前面板操作:从菜单中选择10 MΩ模式(所有的DC电压量程都为固定电阻), 或>10 GΩ 模式。默认值为10 MΩ。
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3: INPUT R (MEAS MENU) 三. 分辨率 分辨率是用数表可以测量或显示的位数来表示的,可设定为 4, 5, 或 6 个完整的位数,再加上“0”或“1”来表示的―1/2‖ 个数位。若要增加测量准 确度和对干扰的抑制,选择6 1/2 位数。若要进行快速测量,选择4 1/2位数。 分辨率的设定适应于所有的测量功能。算术运算(空数、极值、dBm、 dB 和合格限测试)的分辨率和测量功能的分辨率相同。 分辨率的设定存储在暂存器中,在电源关闭或执行程控端口重置时,数表 会将所有测量功能的分辨率都设置为5 1/2 位。 四. 积分时间 积分时间是指数表的(A/D) 转换器转换输入信号的周期。 积分时间将影响 数表的分辨率(若要获得较高的分辨率,应设定较长的积分时间)和测量速度 (要进行快速测量,就应设定较短的积分时间)。 ·积分时间以电源周期数(number of power line cycles (NPLCs))来表示。 可选择 0.02, 0.2, 1, 10, or 100 的电源周期数。该值的默认值为10 PLCs。 ·积分时间存储于暂存器中,在电源关闭或执行程控端口重置时,数表将选择 10 PLCs 的积分时间。 ·仅有整数的电源周期数(1, 10, or 100 PLCs) 提供给正常模式 (电源频率 燥声)抑制。 ·下表给出了积分时间和测量分辨率之间的关系。 积分时间 0.02 NPLC 0.2 NPLC 1 NPLC 10 NPLC 五. 前/后输入端切换 利用前面板输入所作的测量,也可以使用后面板上的输入端进行。关于前
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分辨率 0.0001 x 满量程 0.00001 x满量程 0.000003 x满量程 0.000001 x满量程

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/后面板开关的位置参见前面介绍的“前面板”的内容。 在选择后面板输入时,Rear 指示器点亮。 六. 自动归零 当自动功能开启时(默认),数表内部会将输入信号和测量电路分离,测 量零输入时的读数,然后再将先前的读数减去零输入的读数。这样可以防止数 表的零偏对测量精度的影响。 当自动归零取消时,数表先测量一个零输入的读数,以后所有的测量值都 会减去这个读数。每次改变测量功能、测量量程或积分时间的时候,数表都会 重新测量零输入读数。 自动归零仅限于DC电压、DC电流和两线电阻的测量。在选择4线电阻和比 例测量时,自动归零功能会自动启动。 ·自动归零模式存储在暂存器中,在电源关闭或执行程控端口重置时,数表会 自动启动自动归零功能。 ·前面板操作:设定分辨率时,也会间接设置自动归零模式。 分辨率 快速 4 位 * 慢速 4 位 快速 5 位 * 慢速 5 位 (默认) * 快速 6 位 慢速 6 位 七.选择量程 我们可以利用自动量程功能,数表进行量程自动选择,或使用手动量程功 能,选择固定的测量量程。自动量程功能方便,它可按输入测量信号的大小自 动选择合适的测量量程。但是,手动量程可以加快测量的速度,因为数表测量 时不需花费自动确定量程的时间。 ·选择量程模式(自动或手动)被存储在暂存器中,在电源关闭或程控端口重
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积分时间 0.02 PLC 1 PLC 0.2 PLC 10 PLC 10 PLC 100 PLC

自动归零 Off On Off On On On

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置时,数表会自动进入自动量程功能。 ·自动选择量程的临界值: 往下 <10% 的测量范围 往上 >120% 的测量范围 ·如果输入信号大于目前可以测量的范围,数表会发出过载指示:前面板上显 示 ―OVLD‖ ,程控端口则以 ―9.90000000E+37‖ 来表示。 ·在频率和周期测量时,数表使用一个测量范围来包括所有3 Hz 和 300 kHz 之间的输入信号。数表以3 Hz 的信号来决定内部的分辨率。如果查询数表的 测量范围, 传回值为―3 Hz‖。 如果没有输入信号, 频率和周期的传回值为 “0” 。 ·在执行比例测量时,指定的测量范围表示输入端信号的测量范围。测量感应 Sense端的参考电压时,数表会自动选择自动量程功能。 ·前面板操作:使用前面板上的RANGE 键,选择自动量程或手动量程。如果从 前面板进行频率和周期测量,量程选择功能适用于输入信号的电压,而不是频 率。 八. 合格限测试 合格限测试操作是根据我们设定的上下限,执行通过/失败(pass/fail) 的测试。 ·上下限可设定为0和最高量程的120% 之间的任何数值,而且上限值必须大于 下限值。予设的上下限值都为0。 ·上下限值被存储在暂存器中,数表在关闭电源或执行程控端口重置操作及测 量功能改变时,会将上下限值设定为0。 ·前面板操作:如果每一次测量读数都在指定的限制范围内,数表显示―OK‖ , 而若超出上下限值,数表会显示f ―HI‖ 或 ―LO‖,并发出响声以示警告。

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