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常用电工仪器仪表,第三章,,常用电工仪器仪表,3.1 万用表3.2 兆欧表3.3 示波器 3.4 低频信号发生器 3.5 技能实训 万用表的组装,,,,,,3.1 万用表,万用表是一种可以测量多种电量，具有多种量程的便携式仪表一般万用表可以用来测量直流电流、直流电压、交流电压和直流电阻等电量有的万用表还可以测量交流电流、电感、电容以及晶体三极管的值等由于它的测量范围广，使用方便，因此在电气维修和测试工作中被广泛应用常用的万用表有模拟式和数字式两种 3.1.1 模拟式万用表这里以生产实际中应用较广泛的500型万用表为例，介绍模拟式万用表的结构、原理、使用与维护知识等3.1 万用表,3.1.1.1 万用表的结构万用表一般由测量机构、测量电路和转换开关三部分组成 1.测量机构（俗称“表头”)万用表测量机构的作用是把过渡电量转换为仪表指针的机械偏转角万用表的测量机构采用磁电系直流微安表，其满偏电流为几微安到几百微安。

满偏电流越小的测量机构灵敏度越高，万用表的灵敏度通常用电压灵敏度（/V）来表示 2.测量电路测量电路的作用是把各种不同的被测电量（如电流、电压、电阻等）转换为磁电系测量机构所能接受的微小直流电流（即过渡电量）测量电路中使用的元器件主要包括分流电阻、分压电阻、整流元件等万用表的功能越多，测量线路越复杂3.1 万用表,3.转换开关转换开关的作用是把测量电路转换为所需要的测量种类和量程万用表上的转换开关一般都采用多层多刀多掷开关图3-1所示为500型万用表的外形图，它的面板上有两只转换开关的旋钮 S1和S2，左边的S1采用二层三刀十二掷开关，共12个档位；右边的S2采用二层二刀十二掷开关，也有12个档位图 3-2 所示为多层转换开关其中一层的结构示意图它有12个固定触点（也叫“掷”）沿圆周分布，对应12个测量档位在其转轴上连接有可动触头（也叫“刀”）当转动旋钮时，可动触头与接在固定触点上的相应线路接通，就构成了不同的测量电路。

3.1 万用表,图3-1 500型万用表外形图,图3-2 转换开关结构示意图,1-掷 2-刀 3-转轴,3.1 万用表,3.1.1.2 500型万用表的工作原理 500型万用表的主要技术特性见表3-1表3-1 500型万用表的技术特性,3.1 万用表,500型万用表能测量直流电流、交直流电压、电阻及音频电压等，并具有较高的电压灵敏度另外它还具有外壳坚固的特点，故在生产中得到了广泛的应用500型万用表的总电路图如图3-3所示它利用两只转换开关S1、S2，可组成不同的测量电路下面分别介绍转换开关置于不同档位时所组成的测量电路及其原理3.1 万用表,图3-3 500型万用表总电路图,3.1 万用表,应指出的是，500型万用表和其他型号万用表的基本工作原理一样，以欧姆定律及电阻串并联规律作为基础 1. 直流电流测量电路将万用表（如图3－1）左边的转换开关S1置于A档，右边的转换开关 S2置于任意一个电流档，就组成如图3-4所示的直流电流测量电路（此时是 50μA档）可以看出，图中采用了闭路式分流器来改变电流的量程所以，万用表的直流电流测量电路实质上就是一个多量程的直流电流表，其基本原理与多量程直流电流表完全相同。

