1.2 指针式万用表的识别
指针式万用表面板主要由表头和选择开关、欧姆挡调零旋钮和表笔插孔等部件组成,如图1-4所示。下面介绍各部分的作用与测量查看方法。
1.2.1 指针式万用表各功能部件
万用表由表头、测量电路及转换开关三个主要部分组成。
1. 表头
表头是一只高灵敏度的磁电式直流电流表,表头上通常有多条刻度线,其中右端标有“Ω”的是电阻刻度线(其右端为零,左端为∞),刻度值分布是不均匀的。符号“-”或“DC”表示直流,“~”或“AC”表示交流,“~”表示交流和直流共享的刻度线。刻度线下的几行数字是与选择开关的不同挡位相对应的刻度值。
例如,常用的MF-50型万用表有8条刻度线,如图1-4所示。
图1-4 MF-50型万用表的刻度线
最常用的是上面的5条刻度线,它们的功能分别如下(从上往下数):第一条刻度线是测量电阻时读取电阻值的欧姆刻度线,标有R或Ω,指示的是电阻值,转换开关在欧姆挡时,即读此条刻度线。
第二条刻度线是用于交流电压和直流电流读数的共享刻度线,标有易和VA,指示的是交、直流电压和直流电流值,当转换开关在交、直流电压或直流电流挡,量程在除交流10V以外的其他位置时,即读此条刻度线。
第三条刻度线是测量10V以下交流电压的专用刻度线,标有10V,指示的是10V的交流电压值,当转换开关在交、直流电压挡,量程在交流10V时,即读此条刻度线。
第四、第五条刻度线是测量三极管放大倍数的专用刻度线。
在指针式万用表的表盘下部中间的位置通常还有一个机械调零旋钮和一个“Ω”调零(欧姆调零)旋钮。
在使用万用表之前,应先进行“机械调零”,即在测量前,用一把一字螺丝刀调节表头下方中部的机械调零钮,使万用表指针指在零电压或零电流的位置上。如果测量时不进行机械调零,测出的数据就会偏小或偏大:指针在零点偏左,测出的数据比真实值小;指针在零点偏右,测出的数据比真实值大。
在使用欧姆挡位前,应先将万用表放平,红表笔插入“+”插孔,黑表笔插入“-”插孔,将表笔短路,旋转欧姆调零旋钮,使指针指向零位,这样才能减小误差,测量出准确的电阻值。
表头的主要参数有表头内阻、灵敏度。内阻指动圈所绕漆包线的直流电阻,严格讲还应包括上下两盘游丝的直流电阻。内阻高的万用表性能好。多数万用表表头内阻在几千欧姆左右。
灵敏度指表头指针达到满刻度偏转时的电流值,数值越小,灵敏度越高,表头特性就越好。通常指针式万用表的灵敏度只有几微安到几百微安。
2. 量程转换开关
万用表的量程转换开关是最常使用的功能部件之一,万用表的各种功能就是靠这个开关来进行切换的。
万用表的量程转换开关通常采用多刀开关或者印制在电路板上的铜箔加上转换刀片组成,如图1-5所示。
图1-5 指针式万用表的量程转换开关
转换开关用以对不同测量线路进行选择,以适应各种测量项目和量限的要求。转换开关一般有两个,分别标有不同的挡位和量程;有些万用表的转换开关只有一个。
转换开关通常是由固定触点和活动触点两大部分组成的。通常将活动触点称为“刀”,固定触点称为“掷”。万用表的转换开关一般都是多刀多掷的,而且各刀之间是联动的。当转换开关转到某一位置时,可动触点就和某个固定触点闭合,从而接通相应的测量电路。
指针式万用表的量程转换开关的作用是选择测量的项目及量程。指针式万用表常用的有下面几个测量的项目及量程。
直流电压:有2.5V、10V、50V、250V、1000V五个量程挡位。
交流电压:有10V、50V、250V、1000V四个量程挡位。
直流电流:有2.5mA、25mA、250mA三个常用挡位,及100μA,2.5A(或10A)两个扩展量程挡位。
