万用表的选用与使用知识

万用表也称多用表,是万用电表的简称。
万用表分为指针式万用表和数字万用表。是一种多功能、多量程的测量仪表,一般万用表可测量直流电流、直流电压、交流电流、交流电压、电阻和音频电平等,有的还可以测交流电流、电容量、电感量及半导体的一些参数。
万用表的分类:
万用表种类较多,下面根据它的实物外形、显示方式和测量功能来进行分类。
1、按实物外形分类:
万用表按实物外形主要可以分为台式、手持式、钳式、笔式等多种,如图1-1 所示。
万用表的选用与使用知识插图
2、按显示方式分类:
万用表按显示方式可分为表盘显示和显示屏显示两种。
万用表的选用与使用知识插图1
提示:数字万用表根据显示位数通常可分为3 位半、4 位半、5 位半、6 位半等多种。另外,数字万用表还可以按照功能/量程开关的转换方式进行分类,可分为手动转换(MAN RANGZ),自动转换(AUTO RANGZ),自动/手动转换(AUTO/MAN RANGZ)三种。
指针万用表的构成与工作原理:
指针万用表的构成:
(1) 外部构成:
指针万用表外部由外壳、磁电式表头、功能/量程转换开关、“ Ω ”调零旋钮、表笔插孔、晶体管插孔等构成, 如图1-4 所示。
万用表的选用与使用知识插图2
(2) 内部构成:
指针万用表内部由磁电式表头、电路板、电池等构成,如图1-5 所示。
万用表的选用与使用知识插图3
1) 表头摇表头由电磁系统(磁铁、线圈、游丝)、表盘和指针(表针)构成,如图1-6所示。有微弱的电流通过线圈后,它就会产生磁场,控制指针从左侧向右侧偏转。电流越大,偏转角度也越大。因线圈采用线径较细的漆包线绕制,所以需要通过电阻降压限流为它供电,才能获得较大的量程范围和较多的测量功能。
万用表的选用与使用知识插图4
2) 表盘摇表盘上有大量的符号和多条刻度线。图1-7是MF500 型万用表的表盘。
万用表的选用与使用知识插图5
第1条刻度线是电阻挡的读数。它的右端为“0”,左端为“无穷大(∞)”,所以读数要从右向左读,也就是指针越靠近右端,数值越小。
第2条刻度线是交流、直流电压及直流电流的读数, 它的左端为“0”,右端为最大值,所以读数要从左向右读,也就是指针越靠近右端,数值越大。如果量程开关的位置不同,即使指针在同一位置,数值也是不同的。
第3 条刻度线是为了提高0 ~10V 交流电压读数准确度而设置的,它的左端为“0”,右端为10V,所以读数要从左向右读,也就是指针越靠近右端,数值越大。
第4条刻度线是分贝的读数,它的左端为“-10dB”,右端为“ +22dB”,所以读数要从左向右读,也就是指针越靠近右端,数值越大。
3) 电路板 电路板上不仅有大量的电阻、电容、电感等电子元器件,还安装了功能/量程转换开关,如图1-8 所示。
万用表的选用与使用知识插图6
指针万用表的测量原理:
指针万用表的基本测量电路如图1-9 所示。
测量交流电压时,将功能/量程转换开关SA置于交流电压挡的位置,交流电压通过R4限流,再通过二极管VD 半波整流,为表头的线圈供电,控制指针摆动到相应的刻度位置上。
测量直流电压时,将功能/量程转换开关SA置于直流电压挡V的位置,直流电压通过R3限流,为表头的线圈供电,控制指针摆动到相应的刻度位置上。
万用表的选用与使用知识插图7
测量直流电流时,将功能/量程转换开关SA 置于直流电流挡mA的位置,直流电流通过R2限流,为表头的线圈供电,就会控制指针摆动到相应的刻度位置上。
测量电阻时,将功能/量程转换开关SA 置于电阻挡的位置,此时表内的电池电流通过Ω挡调零电位器RP、限流电阻R1、表头线圈和被测电阻R构成的回路为表头的线圈供电,就会控制指针摆动到相应的刻度位置上。
