万用表的结构和工作原理

万用表的结构及其工作原理•一、万用表的结构万用表主要由磁电系表头、转换开关和测量线路组成。1表头表头是万用表的关键部件，万用表的许多性能都是由表头决定的，表头的作用用以指示被测量的数值。万用表的表头都是采用高灵敏度的磁电系测量机构，表头的满偏电流常为几十微安，满偏电流越小，灵敏度越高，测量电压时仪表的内阻就越大。一般的万用表，直流电压档内阻（即万用表测量每伏电压所具有的内阻）可达20KΩ∽100KΩ/V，交流电压档内阻一般要低一些。2转换开关•万用表中的转换开关是重要部件，它的作用是选择测量线路、改变测量范围。3测量线路•测量线路作用是用来把各种被测量转换到适合表头测量的直流的微小电流。•测量线路中使用的电阻元件主要是线绕电阻和金属膜（早期的万用表用碳膜，如本次修的MF30）电阻。低阻值电阻用锰铜材料制成线绕电阻，较高阻值用金属膜电阻。线路中的可调电阻一般都采用线绕电位器。•由于万用表的测量对象多，测量量程范围宽，所以要比普通仪表的测量线路复杂，但其测量原理与普通仪表仍是一致的。例如：测量电流依靠分流电阻扩大量程；测量电压采用分压电阻扩大量程等。二、万用表的工作原理2.1表头2.1.1表头参数的测定万用表表头满偏时允许通过的电流，用Ig表示，表头内阻用Rg表示，其等效电路如图1所示。图1表头等效电路图2测表头满偏电流和内阻（一）测Ig1）将直流恒流源置于2mA档，并将输出细调调到最小，然后按图2所示接好电路图，R为十进制可调电阻箱，注意极性！2）开关S断开，慢慢调节输出细调旋钮，观察表头指针偏转，直到满偏，记下恒流源的输出电流，即为Ig（约46）（二）测Rg：采用半偏法在图2中，保持电流源输出电流不变，闭合开关S，调节电阻箱R的阻值，使表头的指针指在1/2满偏位置2.2表头扩程为基本表做法:先将原表头的灵敏度扩展成最接近的简单的整数2.3指针式万用表最基本的的工作原理指针式万用表最基本的的工作原理如图所示2.3.1直流电流测量线路设计计算•开路个别转换式分流电路•闭路抽头转换式分流电阻•在工艺上，为了便于调整，修理和成批生产，大多采用整KΩ值，表头上再串联一只可变线绕电阻，这样一来，当表头参数有所变动时，可得到补偿。2.3.2直流电压测量线路设计•用串联电阻扩大电压量限的基本原理•直流电压灵敏度:电压表测每伏直流电压所需要的阻值，叫做“直流电压灵敏度”，它在数值上等于该表电流灵敏度的倒数，即直流电压灵敏度＝1/•例如电流表的灵敏度为100μA，用它构成电压表，其直流电压灵敏•直流电压灵敏度越高，流径表的电流越小，测量结果越准。2.3.3交流电压测量线路设计•整流电路2.3.4欧姆档测量线路的设计•一般设计原理图•欧姆中心值概念欧姆调零二、万用表的工作原理总电路图1.MF30直流电压、电流测量电路⑴测量直流电流原理电路图可以简化为右图所示总灵敏度调节⑵计算各档分流阻值PpiIRRIi其中为I=50μA时闭路分流电阻的总和，即pRRRRRRRRp54321pRIIR11129RR11221101.0RRIIRIIRRPp则11332110001.0RRIIRIIRRRPp2131090RRR3410RR同理根据MF30所给参数，2514',4.41RRAIgg可算出I=50mA时KRp12100所以对应I1=500mA时的分流电阻21.112100105005031RI2=50mA时的分流电阻9.10912RRI3=5mA时的分流电阻1091090213RRRI4=0.5mA时的分流电阻KRR09.11034所以KRR9.105KR82.15根据KCL及并联特点可得式⑶测量直流电压原理电路分压电阻计算2.欧姆表流过被测电阻的电流XRRUIXR当=0时，电流表偏转最大，为使不同档的电阻在短路时都能满偏，RW3调零电位器，称为欧姆调零当=R时，电流表偏转为满偏时的一半，此时R值称为欧姆中心值。