电子测量仪器

电子测量仪器目录任务5测量低频信号发生器的输出信号任务3用毫伏表测量功率放大器的输入、输出信号任务4用频率计测量信号频率和周期任务1用指针万用表测量电气参数任务2用数字万用表测量电信号和元件任务一用指针万用表测量电气参数1．知识目标：通过完成本任务，让我们了解万用表的结构，了解测量的意义和误差的产生；理解万用表的基本工作原理，理解测量数据的处理办法；掌握万用表的使用方法和选用原则，掌握电子测量的内容、方法和电子测量仪器的日常维护。2．技能目标：通过完成本任务，会使用指针式万用表测直流电压、直流电流、交流电压、直流电阻和晶体管直流放大倍数。返回•安全规范1．在测量高电压或大电流时，先断电后变换挡位；2．测量的电流或电压值未知时，应选择高挡位进行测量；3．在测量高电压时，应站在干燥绝缘的材料上，并单手操作；4．如果误操作而烧坏表内的保险，不能用细铜丝替代，应更换专门的保险管；5．电池电量不足时，应及时更换，以免造成测量误差；6．在长时间不用万用表时，应取下万用表内的电池。7．每次使用结束，将转换开关拨至交流最大量程。返回一、任务描述器材准备：MF47型万用表1块、1.5V二号电池1块、9V电池1块、电阻10只、三极管2个、试电笔1支、螺丝刀1把，如图1.1所示。在认识万用表的基础上，完成下面各项内容。1．用万用表测量人体电阻和一个固定电阻的值；2．用万用表测量1.5V二号电池的直流电压；3．用万用表测量频率为50赫兹，交流电压为220V的交流电压；4．做一个闭合电路，用万用表直接和间接的方法测量直流电流；5．用万用表测量NPN和PNP三极管放大倍数。返回以二人为一组，分别测量出两组数据，填写在表1-1中，然后分析数据，找出原因完成这一任务大概需要90分钟。返回表1.1万用表测量情况记录返回二、作业进程1．认识指针万用表万用表是一种多功能、多量程的便携式电工电子测量仪表。一般的万用表可以测量直流电流、直流电压、交流电压、直流电阻、音频电平。有些万用表还可测量电容、电感、功率、晶体管直流放大倍数。所以万用表是我们电工电子类专业学生必须会使用的检测仪表之一。常用的指针式万用表有MF500型和MF47型两种，如图1.2所示。返回指针式万用表的种类较多，但它们的组成和工作原理是基本相同的。下面以震宇MF47型万用表为例进行介绍。震宇MF47型指针式万用表，是一种高灵敏度、多量程的携带式仪表，该表共有26个基本量程，可供测量交、直流电压、直流电流和直流电阻，7个附加量程，可供测量电容、电感、晶体管直流放大倍数及音频电平。返回指针式万用表主要由外壳、表头、表盘、机械调零旋钮、电阻档调零旋钮、开关指示盘、转换开关、专用插座、表笔及其插孔等组成，如图1.3所示。图1.3指针式万用表外部结构返回（1）指针式万用表表头表头是一只内阻较大、灵敏度较高的磁电式直流电流表，主要由表针、磁路系统和偏转系统组成。表头能直接决定万用表的灵敏度。另外，表头上还设有机械调零旋钮，用以校正表针在左端的零位。万用表的表头是一个灵敏电流表，电流只能从正极流入，从负极流出。在测量直流电流的时候，电流只能从与“＋”插孔相连的红表笔流入，从与“－”插孔相连的黑表笔流出；在测量直流电压时，红表笔接高电位，黑表笔接低电位，否则，一方面测不出数值，另一方面很容易损坏表针。返回（2）指针式万用表表盘表盘（或标度盘）由多种刻度线以及带有说明作用的各种符号组成如图1.4所示。只有正确理解各种刻度线的读数方法和各种符号所代表的意义，才能熟练、准确地使用好万用表。图1.4MF47型万用表表盘返回（3）转换开关转换开关位于开关指示盘上，用来选择被测电量的种类和量程（或倍率），是一个多挡位的旋转开关，每一挡位分为几个不同的量程（或倍率）以供选择见如图1.5所示。。返回如当转换开关拨到电流挡，可分别与五个接触点接通，用于500mA、50mA、5mA、0.5mA和0.05mA量程的电流测量返回（4）机械调零旋钮和电阻挡调零旋钮机械调零旋钮的作用是调整表针静止时的位置（左端）。