3.1 万用表,图3-4 500型万用表直流电流测量电路,3.1 万用表,图3-4中1K电阻和1.4K可调电阻始终与测量机构串联，起温度补偿作用因为测量机构的内阻若直接与分流电阻并联，由于分流电阻采用温度系数很小的锰铜制成，其阻值不随温度变化而改变当温度变化时，将随之变化，会造成较大的仪表误差但若与测量机构串联一只不随温度变化的电阻（即1K电阻与可调电阻1.4K） 后，再与分流电阻并联，这种因温度变化而引起的误差将会大大降低 , 起到温度补偿作用3.1 万用表,当量程为50μA时，除温度补偿电阻外，其余电阻全部作为分流电阻在其余量程，都是将分流电阻的一部分串接在测量机构的支路中，即将实际的分流电阻减少所以当转换开关置于不同量程时，即能改变电流量程的大小需要指出的是由于电压档、电阻档等都是在50μA电流档的基础上扩展而成的，所以，我们可以把50μA的电流档等效看成一个50μA的磁电系测量机构，这对以后分析电路是很方便的3.1 万用表,2. 直流电压测量电路测量直流电压时，可将右边转换开关 S2置于位置，左边转换开关S1置于直流电压的任意档位，就组成如图3-5所示的直流电压测量电路（此时开关位于2.5V档）。

图3-5 500型万用表直流电压测量电路,3.1 万用表,由图3-5中可以看出，万用表的直流电压测量电路实质上就是一只多量程直流电压表它采用了共用式分压线路，其电路也是在50μA直流电流档的基础上组成的500型万用表除用转换开关获得五种不同量程的直流电压测量档之外，还另设有2500V的插孔测2500V的高压时，量程开关可放在除2.5V档以外的任意直流电压档上，其分压电阻采用一只专用的1OM电阻使用时将红表笔插在2500V专用插孔里，黑表笔插在*插孔里3.1 万用表,3. 交流电压测量电路（1）万用表测交流电压的原理万用表的测量机构采用磁电系微安表，只能测量直流电流如果要测量交流量，只有加上整流器将交流变换成直流后，再送入测量机构，并找出整流后的电流与输入交流电流之间的关系，才能在仪表标度尺上直接标出输入交流电的大小通常将由磁电系测量机构和整流装置组成的仪表称为整流系仪表万用表的交流电压测量电路就是在整流系仪表的基础上串联分压电阻而成的3.1 万用表,万用表交流电压测量电路中的整流电路有半波和全波两种形式 500型万用表采用如图3-6所示的半波整流电路，图中的为分压电阻与测量机构串联的V1是整流二极管 ,它能将输入的交流电变成脉动直流电流，送入磁电系微安表。

V2是保护二极管，可以防止输入交流电压在负半周时反向击穿整流二极管V1如果没有V2，在外加电压负半周时，由于整流二极管V1反向截止而承受很高的反向电压，可能造成V1的反向击穿接入V2后，在负半周时V2导通 , 使V1两端的反向电压大大降低，保证了V1不会被反向击穿3.1 万用表,图3-6 万用表测量交流电压的原理电路,3.1 万用表,由于通过测量机构的电流实际上是经过整流后的单向脉动电流，而其指针的偏转角是与脉动电流的平均值成正比的，所以，整流系仪表所指示的值应该是交流电的平均值但是，交流电的大小习惯上是指交流电的有效值为此，我们可根据交流电有效值与平均值之间的关系来刻度标度尺对于半波整流 这样一来，万用表交流电压的标度尺就可以直接按交流电的有效值来进行刻度，即万用表交流电压档的读数是正弦交流电压的有效值但如果被测电流不是正弦波，将会产生波形误差，这是整流系仪表的一个主要缺点3.1 万用表,（2）交流电压测量电路将万用表右边的转换开关S2置于档，左边转换开关S1置于交流电压的任意一个量程，就组成如图3-7所示的交流电压测量电路图3-7 500型万用表交流电压测量电路,3.1 万用表,由图3-7可看出，交流电压测量电路仍是在直流电流50μA档的基础上扩展而成的，也采用共用式分压电路。

