万用电表的使用1

万用电表的使用

【实验简介】

万用电表是应用最广泛的电学仪表之一。常用的万用电表有指针式和数字式两种。 它可以测量交流电压、直流电压、直流电流、电阻、电容、二极管和三极管参数等电学量。因此，它可供实验室测试、工程设计、野外作业和工业生产维修等使用。

指针式万用电表的准确度低，但使用方便。因此，在电学实验、电工测量、电子测量等方面得到广泛使用。指针式万用电表类型很多，但结构上都由表头、转换开关、测量电路三部分组成。

数字万用电表是一种功能齐全、精度高、性能稳定、灵敏度高、结构紧凑的仪表。它显示直观能做到小型化、智能化，并且可以与计算机接口组成自动化测试系统。数字万用电表按显示位数分，可以分为三位半、四位半、五位、六位、八位等；按测量速度分为高速和低速；按重量、体积分，可分为袖珍式、便携式和台式；按A/D变换方式分，可分为直接变换型和间接变换型。

基尔霍夫生平简介

基尔霍夫（Gustav Robert Kirchhoff,1824～1887）德国物理学家。当他21岁在柯尼斯堡就读期间，就根据欧姆定律总结出网络电路的两个定律（基尔霍夫电路定律），发展了欧姆定律，对电路理论作出了显著成绩。大学毕业后，他又着手把电势概念推广到稳恒电路。长期以来，电势与电压这两个概念常常被混为一谈，当时都称为“电张力”。基尔霍夫明确区分了这两个概念，同时又指出了它们之间的联系。

在光谱研究中，他与本生合作，开拓出一个新的学科领域──光谱分析，采用这一新方法，发现了两种新元素铯（1860年）和铷（1861年）。

【实验目的】

1、了解万用电表的基本构造及原理；

2、学习用万用电表测量电流、电压、电阻等物理量；

3、学习用万用电表检查电路的故障及检测二极管、三极管等。

【实验仪器】

指针式万用电（MF-47）、数字式万用电表（DT890B ）、干电池2节（新、旧各一）、电阻2个（大、小各一）、二极管一只、三极管二只（NPN 型、PNP 型各一）、电容器1只（C ＞1uF ）、直流稳压电源、单刀开关、导线。

【万用电表基本构造及原理】

下面介绍指针式和数字式万用电表的基本构造和工作原理。 一、指针式万用表 1、基本构造

指针式万用电表（以下简称万用表）有一个共用表头（微安表），内部有多种不同的电路，表头与不同的电路配接就构成了多种功能多种量程的电表。其基本构造有三部分。 （1）表头：这是指示部分，是万用表的核心部件，万用表的重要性能就取决于表头。 （2）转换装置：一般由转换开关、表笔、插孔等组成，用于选择不同的测量功能及量程，也就是选择不同的测量电路。与此相对应，表盘上刻有各种功能相应的刻度。

（3）测量电路：主要由分流电阻和分压电阻等元件组成。不同的测量电路其作用是把不同的被测量转换成表头指示的电学量，例如把被测的大电流通过分流电阻转换成表头能够承受的小电流。

2、基本原理

电流表是表头与分流电阻相连构成的，分为开路式和闭路式电路，如图6-3（a ）所示为闭路式电路。电压表是表头与分压电阻相连构成的，如图6-3（b ）所示。此二者工作原理在这里都不再赘述。下面仅对欧姆表（万用表的欧姆档是一个多量程的欧姆表）的原理作简单的介绍。 如图6-4和图6-5（a ）所示，虚线框内为欧姆表的原理电路图。表内电源（干电池）电压为E ，表头内阻为R g ，满偏电流为I g ，R 为限流电阻， R x 为被测电阻。由全电路欧姆定律可知：

I x =

E R g +R +R x

（6-1） 图6-4

这就是欧姆表的刻度公式。E 、R g 、R 是一定的，当R x =0时，指针满偏，此刻度阻

值标为“0”Ω；当Rx=∞时（断路），指针不动，此刻度阻值为“∞”；当Rx 取其他各值时，指针所指的Ix 与Rx 都是一一对应的，只要在指针所指的这些位置上直接标出Rx 的值

就得到欧姆档的刻度了。满偏电流

I g =

E R g +R

E 2(R g +R )