万用表进行任何测量时，其表针应指在表盘刻度线左端“0”的位置上，如果不在这个位置，可调整该旋钮使其到位。如图1.6所示返回电阻挡调零旋钮的作用是:在转换开关拨到电阻档时，红、黑两表笔短接，表针应指在电阻（欧姆）挡刻度线的右端“0”的位置，如果不指在“0”的位置，可调整该旋钮使其到位，如图1.7所示。返回需要注意的是:每转换一次电阻挡的量程，都要调整该旋钮，使表针指在“0”的位置上，以减小测量的误差。（5）表笔插孔表笔分为红、黑两支，使用时应将红色表笔插入标有“十”号的插孔中，黑色表笔插入标有“－”号的插孔中。另外，MF47型万用表还提供2500V交直流电压扩大插孔5A的直流电流扩大插孔和三极管引脚插孔，使用时分别将红表笔移至对应插孔中即可。返回2.使用指针式万用表(1)测量电阻阻值为了测量的准确性，测量前要做好三项准备工作，一是将万用表水平放置，二机械调零和电阻档调零，三是根据被测值选择量程。今天所测量的电阻阻值其量程应该选择在R×10和R×10k。具体做法如下。返回返回（1）测量人体电阻值根据人体电阻阻值，在测量前电阻挡量程选R×10k。测量时将两只手分别握住万用表两只表笔的金属部分如图1.8所示。当表头指针偏转停止后，读数40，由于选用的是R×10k，所以人体电阻的测量值为40×10k=400k。返回返回（2）测量电阻器阻值根据提供的电阻器阻值，将万用表量程开关旋转至R×10。测量时一只手握住电阻的一只引脚（另外一只引脚悬空），另一只手像拿筷子一样握住两只万用表的表笔，将表笔金属部分分别与电阻的两只引脚紧紧接触，如图1.9所示。当表头指针偏转停止后，读数是35。返回由于使用的是R×10，因此该电阻的测量值为35×10=250Ω。返回返回（2）测量交直流电压1）测量交流电压这里测量频率为50HZ，电压为220V的交流电压。根据其测量值将万用表转换开关置于交流电压档，量程为250，而后将两只表笔插入220V的电源插孔中，也就是表笔并接于被测电路两如见图1.10所示。返回在标有“”(表示交直流都可以读这根刻度线)符号的刻度线上读得的数据是223。由于该刻度线有10、50、250的满度值，这里按250的满度值可以直接得出测量值为223V。返回2）测量直流电压这里测1.5V电池电压，根据其测量值将万用表转换开关置于直流电压档，量程为2.5。测量时先将万用表的黑表笔接到电池负极，然后红表笔接到电池正极如图1.11所示。返回在标有“”符号的刻度线上读得的数据是148。由于量程是2.5与满度值250相差100倍，所以用148除以100，即得到直流电压测量值为1.48V。返回返回（3）测量直流电流1）直接测量直流电流直接测量就是断开电路串联上万用表的测量方法。我们知道只有闭合的电路中才有电流，如图1.12所示。今天我们测量这一闭合电路中的电流。返回根据对电路估计，测量时将转换开关置于电流档的50mA量程，K断开而后将测量表笔顺电流方向（红笔正极，黑笔负极）串接于被测电路中如图1.13所示。在标有“mA”图1.13直接测量直流电流的刻度线上读得的数据为6，由于满度值与量程相同，因此该电路的电流的测量值为6mA。返回2）间接测量直流电流间接测量直流电流就是不断开电路，也不用万用表的电流档，而通过测量电阻两端电压如图1.14所示，然后通过计算得出测量值的测量方法。在图1.14中测量电阻器两的电压为9V电阻器的电阻值为1.5K。由I=U/R关系式计算该电路中电流的测量值为6mA。返回（4）测量三极管的放大系数在测量三极管的放大系数时，先将转换开关拨至×10hFE处，然后同电阻挡相同的方法调零，接着将三极管NPN型或者PNP型插入对应的三极管P或N插孔中如图1.15所示。此时读得三极管的放大系数125。返回返回四、知识探究1．