电阻:有× 1、× 10、× 100、× 1k、× 10k五个倍率挡位。
hFE:测量三极管直流放大倍数的专用挡位。
在万用表的量程开关附近用一些相应的字母和符号来表示相应的量程,通常用A-来表示测直流电流,V-表示测直流电压,A~表示测交流电流,V~表示测交流电压。
有些万用表的量程转换开关只有1个,有些万用表的量程转换开关有两个或者多个,使用多个(包括两个)量程转换开关的万用表一般会在这些开关附近标有不同的挡位和量程。
例如,常用的MF-500型万用表就有两个“功能/量程”转换旋钮,每个旋钮上方有一个尖形标志,如图1-6所示。
图1-6 MF-500型万用表
利用两个旋钮不同位置的组合,可以实现交、直流电流、电压、电阻及音频电平的测量。如测量直流电流,先转动左边的旋钮,使“A”挡对准尖形标志,再将右边旋钮转至所需直流电流量程即可进行测量。
而在有些指针式万用表面板上只有一个转换开关,旋转这个转换开关的旋钮即可选择不同的量程和功能。
例如常用的MF-47型万用表就是只有一个转换开关,如图1-7所示。
图1-7 MF-47型万用表
MF-47型万用表的前面板各功能部件的作用如表1-1所示。
表1-1 MF-47型万用表的前面板各功能部件的作用
使用指针式万用表前要先调节调零旋钮,使指针准确指示在标尺的零位置。
3. 测量电路
测量电路是用来把各种被测量转换到适合表头测量的微小直流电流的电路,它由电阻、半导体组件及电池组成,如图1-8所示。
图1-8 指针式万用表的测量电路
指针式万用表的测量电路能将各种不同的被测量(如电流、电压、电阻等)、不同的量程,经过一系列的处理(如整流、分流、分压等)统一变成一定量限的微小直流电流送入表头进行测量。
测量电路的作用是把被测的电量转化为适合于表头要求的满偏电流以内。例如, MF-50型指针式万用表,在通过测量电路转化之后,应该使通过表头的电流限定在83.3μA以内。测量电路一般包括分流电路、分压电路和整流电路等:分流电路的作用是把被测量的大电流通过分流电阻变成表头所需的微小电流;分压电路是将被测高电压通过分压电阻分压变换成表头所需的低压;整流电路将被测的交流通过二极管整流变成表头所需的直流。
1.2.2 指针式万用表的读数识别
指针式万用表在读数时,应保证视线与表盘表面垂直。为了保证视线与表盘表面垂直,在很多指针式万用表的读数盘中安放了一个反光镜片,在读数时,应使指针与反光镜中的指针重合,这样读出的数值才是准确的。
读取数据时要先按照量程选择正确的标度尺,然后读出大刻度的数值,再读出小刻度的数值,最后对不足最小刻度的指示值进行估读。则读数=(大刻度值+小刻度值+估读值)×倍率。其中倍率=量程/最大刻度值。
下面以MF-30型指针式万用表为例,说明万用表的读数方法。MF-30型指针式万用表表盘的第一条刻度线是电阻值指示刻度,最左端是无穷大,右端为零,中间的刻度不均匀。电阻挡有R ×1、R ×10、R ×100、R ×1k、R ×10k等挡位,分别表示刻度指示的数字再乘上倍数,才得到实际的电阻值(单位为欧姆)。
例如,图1-9所示的测量结果中,指针指向的刻度数值为“10”。
图1-9 测量结果示意图
在图1-9所示的测量结果示意图中,量程开关所在的挡位不同时,测量的结果也有很大的区别,例如用R×100挡测一电阻,指针指示为“10”,那么它的电阻值为10×100 =1000,即1kΩ。
第二条刻度线是500V挡和500mA挡共享的刻度。如果量程开关处于500V挡位,则图1-9所示的测量结果为350V。
需要注意的是电压挡、电流挡的指示原理不同于电阻挡,例如5V挡表示该挡只能测量5V以下的电压,500mA挡只能测量500mA以下的电流,若是超过量程,就会损坏万用表。