， （6-2）

(R g +R ) 就是欧姆表的内阻。当被测电阻R x =R g +R 时，

I x =

=

12

I g ，

此时指针正指刻度的中央，此刻度所示的阻值称欧姆表的中值电阻，用R 中表示，有

R 中=R g +R ， （6-3）

即中值电阻等于欧姆表的内阻。

中值电阻是欧姆表的重要特征数值。从刻度公式I x =

E R 中+R x

可知，欧姆表的刻度是

不均匀的。当R x R 中时，I x ≈0，指针的偏转随R x 的变化很不明显，测量误差大；同理，当R x R 中时，I x ≈

E R 中

=I g ，测量误差也很大。因此为了提高电阻的测量精度，一般取

在刻度弧线的1/5—4/5范围内进行测量。

上述原理是假定电源电压E 为恒定不变的，但实际上这是不可能的。当E 下降而R g 和。为了消除这一误差，万用表的欧姆档还R 仍保持不变时，即使R x =0指针也不会指“0”

装有“电阻调零”旋钮，实际上就是一个可变电阻器，它与R 联用，作用就是在R x =0时，即使E 下降也能将指针调到“0”。

二、数字式万用电表

1、基本原理

数字式万用表是根据模拟量与数字量之间的转换来完成测量的，它能用数字把测量结果显示出来。其原理方框图如图6-6所示，主要包括直流电压变换器、模－数转换器、计数器、显示器和逻辑控制电路等部件。直流电压变换器的作用是把被测量(如电流、电阻等) 变换为电压；模－数转换器则是把电压转换为数字量；计数器可对数字量进行运算，再把结果经过译码系统送往显示器进行数字显示；逻辑控制电路主要对整机进行控制及协调各部件的工作，并能使其自动重复进行测量。

输入

数字式万用表的核心部件是一块模数转换器（A/D转换器）。多数数字式万用表输入的直流电压基本量程约为200mV, 高于200mV 的测量都是通过电阻进行分压后进行的。所以200mV 量程档是它准确度最高的档位，其他各档直流电压的测量准确度，还要受电阻分压比的不确定度的影响。交流电压、直流电流、交流电流和电阻档的测量，则和模拟式万用表一样，是通过电表改装和量程的扩展来实现的。

数字式万用表主要按显示的位数来分类，位数指数字万用表完整地显示数字的最大位数。可以显示出0～9这十个数字，称为“一个整位”不足的称为“半位”。例如，能显示“999999”

时称为“六位”最大能显示“1999”的称为“三位半”。半位都是出现在最高位。目前常见的有3

12

位（三位半）和4

12

位（四位半）两种。所谓半位，是指第一位只能是0（不显示）

和1数字。以三位半万用表的200mV 电压量程为例，最大测量值为199.9mV （位）。其他依次类推。

2、数字万用表的使用知识和操作技巧 （1）接通电源，检查电池电压

按下电源开关POWER 于“ON ”，接通电源。这时如显示屏显示电池不足符号时，表明电池电压不足，需要更换电池，数字万用表一般使用9V 积成电池。 （2）输入端的选择和连接

数字万用表一般有四个输入端，分别为：“COM ”、“V/Ω”、“200mA ”和“10A ”。其中“COM ”是公共端（接黑表笔），万用表作任何功能测量时，都要使用这一输入端。“V/Ω”输入端是用于电阻和电压测量的。“200mA ”和“10A ”输入端是分别用于小电流和大电流测量的。如图6-2（b ）所示。

（3）测量前应先把万用表置于正确合理的功能和量程档上

在测量交直流电流或电压前，应把量程开关预先置于该项目的最大量程处。注意：万用表处于电流或电阻挡时，千万不要去测量电压，如果无意中碰上一个电压源，也是危险的，可能会造成数字万用表不可恢复的损坏。

【使用万用表注意事项】

1、首先要明确测量什么物理量，切勿用错功能档，比如错用电流档测电压，或错用欧姆档测电流等。

2、无论测哪个物理量，都必须首先对电表进行“机械调零”，即调整表盖下部中央的调零螺丝，使表针正指零刻度。

3、选择合适的量程。先估计被测量程的大小，根据估计选择合适的量程。如果被测量的大小无法估计，应先选较大的量程进行测试，以防电表过载。若指针偏转过小，则将量逐步减小，直至选择到指针偏转尽可能大的合适量程为止。

4、测量直流电压或直流电流时，注意正、负极不能接错，红表笔接高电势端，黑表低电势端。执表笔的手切勿直接触表笔的金属部分。测试时若无把握，应先采用跃接法，即在表笔接触测量点的同时注意观察指针的偏转，如有异常表笔立即跳离测量点，然后考虑更正方法。

5、使用欧姆档测量电阻时，除了“机械调零”以外，还必须进行“欧姆调零”。将两表笔短接，调整“Ω”旋钮，使指针满偏，指在“0”Ω刻度线上。若换用不同的量程（倍率），必须重新进行“欧姆调零”。（数字式万用表不必作机械调零和欧姆调零。）

6、万用表用毕后，应将转换开关打到交流电压最高档，以保护电表。特别不能停在欧姆档，以免两表笔不慎短路，致使表内电池长时间放电，损坏电池和电表。数字式万用表用毕后应将表内电源开关弹出，即断开。

