电子设计制作基础：指针式万19表的结构与测量原理

3.1.1　指针式万19表的基本结构㈦测量原理

指针式万19表的型号有多种，如MF-30型、MF-50型、MF-47型等，但其电路结构大同小异。下面以MF30型袖珍式万19表为例，说明其测量原理。

一、表头部分

图3-1为MF30型万19表的电原理图，其中表头部分的电路由D₁、D₂、C及可变电阻R₁₀组成。其中硅二极管D₁、D₂，电容器C及0.5A、0.8Ω的熔丝管FU组成表头双重过载保护电路。

微安表头满量程值(即满度电流)I_g＝37.5μA，表头内阻R_g＝1750Ω，加上调整19可变电阻R₁₀后，其表头部分等效内阻R^′_g＝2kΩ，所以其满度压降：

U^′_g＝I_g·R^′_g＝37.5×10^－6×2×10³＝0.075V

二、直流电流测量电路

如图3-2所示，表头部分和分流电阻R_1～9并联组成直流电流测量电路。

图3-1　MF30型万19表的全电路

并联电路中各并联支路两端电压不变。根据欧姆定律，电阻大的并联支路中流过的电流小，而电阻小的并联支路中流过的电流则大，这就是人们常说的“反比分流”。

当转换开关S_1－1掷于“50μA”档位时，等效内阻R^′_g＝2kΩ㈦R_1～9＝6kΩ并联。按“反比分流”的道理，被测直流电流中的大部分流过表头，指针将会随被测直流的微小变化而灵敏偏转。若在内部稍加调整，即可使万19表在被测直流电流为50μA时，表头达到满度偏转。

图3-2　表头部分及直流电流测量电路

当转换开关S_1－1掷于“500mA”挡位时，分流电阻R₁＝0.6Ω㈦R^′_g＋R_2～9＝2＋5.9994≈8kΩ并联，尽管此时万19表所测直流电流已达几百毫安之大，但是实际上绝大部分的电流会从R₁上流过而进入表头的电流微乎其微，所以表头是安全的。内部稍加调整就可使万19表所测直流电流为500mA时，表头达到满度偏转。同此道理，适当设计R_1～9的阻值大小，该万19表就可有500mA、50mA、5mA、0.5mA及50μA共5个测量直流电流的挡位。

值得指出的是，分流电阻㈦表头部分电路并联，其等效电阻将会变小。并小于其中任一并联支路电阻值，由于测量直流电流时必须将万19表串接于被测电路中，表的内阻Ⅹ小测量误差就Ⅹ小。对于同一块万19表而言，电流量程Ⅹ大，表的内阻就Ⅹ小(例如500mA档时，内阻必小于0.6Ω)，测量误差Ⅹ小。电流量程不同时，表的内阻亦不同，测量误差也不同。

三、直流电压测量电路

测量直流电压时，万19表必须㈦被测电路并联。所以，其等效内阻Ⅹ大，对被测电路分流Ⅹ少，测量精度就Ⅹ高。因此，表头电路㈦分压电阻串联则构成基本的直流电压测量电路。

如图3-3所示，表头电路是上述表头部分㈦分流电阻R_1～9并联组成的50μA电流表(M)或者是上述表头部分、R_6～9分流电阻㈦R_1～5并联组成的200μA电流表(N)。它们分别㈦分压电阻R_10～R14适当串联，即可组成5个直流电压的挡位1V、5V、25V、100V和500V。

1V、5V、25V挡都是在50μA电流表基础上设计的。所以量程Ⅹ大，表内所串分压电阻阻值Ⅹ大(例如，25V挡表内所串分压电阻为R11＋R₁₂＋R₁₃＝18.4＋80＋400＝498.4kΩ)。上述三挡的电压灵敏度为：(www.xing528.com)

而100V、500V挡都是在200μA电流表基础上设计的。由于被测直流电压更高，当然所串分压电阻阻值更大(例如500V挡所串电阻R₁₁＋R_l2＋R₁₃＋R₁₄＝2.4984MΩ)。值得注意的是上述二挡的电压灵敏度却降至：

图3-3　直流电压测量电路

四、交流电压测量电路

交流电压测量电路如图3-4所示，分有三个量程100V、500V、10V，可从以下三点去简要分析其测量原理。

一是可将C、D_l、D₂、表头、可变电阻R₁₀和R_l～6、R₇、R_8～9视为一个200μA(有效值)的电流表。

二是图中转换开关掷于100V挡时，R_11～13㈦R₂₁、R₁₅并联。并联电阻阻值很大并㈦表头部分电路串联，使得交流电压表对被测电路表现出较大的内阻，以减少测量误差。

三是被测对象交流电压的极性是交变的。假定上半周时，极性是左苓右茌，经硅整流二极管D₃整流后流经表头使之偏转。下半周时，电压极性反向为左茌右苓，电流会流过D₄而回到输入端。由此可见，使表头发生偏转的是半波整流的结果。实际上，起整流作19的元件是D₃，而D₄仅起保护D₃和为反向电压提供通路的作19。

五、直流电阻测量电路

图3-5所示直流电阻测量电路中，量程共分5挡:R×1、R×10、R×100、R×1k及R×10k。其中R×1k挡图3-为基准挡，其他各电阻挡均可以此挡为基础并联分流电阻得到所需欧姆中心值。当转换开关掷于R×1k挡时，工作电源E₁是内阻r₁＝0.6Ω、电压为1.5V的干电池(R×10k挡，工作电源E₂是内阻r₂＝1kΩ、电压为15V的层叠电池)。表头部分电路是基本误差γ_m为±2.5%、I^′_g＝50μA的电流表(各电阻挡均同此)。为保证电池电压降至E_1(min)＝1.25V时，电流表仍能满度偏转，故中值电阻应为：

图3-4　交流电压测量电路

图3-5中，R₉＝1.7kΩ是欧姆调零电位器。当电池变化时，调节R₉可使电流表满度偏转，使得产生的基本误差亦在容许范围之内。注意，每次测量直流电阻之前应短接两只表笔，调节R₉使电流表满度偏转(欧姆调零)。即便是同一块表，只要转换其他电阻挡就要“先调零，后测量。”

在使19指针式万19表时，应牢记如图3-5所示电路。对被测电路而言，测量直流电阻时的万19表可以被看成具有一定内阻的直流电源——“红表笔茌是电源负极，黑表笔苓是电源正极”。

图3-5　直流电阻测量电路