由于被测电阻R的阻值不同,所以为表头线圈提供的电流是非线性的。因此,表盘上的刻度为了真实地反映出被测电阻的阻值,刻度线的排列是不均匀的。
数字万用表的构成与工作原理:
1、数字万用表的构成:
(1) 外部构成
数字万用表外部由外壳、液晶显示屏、功能/量程转换开关、电源开关、表笔插孔、晶体管插孔、表笔等部分构成, 如图1-10 所示。
(2) 内部构成
数字万用表内部由显示屏、电路板、功能/量程转换开关等构成。电路板实物如图1-11所示,电路框图如图1-12 所示。其中, 输入电路、A- D转换器属于模拟电路部分。而计数器、逻辑控制电路、时钟发生器、显示屏属于数字电路部分。
万用表的选用与使用知识插图8
万用表的选用与使用知识插图9
数字万用表的测量原理:
数字万用表按A-D转换器的不同可分为逐次逼近比较式、双积分式和复合式数字万用表三种。下面分别介绍它们的测量原理。
(1) 逐次逼近比较式数字万用表
典型的逐次逼近比较式数字万用表由比较器、D- A转换器、基准源(基准电压发生器)、脉冲分配器、时钟脉冲发生器(振荡器)、数码寄存器、显示屏等构成,如图1-13所示。
万用表的选用与使用知识插图10
此类万用表在测量时,需要通过多次比较,才能完成检测信号的识别和处理,比如在测量1.893V电压值时,它的比较程序如图1-14 所示。
万用表的选用与使用知识插图11
(2) 双积分式数字万用表
典型的双积分式数字万用表由积分器、零比较器、功能/量程转换开关、控制逻辑(CPU)、闸门、计数器、时钟脉冲(振荡器)、寄存器、译码器、显示屏等构成, 如图1-15所示。
万用表的选用与使用知识插图12
此类万用表在测量时,需要通过准备阶段、取样阶段、比较阶段才能完成检测信号的识别和处理,它的信号处理原理如图1-16 所示。
万用表的选用与使用知识插图13
(3) 复合式数字万用表
典型的复合式数字万用表由信号调节器、A-D转换器、DC/DC 变换器、时钟振荡器、功能/量程转换开关、逻辑控制电路(CPU)、计数器、显示屏等构成,如图1-17所示。由于此类万用表的功能全,目前的数字万用表多采用此类方式。
万用表的选用与使用知识插图14
指针万用表的特点、选购、注意事项:
一、指针万用表的特点如下:
一是内部电路结构简单,成本较低, 维护简单, 过电流、过电压能力强。
二是灵敏度高,测量时可以快速显示测量结果,并且通过指针的摆动,就可以判断所测电压是否过电压,方便直观。
三是指针万用表输出电压较高,电流较大,测试晶闸管(曾称可控硅)、发光二极管、场效应晶体管、扬声器等元器件比较方便。
二、指针万用表的选购
选购指针万用表时主要考虑以下几方面:
1、外观
首先可根据需要选择万用表整体的大小,一般业余爱好者如果经常要带着万用表外出的话,可选择体积相对较小的万用表,如MF47、MF50及胜利VC3021等型万用表;如果对功能多少和准确度要求不高,仅要求体积小巧、携带方便,可选择袖珍型万用表,如MF110等型万用表或钳形、笔形万用表。如果不需要带着外出,而且需要较高的准确度,可选择体积较大的,如MF500 型、MF14 型等万用表。
选择外观时,万用表的表盘罩最好是玻璃的,因玻璃透明度好,而不会像塑料那样容易被磨花。
在检查机械传动机构时,主要从三方面来考虑。
一是平衡特性,即把万用表平着放、立着放,指针静止的位置差别越小越好, 如图1-18所示。
万用表的选用与使用知识插图15
提示:若指针在未使用时的位置不能在左侧的“0”位置,则需要调“0”。此时,用一字槽螺丝刀(规范名称为螺钉旋具,为适应读者习惯,沿用俗称) 调节面板上的调零钮,使指针回到“0”位置上,如图1-19所示。
万用表的选用与使用知识插图16