若事先不知道怎么选择量程,则可以先选用最大量程尝试着测量,若出现表针迅速偏转到底的情况,应该立即断开电路,切换到大量程上,切不可测量时转换量程,以防损坏指针式万用表。
常见的MF-47型万用表的刻度盘从外向里共有6圈刻度,分别对应着不同的挡位,应根据使用挡位及其量程,在相应的刻度盘上读取被测量的值。
MF-47型万用表刻度盘及相应挡位,对应刻度盘中的刻度线分别如图1-10和表1-2所示。
图1-10 MF-47型万用表的刻度盘
表1-2 MF-47型万用表相应挡位对应刻度盘中的刻度线
常见的MF-500型万用表的刻度盘及刻度盘读数方法分别如图1-11和表1-3所示。
图1-11 MF-500型万用表的刻度盘
表1-3 MF-500型万用表相应挡位对应刻度盘中的刻度线
刻度盘用来将表头偏转的角度通过数字的形式指示出来,供测量者辨别。通常情况下,刻度盘上的刻度线均采用红、绿、黑三色进行,分别按交流红色,晶体管绿色,其余黑色对应制成。
1.2.3 指针式万用表的主要参数
1. 灵敏度
指针式万用表的主要技术参数之一是灵敏度。灵敏度是表示仪表对微弱能量做出反应程度大小的技术指标。由于驱动仪表测量机构偏转的能量取自被测电路中的电流,所以,如果仪表指针出现了较大幅度的偏转而用了较小的能量,它的灵敏度也就较高。
万用表的灵敏度可分为直流电压灵敏度、交流电压灵敏度和表头灵敏度三个指标。其中直流电压灵敏度是主要指标。交流电压灵敏度由于表路设计因素,一般低于直流电压灵敏度。不同挡位的灵敏度不完全相同,指针式万用表的灵敏度通常都标注在刻度盘附近,它们被分别以每伏多少欧(Ω/V)标印在表度盘上,一目了然。常见的MF-47型、MF-500型万用表的灵敏度标注示意图如图1-12所示。
图1-12 MF-47型、MF-500型万用表的灵敏度标注示意图
2. 内阻
内阻是万用表内部表头和测量电路串联电阻的总和,在测量时内阻会对被测电路产生影响,使测量结果产生误差。
不同挡位的内阻不同。电压挡内阻可根据表盘上给出的电压灵敏度,以及测量时的电压量程进行计算,两者的乘积就是该量程的内阻(电压挡内阻 =每伏欧姆数 ×所选电压量程)。如MF-500型万用表直流电压挡的度盘上标有20000Ω/V,则10V挡的内阻为20kΩ×10=200kΩ,以此类推。
有些万用表在不同的电压量程挡呈现的内阻值不同,例如MF-47型万用表在250V挡(不含250V)以下量程时内阻为20kΩ/V,而在250V(含250V)挡以上量程时内阻为9kΩ/V。因此,用指针式万用表测量电压时,需要考虑内阻对被测电路的影响(内阻越大越好)。
由于测量电流时,万用表是串联在电路中的,因此电流挡的内阻越小越好,不同量程的电流挡,内阻各有差异,MF-500型万用表电流挡的内阻分别如表1-4所示。
表1-4 MF-500型万用表电流挡的内阻
电阻挡的内阻就是所选择量程的刻度盘中间的电阻值。
3. 精度等级
根据国家标准GB 776-76的规定,电工仪表的精度等级分为七级,它们与引用误差的关系如表1-5所示。
表1-5 精度等级与引用误差的关系
精度等级在万用表刻度盘上的表示形式及意义如表1-6所示(表中以2.5级为例)。
表1-6 精度等级在万用表度盘上的表示形式及意义
通常精度为0.1、0.2级的仪表作为标准仪表或用于精密测量;0.3~1.0级为电气工作实验用。常用万用表的精度范围为1.0~2.5级。1.0~1.5级为高精度万用表,价格相应较高;一般万用表多为2.5级(如MF-500型万用表)。