万用表是一种具有多用途和多量限的直读式仪表,通常可用来测量直流电流、直流电压、交流电压、电阻等电量。目前,市面上的万用表种类和形式都很多,表盘上的旋钮、测量范围各不相同。因此,在使用万用表以前,必须先了解该表的性能及各种旋钮、刻度和其他部件的功能,熟悉各种标记。
1.万用表的基本结构
万用表是公用一个表头,集电压表、电流表和欧姆表于一体的仪表。万用表具有用途多、量程广、使用方便等优点,是电工测量中最常用的工具。它可以用来测量电阻、交直流电压和直流电流。有的万用表还可以测量晶体管的主要参数及电容器的电容量等。
万用表的直流电流档是多量程的直流电压表,表头并联闭路式分压电阻即可扩大其电流量程。指针式万用表的直流电压档是多量程的直流电压表,表头串联分压电阻即可扩大其电压量程。分压电阻不同,相应的量程也不同。指针式万用表的表头为磁电系测量机构,它只能通过直流,利用二极管将交流变为直流,从而实现交流电的测量。在电流接法的基础上,加上电池、电阻和选择开关就构成了一个欧姆表。
万用表种类很多,外形各异,但基本结构和使用方法是相同的。指针式万用表面板上主要有表头(显示屏)和选择开关,还有欧姆档调零旋钮和表笔插孔。
1)灵敏电流计。指针式万用表的表头是灵敏电流计,表头上的表盘印有多种符号、刻度线和数值。符号A、V、Ω表示这只表计是可以测量电流、电压和电阻。表盘上印有多条刻度线,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,“~/-”表示交流和直流共用的刻度线。刻度线下的几行数字是与选择开关的不同档位相对应的刻度值。表头上还设有机械零位调整旋钮,用以校正指针在左端指零位。
2)选择开关。万用表的选择开关是一个多档位的旋转开关,用来选择测量项目和量程。一般的万用表测量项目包括:“mA”:直流电流;“V-”:直流电压;“V~”:交流电压;“Ω”:电阻。每个测量项目又划分为几个不同的量程以供选择。
3)表笔和表笔插孔。表笔分为红、黑两只,使用时应将红色表笔插入标有“+”号的插孔,黑色表笔插入标有“-”号的插孔。
现在常见的万用表主要有数字式万用表和指针式万用表两种。
(1)数字式万用表
普通数字式万用表转换开关的档位有:
1)V~:表示测量交流电压的档位。
2)V-:表示测量直流电压的档位。
3)mA:表示测量直流电流的档位。
4)Ω(R):表示测量电阻的档位。
5)HFE:表示测量晶体管的档位。
万用表的红表笔表示接外电路正极,黑表笔表示接外电路负极。数字式万用表的优点是:防外磁场能力强;数字式万用表的测量值由液晶显示屏直接以数字的形式显示,读取方便准确,有些还带有语音提示功能。
(2)指针式万用表
指针式万用表的外观和数字式万用表有一定的区别,但它们的转档旋钮及档位也基本相同。指针式万用表是以指针式表头为核心部件的多功能测量仪表,测量值由表头指针指示读取。在指针式万用表的表盘上一般有八条刻度尺:
1)标有“Ω”标记是测量电阻时用的刻度尺。
2)标有“~”标记是测量交直流电压、直流电流时用的刻度尺。(www.xing528.com)
3)标有“HFE”标记是测量晶体管时用的刻度尺。
4)标有“LI”标记是测量负荷的电流、电压的刻度尺。
5)标有“DB”标记是测量电平的刻度尺。
2.万用表的工作原理
(1)指针式万用表的工作原理
指针式万用表的基本原理是利用一只灵敏的磁电式直流电流表(微安表)做表头,当微小电流通过表头,就会有电流指示。但表头不能通过大电流,所以,必须在表头上并联与串联一些电阻进行分流或降压,从而测出电路中的电流、电压和电阻。
1)测量直流电流原理。如图A-1a所示,在表头上并联一个适当的电阻(叫分流电阻)进行分流,就可以扩展电流量程。改变分流电阻的阻值,就能改变电流测量范围。
2)测量直流电压原理。如图A-1b所示,在表头上串联一个适当的电阻(叫分压电阻)进行降压,就可以扩展电压量程。改变分压电阻的阻值,就能改变电压的测量范围。
3)测量交流电压原理。如图A-1c所示,因为表头是直流表,所以测量交流时,需加装一个并、串式半波整流电路,将交流进行整流变成直流后再通过表头,这样就可以根据直流电的参数来测量交流电压,扩展交流电压量程的方法与直流电压量程相似。
4)测量电阻原理。如图A-1d所示,在表头上并联和串联适当的电阻,同时串接一节电池,使电流通过被测电阻,根据电流的大小,就可测量出电阻值。改变分流电阻的阻值,就能改变电阻的量程。
(2)数字式万用表的工作原理
数字式万用表是目前被广泛使用的一种先进的测量仪表,它能对多种电量进行直接测量并将测量结果用数字显示。与指针式万用表相比,其各项性能指标均有大幅度提高。从结构上看,数字式万用表与指针式万用表的主要差别有两点;
1)数字式万用表是在数字电压表的基础上扩展而成的,而指针式万用表则是在电流表的基础上扩展而成的。
2)在数字式万用表中,用模-数转换、显示逻辑以及显示器等三块独立的逻辑组件来代替指针式万用表的表头。
直流数字电压表的构成如图A-2所示。直流数字电压表主要由模-数(A-D)转换器、计数器、译码显示器和控制器等组成。在此基础上,利用交流-直流(AC/DC)转换器、电流-电压(I/V)转换器、电阻-电压(Ω/V)转换器即可把被测电量转换成直流电压信号。这样就构成了一块数字式万用表,如图A-3所示。
图A-1 万用表测量电压、电流、电阻电路图
图A-3 数字式万用表的构成
数字式万用表的显示位数一般为4~8位,若最高位不能显示0~9所有数字,即称作“半位”,写成“”位。例如袖珍式万用表共有4个显示单元,习惯上叫“”位(读作“三位半”)数字式万用表。同样道理,具有8个显示单元的数字式万用表,称为“”位数字式万用表。也有少数数字式万用表,没有半位,全是整数。
DT-830型数字式万用表的模拟量-数字量的转换是通过单片大规模集成电路7106来完成的,显示器LCD采用了交流(50Hz方波)供电方式,即将两个相位相反的方波信号分别加至显示器内笔划的两端,利用两者间的电位差驱动笔划显示。对直流数字式电压表加以扩展,就成为多功能、多量程的数字式万用表,DT-830型数字式万用表的各种功能就是通过切换不同的测量电路来实现的。
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