二是阻尼特性,指针向右摆动时应平稳、缓慢。
三是旋转功能/量程转换开关时要清脆有力,定位要准确,如图1-20 所示。
万用表的选用与使用知识插图17
2、万用表的功能:
通常讲,万用表的功能越多越好,但是在一般情况下, 还是选择自己够用的功能就可以了。一般电工维修、制冷维修人员选择具有欧姆挡、直流/交流电压挡、直流/交流电流挡的万用表就可以了。如果搞家电、通讯维修,则要选择功能多一点的万用表,并且欧姆挡应设有R×1、R×10、R×100、R×1k、R×10k五个量程。另外,最好还能有测量晶体管的直流放大倍数hFE挡和通断测量挡,这样使用起来会更方便些。
3、万用表的准确度:
在选择购买万用表时,检测万用表的准确度是十分必要的。选购时,应选购准确度高的万用表, 最起码也要选择电阻挡、电压挡和电流挡准确度高的万用表。
在购买指针万用表时,可以借助测量已知量(如电阻、电容、电池电压、交流电压等)的方法,对需要购买的指针万用表的测量功能进行检测,确认性能优良后再购买。
三、使用指针万用表时的注意事项
使用指针万用表时应注意的事项如下:
一是使用或携带时,不能摔、振到指针万用表,也不能被钳子等硬物碰撞到表盘罩,以免损坏万用表或其表盘。
二是应在无强磁场的条件下使用指针万用表,否则会导致测量误差过大。
三是在使用万用表测量较高的直流/交流电压过程中, 不能用手去接触表笔的金属部分,以免被电击;在测量大阻值电阻时,也不能用手碰到表笔的金属部分,以免测量的阻值低于标称值。
四是测量电流与电压时不能旋错挡位,否则很容易损坏万用表。另外,也不能在测量的同时旋转功能/量程转换开关,尤其是在测量高电压或大电流时同,更不能旋转,以免产生的电弧烧毁开关触点。如果需要切换挡位,应先拿开表笔,再旋转功能/量程转换开关,切换好挡位后再测量。
五是不清楚被测电压或电流值大小时,应先用最高挡, 然后再根据测量的结果选择合适的挡位,以免指针偏转过大将表笔打弯或损坏表头。不过,所选用的挡位越接近被测值,测量的数值就越准确。
六是测量直流电压和直流电流时,注意表笔的“+”、“–”极性,不要接错。如果发现指针反转, 应立即调换表笔,以免打弯指针,甚至损坏表头等元件。
七是使用完万用表后,应旋转功能/量程旋钮,将挡位置于交流电压的最高挡位。如果长期不使用万用表,应将电池取出来,以免电池漏液腐蚀表内电池座簧片等元件。
数字万用表的特点、选购、注意事项:
一、数字万用表的特点
与指针万用表相比,袖珍数字万用表的主要优点是量程范围宽、准确度高、测量速度快、输入阻抗高(一般可达10MΩ)。它的特点如下。
采用数字化测量技术:
数字万用表采用数字化测量技术,通过A-D转换器将被测的模拟量转换成数字量,最终以数字量输出。只要仪表不发生跳数现象,测量结果就是唯一的,既保证了读数的客观性与准确性,又符合人们的读数习惯, 显示结果一目了然,它不会像指针万用表那样,出现人为的测量误差。
2、液晶显示器
早期的数字万用表多采用字高12.5mm 的液晶显示器(LCD)。目前的数字万用表为提高观察的清晰度, 多采用字高18mm 的大屏幕LCD, 更有如DT940C、DT960T、DT970、DT980、DT9205 型等数字万用表采用字高25mm (1in) 的超大屏幕LCD。
新型数字万用表大多增加了功能标志符,如单位符号mV、V、kV、μA、mA、A、Ω、kΩ、MΩ、nS、kHz、pF、nF、μF,测量项目符号AC、DC、LOΩ、特殊符号LO BAT (低电压符号)、H (读数保持符号)、AUTO (自动量程符号)、×10 (10倍乘符号)、·))(蜂鸣器符号)。
3、测试功能多
