1.1.3　指针式万用表的工作原理

1.直流电流的测量电路

指针式万用表的表头灵敏度大都为10～100µA，表头本身可以直接测量电流的范围很小，所以采用分流器来扩大量程。所谓分流器，实际上就是一个与表头相并联的电阻器，工作时被测电流的大部分通过并联电阻器，从而起到分流作用。一般指针式万用表采用闭合回路抽头式环形分流电路，如图1-11所示。这种电路的分流回路始终是闭合的。在并联电路中，支路电流的大小与支路电阻的大小成反比。因此，改变I_P和I_R两条支路电阻值的大小，即可改变电流分配比例，功能转换开关换接到不同位置，就可以实现量程的转换。

2.直流电压的测量电路

万用表测量直流电压的电路与微安表头构成了一个多量程的直流电压表，如图1-12所示。不同电压量程的转换是通过转换开关接通电路中与表头串联的不同的附加电阻来实现的。被测电压大部分都落在附加电阻上，而落在表头上的电压只是很小的一部分，从而使流过表头的电流被限制在许可范围之内（不超过该表头的满偏电流），因此就扩大了电压的测量范围。这和电压表串联分压电阻扩大量程的原理是一样的。

3.交流电压的测量电路

磁电式微安表不能直接用来测量交流电，必须配以整流电路，把交流变为直流，才能加以测量。测量交流电压的电路是一种整流系电压表。整流电路有半波整流电路和全波整流电路两种，如图1-13所示。

整流电流是脉动直流，流经表头形成的转矩大小是随时变化的。由于表头指针的惯性，它来不及随电流及其产生的转矩而变化，指针的偏转角将正比于转矩或整流电流在一个周期内的平均值。流过表头的电流平均值I₀与被测正弦交流电流有效值I的关系为：

半波整流时　I=2.22I₀

全波整流时　I=1.11I₀

从以上两式可知，表头指针偏转角度与被测交流电流的有效值也是正比关系。整流系仪表的标尺是按正弦量有效值来设置刻度的，万用表测量交流电压时，其读数是正弦交流电压的有效值，它只能用来测量正弦交流电，如测量非正弦交流电，会产生很大的误差。

4.电阻的测量电路

在电压不变的情况下，如回路电阻增加一倍，则电流减为一半，根据这个原理，就可制作一只欧姆表。万用表的电阻测量电路，就是一个多量程的欧姆表，其原理电路如图1-14所示。

欧姆表电路由表头、分流电位器R₁、调零电位器R_P和电池等组成。当正、负表笔短接时，电池回路包括表头和分流器R₁两个电流支路，调节R_P可使表头表针满偏，即为0Ω。回路的总电阻R_Z等于表头支路电阻（R₀+R_P左边电阻）并联分流器支路电阻（R₁+R_P右边电阻）的电阻值。当正、负表笔接入被测电阻R_X时，此时R_X串入回路中，回路总电流将减小。R_X越大，回路的总电流越小。回路总电流的大小能够反映R_X的大小，两者的关系是非线性的，欧姆标度为非等分的倒标度。当被测电阻等于欧姆表综合内阻时（即R_X=R_Z），指针指在表盘中心位置。所以R_Z的数值又称为中心阻值。由于欧姆表的分度是不均匀的，在靠近欧姆中心值的一段范围内，分度较细，读数较准确，当R_X的值与R_Z较接近时，被测电阻值的相对误差较小。对于不同阻值的R_X值，应选择不同量程，使R_X与R_Z值相接近。

欧姆表测量电路量程的变换，实际上是R_Z和满偏电流I的变换。一般万用表中的欧姆挡量程有R×1、R×10、R×100、R×1k、R×10k等，其中R×1量程的R_X值，可以从欧姆标度上直接读得。

欧姆表量程转换原理如图1-15所示，实际上就是通过改变分流器的阻值来改变回路电阻R_Z，从而改变欧姆中心值，也就改变了量程。量程改变时，保持电池电压不变，改变测量电路的分流电阻，虽然被测电阻R_X变大了，而通过表头的电流仍保持不变，同一指针位置所表示的电阻值相应变大。

电源干电池在使用中其内阻和电压都会发生变化，并使R_Z值和总电流I发生改变。I值与电源电压成正比。电路中设置的调节电位器R_P能够弥补电源电压变化引起的测量误差。在使用欧姆挡量程时，应先将表笔短接，调节电位器R_P，使指针满偏，指示在电阻值的零位。即进行“调零”后，再测量电阻值。

在R×10k量程上，由于R_Z很大，I很小，当小于微安表的本身额定值时，就无法进行测量。因此在R×10k量程上，一般采用提高电源电压的方法来扩大其量程，如图1-16所示。