【实验内容与要求】

1、测量电阻（欧姆档）

（1）将指针式万用电表“机械调零”以后，先选择合适的量程测量小电阻，量程选好后，先作“欧姆调零”后进行测量。然后改用大倍率的量程，重新进“欧姆调零”，测量大电阻。

（2）用数字式万用表对上述两个电阻再测量一次。

（1）选择合适的量程测量干电池的空载电压，根据测量结果判定干电池的新、旧。（略高于1.5V 为新电池，1.5V 以下为旧电池，1.2V 以下基本不能再用。）

（2）将直流稳压电源的输出电压调到8V ，然后用万用电表合适的量程进行实际测量。 以上两次测量先使用指针式万用电表，后使用数字式万用电表。 3、测量交流电压（交流电压档）

用两种万用电表的交流电压档的合适量程测量实验桌上交流电源插座上的交流电压，注

意手千万不能接触表笔的金属部分。

4、测量直流电流（直流电流档） （1）按图6-7所示连接电路，并估算ab 支路和ac 支路上的电流。然后将指针式万用电表

选择合适的量程，先串接到a 、b 间测量小电阻

支路上的电流，后改变量程串接到a 、c 间测量大电阻支路上的电流。注意，电源电压调到8V 以后不要再改变。 图6-7

（2）以上测量用数字式万用表再做一次。数字万用表的黑表笔仍插在COM 孔，红表笔改插到mA 孔或20A 孔（被测电流在200mA 以下插mA 孔，在200mA —20A 之间插20A 孔）。

5、用电压法检查电路故障（直流电压档）

用图7所示电路，将a 、b 、c 三点连到一起，相邻两组的同学互设故障，然后用“电压法”检查电路的故障所在。方法是：将万用表的直流电压档的量程调到大于或等于电源电压，先检查电源是否正常，若正常，再从正极开始沿电流方向顺序检查各段电路和节点，电压出现反常之处即为故障所在。

6、判别二极管的极性及好坏

（1）用指针式万用表判别（欧姆档） 二极管具有单向导电性，反向电阻要比正向电阻大几百倍以上，甚至更大，二者相差越大越好，通常说正向导通，反向截止。用万用表来判别二极管的正、负极时，选用欧姆格R ×1K 倍率（或R ×100倍率，避免用R ×1或R ×10倍率），两支表笔分别接触二极管的两极，如果第一次测得两极间的电阻较小（约向百Ω至几千Ω之间），对掉表笔后测得的电阻接近无穷大，则该二极管是好管子，电阻较小的那一次黑表笔接触的是二极管的正极（黑表笔为表内电池的正极）。应该指出的是，二极管是非线性元件，正向电流与正向电压不成正比，欧姆档选用不同的倍率测得的正向电阻有所不同。

如果前、后两次测得的电阻都是无穷大，说明二极管内部断路；如果两次测得的电阻都几乎为零，则说明二极管内部短路（被击穿）；如果两次测得的电阻差不多，则说明二极管没有单向导电性。这三种情况的管子都是坏的。

（2

档，二极管导通时屏上显示正向电压降的值，通常为零点几伏特，二极管截止时屏上显示过量状态“1”。导通时红表笔所接的是二极管的正极（数字万用表的红表笔是表内电池的正极，这一点与指针式万用表正好相反）。若两次测试均显示“000”，则二极管已被击穿；两次测试均显示过量状态“1”，则二极管内部断路。

7、判别三极管的管型和极性，测量三极管的直流放大倍数hFE 值 （1）用指针式万用表判别和测量 ①判别管型和基极b

粗略地说，三极管的内部是两个PN 结的组合。指针式万用表选择欧姆档R ×1K 倍率（或R ×100倍率），手拿管体，三个极向上，假定其中一个极（例如中间一极）是基极（b 极），用红表笔接触假定基极，黑表笔分别与另外两极相接，如果两次测得的阻值都较小，（指针偏转角度较大），则说明三极管是PNP 型的，且假定基极（红表笔所接）就是基极。为了验

证判断正确与否，可交换表笔如是再测，若两次测得的阻值都接近无穷大（指针几乎不动），则验证了前述判断肯定是正确的。

如果测试情况与上述正好相反，则说明三极管是NPN 型的，假定基极也是正确的。 ②判别集电极c 和发射极e

通常用放大性能比较法来判别集电极c 和发射极e 。具体方法是：对于PNP 型三极管，除已知基极b 外，假定另外两极中的一极是c 极，用红表笔与其接触，黑表笔与第三极接触，并用湿手指捏住b 极与假定c 极（等于加一个偏置电阻），观察指针的偏转；然后改换假定对掉表笔，仍用湿手指捏住b 极与假定c 极，再观察指针的偏转。两次中指针偏转角度大的那一次的假定是正确的，红表笔所接的是c 极，黑表笔所接的是e 极。