只是另外又与测量机构串联了一只2.25K的隔离电阻，并且用一只3.9 K的电阻分流，使测量机构的灵敏度比直流电压档的灵敏度低与测量机构并联的10μF电容起滤波作用，使万用表在测量低于10Hz的交流电时，指针不会抖动3.1 万用表,500型万用表的交流电压测量电路采用的半波整流电路，整流效率低它的分压电阻与直流电压档的分压电阻共用，如交流250V档的分压电阻恰为直流电压5OV档的分压电阻，两者相差5倍可见， 交流电压档的电压灵敏度只有直流电压档的五分之一这就是用降低分压电阻的方法，补偿由于整流效率低而使测量机构电流下降的影响，从而达到节省材料和交、直流电压档共用一条标度尺的目的测2500V交流高压时，要用专用的1OM分压电阻，两表笔分别与 2500V和*两插孔相接，量程开关可置于10～500V中的任意一档此外，由于整流二极管非线性的影响，在交流10V档标度尺的起始段,很明显分度是不均匀的因此交流10V档要专用一根标度尺，不能与其他标度尺混用3.1 万用表,4. 电阻测量电路 （1）欧姆表基本原理欧姆表测量电阻的原理图如图3-8所示图3-8 欧姆表测电阻的原理图,3.1 万用表,由全电路欧姆定律,式中 R0 ——欧姆调零电阻；r ——电池内阻；R1——限流电阻；RC——测量机构内阻；RZ——欧姆表总内阻。

RX——被测电阻（图中为R）,（3-1）,3.1 万用表,式（3-1）说明，若欧姆表总内阻RZ 和电池电动势E 保持不变，则线路中的电流I 将随被测电阻RX 而改变,且I 与成RX反比关系可见，欧姆表测电阻的实质是测电流当RX =0时，调整R0 ,使 , 指针指在满刻度位置，规定此位置为“欧姆0”时，时，=∞时， ，指针不动，规定此位置为“欧姆∞”3.1 万用表,由于仪表指针的偏转角与电流成正比，而电流与成反比因此，仪表指针的偏转角就能够反映的大小由以上分析可知，欧姆表的标度尺是不均匀的，而且是反向的，如图3-9所示图 3-9 欧姆表的标度尺,特别地，当 时， ，指针将指在仪表标度尺的中心位置，所以 又叫欧姆中心值因为欧姆中心值正好等于该档欧姆表的总内阻，因此，欧姆表量程的设计都是以标度尺的中央刻度为标准，然后再求出其他电阻的刻度值3.1 万用表,（2）欧姆表量程的扩大理论上讲，上述欧姆表可以测量0～∞之间任意阻值的电阻但实际上由于欧姆表刻度很不均匀，所以它的有效使用范围一般只在 0.1～10倍欧姆中心值的刻度范围内，超出该范围测量将会引起很大的误差。

为了使欧姆表能在较大范围内对被测电阻进行较准确的测量，万用表欧姆档都做成多量程的同时为了能共用一条标度尺，以便于读数，一般都以R×1档为基础，按10的倍数来扩大量程这样，各量程的欧姆中心值就应是十的倍数例如，在500型万用表中，R×1档的欧姆中心值为10Ω,那么，R×10档的欧姆中心值为 100Ω,R×100档的为100OΩ等只要适当设计电阻的串、并联电路就能实现这些要求3.1 万用表,由于欧姆表量程的扩大实际上是通过改变欧姆中心值来实现的，所以，随着量程的扩大，欧姆表的总内阻和被测电阻都将增加，这必然引起流过测量机构的电流减小因此，在扩大欧姆表量程的同时，还必须设法增加测量机构的电流通常可采取以下两种措施：,3.1 万用表,a.保持电池电压不变，改变分流电阻值如图3-10所示，低阻档（如R×1）用小的分流电阻，高阻档(如R×1000)用大的分流电阻虽然在高阻档时的总电流减小了，但通过测量机构的电流仍可保持不变图中各档的总内阻应等于该档的欧姆中心值一般万用表中R×1～R×1K档都采用这种方法扩大量程图3-10 改变分流电阻扩大欧姆表量程,3.1 万用表,b.提高电池电压，如图3-11所示，当被测电阻和欧姆表总内阻增大后，仍可保持其电流值不变。

通常万用表中R×10K档就是采用这种方法来扩大量程的图中R2是限流电阻，也是该档欧姆表总内阻的一部分另外，为了减小体积，万用表的R×1OK档通常采用电压较高的叠层电池常用叠层电池的额定电压有4.5V、6V、9V、15V和22.5V等。