万用表的分类万用表的种类很多按显示方式分有指针式万用表和数字式万用表两类见图1.16；按精度分类可分为精密、较精密、普通三种；按表头线圈形式分类分为内磁式和外磁式两类；按规格型号分类分为指针式万用表有MF500型、MF47型、MF50型等，数字式万用表有DT9972DT9101、DT890等。返回2、指针式万用表的特性(1)指针式万用表的灵敏度灵敏度是指用万用表测量物理量时，物理量发生变化，万用表敏感的程度。灵敏度分表头灵敏度、直流电压灵敏度和交流电压灵敏度三类。万用表的灵敏度直接影响测量的精度，在选择万用表时，根据自己的测量精度选择灵敏度。返回1）表头灵敏度测量时流过万用表表头的电流能使指针发生最大偏转，也就是满偏，此时流过表头的电流为表头灵敏度，此电流越小，表头的灵敏度就越高。如万用表的内阻为2500Ω、直流表头的满偏电流为40μA，因此40μA就是万用表的表头灵敏度。返回2）直流电压灵敏度万用表在测量直流电压时敏感程度怎么样，我们用直流电压灵敏度来表示。直流电压灵敏度是用万用表最小直流电流量程的倒数来表示。如47型万用表的最小直流电流量程为50μA，直流电压灵敏度为20KΩ/V。由此可以计算出电压挡各个量程的总内阻。如量程是10时，总内阻为10×20KΩ/V=200KΩ；量程是500时，总内阻为500×20KΩ/V=10MΩ。显然电压挡的量程越大，其内阻越大，对测量结果的影响越小。由此在读数方便时，量程选择大一点为宜。返回3）交流电压灵敏度交流电压灵敏度与直流电压灵敏度不同的是，交流必须通过整流后才能进入直流表头。现以50μA电流量程为例，通过半波整流，电路的工作效率为0.44，此时表头发生满偏需要的电流为50μA/0.44=113.5μA。则交流电压灵敏1/113.5=8.8kΩ/V。同样交流电压挡的量程越大，其内阻越大，对测量结果的影响越小。返回（2）万用表的准确度等级准确度实际上是误差等级，就是用绝对误差与万用表满刻度值的百分比来表示（又称满度相对误差）。指针式万用表的准确度等级有0.5级、1.0级、1.5级、2.5级、5.0级。在万用表中有的用-2.5、∽5.0、Ω2.5来表示，分别表示的意义是-2.5直流量程的基本误差为2.5%；∽5.0交流量程的基本误差为5.0%；Ω2.5电阻量程的基本误差为2.5%。返回（3）万用表的其它技术性能1）线性度：指测量仪表各刻度之间的分布，偏离均匀分布理想点的误差程度。数字万用表的线性度比指针万用表的线性度更好。2）波形误差：引起交流电压的波形失真而产生的误差。3）频率特性：指针万用表的交流电压挡的频率范围，一般是45Hz65Hz，其扩展频率为1000Hz，刻度盘上表示为45Hz~65Hz~1000Hz。返回3、指针式万用表内部结构与工作原理指针万用表的种类多，但它们的基本组成和工作原理是基本相同的。下面以震宇MF47型万用表为例进行介绍。(1)指针万用表的内部结构指针万用表内部主要由电路板（主要安装电阻、电容、电感、二极管等元器件）、电池盒、表头、蜂鸣器、连接铜片等组成，如图1.17所示。返回（2）万用表的工作原理指针式万用表从电路结构来说，主要是由直流电压测量电路、直流电流测量电路、交流电压测量电路和电阻测量电路组成。它的工作原理就是这些电路的工作原理，下面将一一进行分析。返回1）直流电压测量电路工作原理直流电压测量电路就是不断增大电阻扩大量程的串联电路。现以MF47型万用表为例分析工作原理。如果我们使用一只内阻为2kΩ、量程为50µA的直流表头。用它去直接测量，其测量的最大值为2×103×50×10一6=0.1V，高于0.1V的直流电压因流过表头的电流超过50µA而不能测量。因此需要扩大量程，方法是在电路中串接电阻即可，如图1.18所示。返回当R1=198kΩ，能测量的最大电压值为（2+198）×103×50×10一6=10V，这样量程扩大了100倍。不难知道，如果分别串接电阻R2、R4、R3、R5。并通过转换开关，便得到一块不同量程的测量直流电压的万用表。2）直流电流测量电路工作原理仅仅靠表头去测量电流是达不到要求的，因此需要扩大量程。扩大直流电压的量程是通过