对于NPN 型的三极管，用黑表笔去接触假定c

法与上述相同，偏转角度大的那一次黑表笔所接的是c 极。

现在一般常用的三极管，如果手拿管体，剖面正对自己，三个极向下，则三个极的排列顺序是e 、b 、c ，如图6-8所示。

③测量直流放大倍数hFE 值

图6-8

先将转换开关旋至ADJ 档，进行电阻调零，然后再旋至hFE 档，将三极管按照管型和极性的顺序插入相应的插孔内，从hFE 刻度上即可读出三极管直流放大倍数的大小。

以上判别管型、极性及测量直流放在倍数三步还可以并作一步做。就是转换开关旋至R ×10档并电阻调零后再旋至hFE 档，将被测三极管直接插入测孔内，插对了就显示放大倍数，插错了就不显示或显示不正常。

（2）用数字式万用表判别和测量

用数字式万用表判别三极管的管型、极性和测量直流放大倍数时，不使用欧姆档，而采用PN ”，可把一个三极管视为两个二极管的组合，应该怎么去判别和测量，请同学们自己好好想一想，动手去做。

8、测试电容器的性能

用指针式万用表来测试电容器的性能，是利用电容器充、放电的原理。使用欧姆档，对中等容量的电容器（0.1цF —100цF 之间），可取R ×1K 倍率。先将电容器的两极短接一下，进行放电。然后再将两支表笔与电容器的两极相接，

（1）如果指针摆动一定的角度（表内电池对电容器充电），然后又较快地返回到“∞”处（充电完毕），表明该电容器性能正常。

（2）指针摆动一下后不能回到“∞”处，而是停止某一刻度上，表明该电容器漏电，容量下降。若漏电电阻小，即漏电厉害，就不能再用。

（3）若指针不动，仍停在“∞”处，表明该电容器内部断路，不能用。

（4）若指针摆到“0”刻度附近不返回，表明该电容器内部已被击穿，不能用。

（5）对于小容量的电容器，指针摆动很不明显，可反复地交换表笔，如果指针反复地微微摆动，则表明该容器性能正常。

（6）用数字式万用表测量电容量的大小

转换开关旋至Cx 档，选择合适的量程，按下表内电源的开关，即打开，屏显会自动校零。先将被测电容器放电，然后将两极插入Cx 的插孔内（不用表笔），屏上显示的读数就是被测电容的大小。

万用表还有其他测试功能，本实验不再介绍。

【思考题】

（1）指针式万用表由哪几部分组成？使用时应注意哪些问题？使用欧姆档电表黑表笔接内部电池哪一极？

（2）数字万用表使用时，黑测试表笔应插入什么位置？

（3）比较实验中两种不同电压量程档测量同一电压所得结果，判断使用哪一档更合理，想一想为什么？

附录6-1 指针式和数字万用表主要性能技术指标

1MF47型万用表主要技术性能 ○

直流电流：0-100μA-2.5mA-25 mA-250 mA-2.5A 精度：±2.5%

直流电压：0-2.5V -10V -50V -250V -1000V

精度：±2.5%

交流电压：0-10V -50V -250V -1000V

精度：±4%

电 阻：0-2K Ω-20 KΩ-200 KΩ-2000 KΩ-20000 KΩ 精度：±2.5%弧长

晶体管共发射极静态电流放大倍数HFE ：0-200 电 容C ：0-0.03-0.1-0.5μF 电 感L ：2-200-2000H

音频电平：－10dB ～＋22dB ～＋36 dB～＋50 dB～＋62 dB 2 DT890型数字式万用表主要技术指标 ○

直流电压量程：200mV ；2V ；20V ；200V ；1000V

精度：±0.5%读数；＋1字 交流电压量程：200mV

精度：±1.2%读数；＋3字 2V ；20V ；200V

精度：±0.8%读数；＋3字

700V

精度：±0.5%读数；＋1字

直流电流量程：2mA ；20 mA

精度：±0.5%读数；＋1字

200 mA

精度：±1.2%读数；＋1字

10A

精度：±2.0%读数；＋5字

交流电流量程：2 mA；20 mA

精度：±1.0%读数；＋3字

200 mA

精度：±1.8%读数 ＋3字 10A

精度：±3.0%读数 ＋7字

电 阻 量 程： 200Ω

精度：±0.5%读数；＋3字 2K Ω;20K Ω;200K Ω;2M Ω 精度：±0.5%读数；＋1字 20M Ω；200M Ω

精度：±1.0%读数；＋2字

电 容 量 程： 2000pF ；20nF ；200nF ；2μF ；20μF

精度：±2.0%读数；＋2字