XRXRXR⑴欧姆电路图及工作原理由欧姆表的刻度特性可知，欧姆标尺的有效使用范围一般只在范围内，超出这个范围就会引起很大的误差。所以，一个量程并不能满足所有范围电阻测量的需要。为了测量不同大小的电阻，并且又能够共用一条标尺，万用表的测量线路都是做成多量程的，根据欧姆中心值可以按十进制扩大其量限。例如R×1的欧姆中心值为24Ω，那么其他各档的欧姆中心值就取240Ω，2400Ω…，从而构成R×1（标准档）、×10、×100、×1K、×10K等多倍率档的欧姆表。在测量时，只需将欧姆表的读数乘以所选用的倍率就可得到被测量电阻值。101~10倍欧姆中心值的刻度⑵欧姆表量程的扩大程扩大方法改变分流电阻值：提高电池电压：保持电池电压不变，通过量程转换开关S的切换，改变与表头并联的分流阻，即低阻档用小的分流电阻，高阻档必用大的分流电阻，这样，当开关位于高阻档时，虽然被测量电阻增大，整个电路电流减少，但通过表头的电流依然大，保证了表头应有的灵敏度。同时，相同的指针数所表示的被测电阻值也扩大了，因为欧姆表的中心阻值等于它的总内阻各档的串联电阻应选择得使仪表在各档时的总内阻相应各档的欧姆中心值相等。电位器RP作欧姆调零用，一般万用表的电阻档都采用这种办法来扩大量程。提高电池电压可以提高表头的电流，从而使电阻量程得到扩大为了得到较高的电压，万用表中通常采用积层电池。⑶万用表欧姆档的正确使用使用万用表的欧姆档时要注意：⑴注意量项：万用表的转换开关全都放置在测量电阻的位置上。⑵严禁带电测量：不能测量带电情形下的电阻，要在被测电阻与其他器件隔离开时进行测量。测量时注意不要用两只手同时接触万用表的测试棒导体部分，否则仪表指示值反映的是人体电阻与被测阻并联等效电阻。⑶欧姆调零：每更换量限都要先进行零欧姆调整，将两根测试棒短接，调整零欧姆调整器使指针指向零欧姆处，然后再开始测量。⑷选择量程：适当选择欧姆档的量限，使指示值接近欧姆表标尺的中间即欧姆中心值附近，大约0.1R~10R范围较准确。（R为欧姆中心值）此外，应用欧姆表测晶体管参数时应避免电流过大或电压过高而损坏被测晶体管，常用“R×100”或“R×1K”档。⑸注意表笔与表内电池所接的极性：在利用万用表欧姆档测晶体二极管正反向电阻时，应记住“+”插孔接的是表内电池的负极⑹注意读数：万用表常有“R×1”、“R×10”、“R×100”、“R×1K”、等各档并共用一条标尺，测量时，仪表指针所指标尺处的数值乘以这些倍数便可得到被测电阻值。3.测量交流电压原理电路交流电压灵敏度5000Ω/V交流调整电位器4万用表的保护原理1.二极管（并在表头）：如图所示D1、D2为两只硅二极管，分别与表头并联，但管子极性相反。从硅二极客的伏安特性上可以看出，当正向电压在0~0.15V时，正反向电流都几乎截止，仅当正向电压超过导通电压（约0.6~0.7V）时才导通。若正向电流继续增大，硅二极管的压降基本稳定在正向导通电压上。图中D1起保护表头的作用，即使误拨电流档去测电压，也不至于烧坏表头（但可能烧坏分流电阻）。D2的作用是，当两支表笔位置插反而又发生过载时，起到保护表头的作用。二极管分流保护时间为4µS。2保险丝：0.5A加在电路的入口，主要起保护电路作用，也可起保护表头。特别注意：即使加了保护电路，仍有烧表或烧元件的危险。操作时务必谨慎细心，避免发生过载！返回三、如何正确使用万用表使用万用表时，必须注意下几点：1要正确选择被测量对象及其量限的档位万用表的测量对象多、量限多，使用时一定要注意调准转换开关的测量档位，否则会损坏仪表。如果不知道被测量是交流还是直流，可先用交流档试测。如果不知道被电压和电流的大小范围，应从大量限试起，然后逐渐减小量限。使用万用表测量电压、电流时，应尽可能选择量限使仪表的指示值超过所用仪表标尺的一半。测量电阻时，应使被测量电阻尽量接近标尺的中心。测量完毕后，应将转换开关置于交流电压最高档或空档上，这样，可以防止在下次测量时由于粗心而发生事故。