数字万用表的测试功能要比指针万用表多很多,不仅可以测量直流电压(DCV)、交流电压(ACV)、直流电流(DCA)、交流电流(ACA)、电阻(Ω)、PN 结导通压降(VF)、晶体管共发射极电流放大倍数(hFE),还可以测量电容量(C)、电导(S)、温度(T)、频率(f)、线路通断, 并具有低功率法测电阻挡(LOΩ)。
新型数字万用表除了具有上述功能外,还有一些实用测试功能:自动关断电源(AUTO OFF POWER)、读数保持(HOLD)、逻辑测试(LOGIC)、真有效值测量(TRMS)、相对值测量(REL△)、液晶条图(LCD Bargraph) 显示、峰值保持(PK HOLD) 等。另外,部分数字万用表还能输出50Hz 方波信号,可用作低频信号源。
提示:PN 结导通压降通常采用二极管符号,所以也被俗称为二极管测量挡。
通断测量挡通常附加到PN 结压降测量挡上或电阻挡上。为了便于使用,通断测量挡设置了蜂鸣器,所以也被俗称为蜂鸣器挡。
4、测量范围宽
目前,新型数字万用表的测量范围比指针万用表宽了许多,如电阻挡(Ω) 的测量范围为0.01 ~20MΩ(或200MΩ);直流电压挡(DCV) 的测量范围为0.2 ~1000V;交流电压挡(ACV)的测量范围为0.01 ~700V (或750V);频率挡(f) 的测量范围为10Hz~20kHz (或200kHz)。
5、准确度高
数字万用表的准确度(曾叫精度)远高于指针万用表。这是因为数字万用表的准确度是测量结果中系统误差和随机误差的综合,它表示测量结果与真值(标准值)的一致程度,反映测量误差的大小。一般情况下,准确度越高,测量误差就越小。反之亦反。
6、分辨力高
指针万用表的分辨力是用其刻度最小分度(或按指针宽度和刻度宽度)来衡量的,而数字万用表的分辨力是其最低电压量程上末位一个字所对应的电压值。比如,指针万用表最低电压量程为1V,按50格计算,其分辨力约为0.02V(20mV),而3 位半的数字万用表最低电压量程为200mV,其分辨力则为0.1mV。因此, 数字万用表的电压分辨力远高于指针万用表的分辨力。
数字万用表的分辨力也可以用分辨率来表示。分辨率是指所能显示的最小数字(零除外)与最大数字之比, 通常用百分数表示。比如,3 位半数字万用表可显示的最小数字为1,最大数字为1999,则分辨率为1/1999≈0.05%。
提示:由于分辨力代表数字万用表对微小电量的“ 识别”能力,即灵敏性所以不能将分辨力与准确度混为一谈。
7、测量速率快
每秒钟内对被测电量的测量次数叫做测量速率(亦称取样速率), 单位是“次/s”。它主要取决于数字万用表A-D转换器的转换速率。比如,4 位半数字万用表测量速率可达20次/s。测量速率随数字万用表的显示位数增加而增加,可达每秒几十次以上。
测量速率与准确度互相矛盾,也就是准确度越高,测量速率就越低。实际应用中,通常采用增设快速测量挡或通过降低显示位数来提高测量速率。由于后者几乎在不影响准确度的情况下,就可以大幅度提高测量速率,所以应用得比较普遍。
8、输入阻抗很高
数字万用表的输入阻抗是指其处于工作状态下,表笔所接输入电路的等效阻抗。一般情况下, 数字万用表的输入阻抗较大,保证在测量过程中,对被测电路的分流电流极小,从而不会影响被测电路(或信号源) 的工作状态,以减小测量误差。
3位半数字万用表直流电压(DCV) 基本量程挡的输入电阻一般为10MΩ;其他扩展量程,由于分压器的影响则有所降低,但也都在107Ω数量级。交流电压(ACV) 挡受输入电容的影响,其输入阻抗明显低于直流电压(DCV) 挡的,只适用于测量低频、中频的交流
电压。而测量高频交流电压时,需安装配套的高频探头后,才能进行。
9、集成度高
数字万用表均采用单片A-D转换器,外围电路比较简单,只需要少量辅助芯片以及其他元器件。近年来, 业界不断开发出单片数字万用表专用芯片,采用一块芯片就可构成功能较完善的自动量程式数字万用表。
10、微功耗
因数字万用表普遍采用CMOS 大规模集成电路的A- D 转换器,所以整机功耗极低。新型数字万用表的功耗仅为几十毫瓦,只需采用9V叠层电池供电即可。
11、抗干扰能力强
噪声干扰大致分两类,一类是串模干扰,干扰电压与被测信号串联加至仪表的输入端;
另一类是共模干扰,干扰电压是同时加于仪表的两个输入端。衡量仪表抗干扰能力的技术指标也有两个, 即串模抑制比(SMRR)和共模抑制比(CMRR)。数字万用表的共模抑制比可达86 ~120dB。
12、过载能力强
数字万用表具有较完善的保护电路,过载能力强,使用过程中只要不超过规定的极限值,即使出现误操作, 例如用电阻挡去测量220V交流电压,一般也不会损坏表内的大规模集成电路(A-D转换器)。不过,使用时还应力求避免误操作,以免由于熔断器、功能/量
程转换开关等元器件损坏而影响正常使用。
二、数字万用表的选购
由于数字万用表的体积较小,所以选购数字万用表时,除了像选购指针万用表一样,考虑功能/量程转换开关的机械性能外,还要考虑准确度、分辨力、位数这些参数就可以了。
在购买数字万用表时,也和购买指针万用表一样,借助测量已知量(如电阻、电容、电池电压、交流电压等) 的方法对需要购买的数字万用表的测量功能进行检测,确认性能优良后再购买。
三、使用数字万用表时的注意事项:
使用数字万用表时的应注意事项如下:
一是如果无法预先估计被测电压或电流的大小,则应先拨至最高量程挡测量一次,再根据实际情况逐渐把量程减小到合适位置。测量完毕,应将功能/量程转换开关拨到最高电压挡,并断开电源开关。
二是超过测量的量程范围时, 显示屏上仅在最高位显示数字“1”或OL,其他位均消失,这时应选择更高的量程。
三是测量电压时,应将数字万用表与被测电路并联。测电流时应与被测电路串联,测直流量时不必考虑正、负极性。
四是当误用交流电压挡去测量直流电压,或者误用直流电压挡去测量交流电压时,显示
屏将显示“000”,或低位上的数字出现跳动。
五是测量时,不能将显示屏对着阳光直晒, 这样不仅会导致测试的数值不清晰,而且会影响显示屏的使用寿命,并且不要将不使用的万用表在高温的环境中存放。
六是禁止在测量高电压(220V以上)或大电流(0.5A 以上) 期间旋转功能/量程转换
开关的旋钮,以防止产生电弧,烧毁功能/量程转换开关的触点。
七是测量电容时,一是将电容插入专用的电容测试座中,而不要插入表笔插孔内;二是注意每次转换量程时都需要一定的复零时间,待复零结束后再插入待测的电容;三是测量大电容时,显示屏显示稳定的数值需要一定的时间。
提示:目前,新型万用表不再设置电容测量插孔,而直接用表笔接电容的引脚就可以测量电容的电容量。
八是显示屏显示“电池符号”、“BATT”或“LOW BAT”字符时,说明电池电压不足,需要更换电池。
数字万用表的使用:
操作面板说明:
万用表的选用与使用知识插图18
DC直流电压检测:
将黑色表笔插入“COM”插孔,红色表笔插入“VΩ”插孔(如Fig.4所示);
将量程开关转至相应的V量程上,然后将测试表笔跨接在被测电路上,红表笔所接的该点电压与极性显示在屏幕上。(如Fig.5所示)
万用表的选用与使用知识插图19
注意事项:
如果事先对被测电压范围没有概念,应将量程开关转到最高的档位,然后根据显示值转至相应档位上;
未测量时小电压档有残留数字,属正常现象不影响测试;如测量时高位显“1”,表明已超过单程范围,须将量程开关转至较高档位上;

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