2接线要正确测量电流时，仪表应和被测支路串联，使被测电流流过万用表；测电压时，仪表应和被测电路并联，使电压加在仪表两端。并要注意极性。3操作要正确使用万用表要胆大心细，使用前做到心中有数，并且注意：⑴在测量高电压或大电流时不能在通电情况下切换转换开关。⑵严禁在被测电阻带电的情况下，进行电阻的测量。否则，由于被测电阻上电压的串入，不仅会严重歪曲测量结果，甚至可能烧毁表头。万用表的欧姆档如何正确使用，见前说明。⑶测量直流高压时要有足够的绝缘及相应的技术措施（例如操作人员应穿绝缘靴并站在绝缘垫上）。4读数要正确万用表的标尺有好几条刻度线见图MF-30型万用表的面板图。一定要认清该读的刻度线，不能交直流串用，更不能看错读错。一般万用表的准确度为2.5级或5.0级。可根据准确度以及测量所选取的量限仪表的指示值该记录几位有效数字。四、怎样检查和调修万用表的故障？工具：好万用表一块、好电阻箱一个基础：熟悉万用表原理、结构、了解万用表经常容易损坏元件及故障点。2初步鉴定⑴外部鉴定，观看检查万用表外部的表壳、端钮、旋钮及其它附件等有无损伤，表头有无故障现象，旋钮是否旋转灵活自由等。⑵内部检查，打开表壳，检查仪表内部机械零件、电气元件、电路接线、开关触头等有无烧损、脱焊和断裂接触不良等形象，若明显有机械零件或电气元件损伤脱焊，则应及时进行焊接更换。特别要检查保险是否良好，电池是否够电。检查保险：用R×1档，MF30阻值应低于0。8Ω，大于0。8Ω不能用。检查电池：用直流电压档2.5V测量，新电池应大于1.5V，旧电池小于1.5V（可并30Ω的电阻，若低于1.4V不适用于万用表，低于1.3V不能用。3表头检查：⑴R×1档，指针不能回0，继续用R×10、R×100都无反映，故障存在⑵500mA：用待检修的万用表测量低于1.5V的旧电池，基本应满偏，否则用50mA，若无反映，表头可能有问题。⑶表头：红线断开，用好万用表R×1K（内阻最大，电流最小，电压1.5V）测表头：黑表笔接红线，红表笔接黑线，如果表头好，则指针满偏，否则故障。不偏时，将保护二极管断开，再重复⑶，若不偏，表头坏。1做好充分的准备工作：⑴清洁工作台，并备齐所用工具，材料及待修万用表的使用说明书、工作原理图等。⑵精读待调修万用表的使用说明书及工作原理图。掌握待调修万用表的结构、功能以及主要技术参数等，并对原理图进行全面的分析，掌握电路的工作原理。在全面了解待调修万用表工作原理的基础上对万用表的基础电路直流电流测量电路进行精细地分析，弄清工作原理及其与整体电路的连接关系等。4测量线路的调修⑴直流电流档调修直流电流档所出现的故障多是由于使用者误操作，在测量直流电流的档位上测量较大的电压，引起分流电阻值的严重变化，甚至烧毁而造成的。打开表壳之后，按照转换开关档位，可以很容易地找到损坏的电阻。有技术图纸资料，可以按原阻值更新之后，稍做调整。如果不了解原阻值，可以按下述方法推导。)()(321312211RRRIRRIRI所以只要知道各量程的电流值，即可通过测量各量程的分流电阻值，按上式求得欲知的电阻。例如，经检查闭路电阻烧坏，由该式得12112RIRIR只要测得的电阻值，就可以方便地确定的理论值1R2R⑷如直流电流档完好，则用直流2.5V档测旧电池的电压，若指示正确则无故障，否则有故障。直流电流档常见故障及调修⑵电阻档调修在万用表中，电阻档是最易发生故障的部分。操作者在测量电阻时，带电操作或是将转换开关置于电阻档时误测电压和电流，都可能引起电阻档线路损坏；内附干电池的接触情况、端电压是否在有效电压范围内等，都会影响测量的准确性。故障现象故障原因调修1通电指针无指示表头断路分流电阻短路测量端接线脱焊修复修复修复2部分量程不通，其它量程误差大分流电阻断路或短路修复3误差大正误减超差分流电阻阻值变大修复负误差超差分流电阻阻值变小4各量程指示无规律转换开关位置串动调整位置，正确安装故障现象故障原因调修1表笔短路，表头无