电子测量技术

模拟式万用表在电子测量中的应用冯黎光（湖北宜昌三峡大学电气信息学院通信工程）摘要：模拟式万用表与数字万用表的比较，数字式万用表为何不能取代模拟表。本文重点介绍模拟式万用表在的电工电子测量中的相关应用和原理。关键词：万用表模拟式万用表电子测量从电的初学者到电气工程师，万用表是身边必备的测量器具之一。在电工测量仪表中，最大众化的万用表是一种集元器件的检验、电路的导通试验、电源电压检验等多功能于一体的仪表，应用起来十分便利。万用表具有直流电压、直流电流、交流电压、交流电流（模拟万用表中没有）以及电阻等五种基本测量功能。还可以具有蓄电池检验、温度测量和晶体三极管hFE特性检验等测量功能。万用表中，有指针型的模拟式万用表和数字显示的数字式万用表。指针表和数字表的比较和选用：1、指针表读取精度较差，但指针摆动的过程比较直观，其摆动速度幅度有时也能比较客观地反映了被测量的大小；数字表读数直观，但数字变化的过程看起来很杂乱，不太容易观看。2、指针表内一般有两块电池，一块低电压的1.5V，一块是高电压的9V或15V，其黑表笔相对红表笔来说是正端。数字表则常用一块6V或9V的电池。在电阻档，指针表的表笔输出电流相对数字表来说要大很多，用R×1Ω档可以使扬声器发出响亮的“哒”声，用R×10kΩ档甚至可以点亮发光二极管（LED）。3、指针表内阻一般在20KΩ/V左右，相对数字表来说比较小，测量精度相比较差。某些高电压微电流的场合甚至无法测准，因为其内阻会对被测电路造成影响。数字表电压档的内阻很大，一般在11M，使流入仪表的电流近似为零，其电池内阻引起的电压降可以忽略。但极高的输出阻抗使其易受感应电压的影响，在一些电磁干扰比较强的场合测出的数据可能是虚的。4、模拟式指针表的标尺盘上很多，使用时也要注意档位转换和测量量程的切换，使用复杂。数字式表使用简单，即使没有电学知识亦可以放心使用总之，在相对来说大电流高电压的模拟电路测量中适用指针表，比如电视机、音响功放。在低电压小电流的数字电路测量中适用数字表，比如BP机、手机等。不是绝对的，可根据情况选用指针表和数字表。指针表不能被数字表取代的原因：由前面的介绍可知，如果把模拟式万用表与数字式万用表进行比较，在所有的项目上数字式万用表都占有优势。但是，作为常用测量仪表的指针式目前仍被大量使用着。这是因为数字万用表在其诸多优点的反面也有不足之处，可以列举如下：1、对于变化量，数字显示时读数困难。而指针式仪表可以通过指的摆动来了解变化量。2、导通试验时，近似0欧姆的场合和电阻很大的场合下，用数字显示时大小关系难以读取。在这一点上，指针式万用表可以通过指针的偏转从感觉上来了解导通状态。3、用于维修检查和修理的万用表在多数场合下，有百分之几的测量误差不成问题。在这一点上，由于数字式万用表显示的精度高、位数多，读取时反而要花费不必要的精力。因此，数字式万用表的高精度往往造成其使用上的困难，而模拟式万用表有着过去长期使用的经验而至今应用广泛。万用表的使用技巧：1、测喇叭、耳机、动圈式话筒。用R×1Ω档，任一表笔接一端，另一表笔点触另一端，正常时会发出清脆响量的“哒”声。如果不响，则是线圈断了，如果响声小而尖，则是有擦圈问题，也不能用。2、测电容。用电阻档，根据电容容量选择适当的量程，并注意测量时对于电解电容黑表笔要接电容正极。①、估测微波法级电容容量的大小：可凭经验或参照相同容量的标准电容，根据指针摆动的最大幅度来判定。所参照的电容不必耐压值也一样，只要容量相同即可，例如估测一个100μF/250V的电容可用一个100μF/25V的电容来参照，只要它们指针摆动最大幅度一样，即可断定容量一样。②、估测皮法级电容容量大小：要用R×10kΩ档，但只能测到1000pF以上的电容。对1000pF或稍大一点的电容，只要表针稍有摆动，即可认为容量够了。③、测电容是否漏电：对一千微法以上的电容，可先用R×10Ω档将其快速充电，并初步估测电容容量，然后改到R×1kΩ档继续测一会儿，这时指针不应回返，而应停在或十分接近∞处，否则就是有漏电现象。对一些几十微法以下的定时或振荡电容（比如彩电开关电源的振荡电容），对其漏电特性要求非常高，只要稍有漏电就不能用，这时可在R×1kΩ档充完电后再改用R×10kΩ档继续测量，同样表针应停在∞处而不应回返。3、检测二极管、三极管、稳压管的好坏。因为在实际电路中，三极管的偏置电阻或二极管、稳压管的周边电阻一般都比较大，大都在几百或几千欧姆以上，这样，我们就可以用万用表的R×10Ω或R×1Ω档来在路测量PN结的好坏。在路测量时，用R×10Ω档测PN结应有较明显的正反向特性（如果正反向电阻相差不太明显，可改用R×1Ω档来测），一般正向电阻在R×10Ω档测时表针应指示在200Ω左右，在R×1Ω档测时表针应指示在30Ω左右（根据不同表型可能略有出入）。如果测量结果正向阻值太大或反向阻值太小，都说明这个PN结有问题，这个管子也就有问题了。这种方法对于维修时特别有效，可以很快速地找出坏管，甚至可以测出尚未完全坏掉但特性变坏的管子。比如当你用小阻值档测量某个PN结正向电阻过大，如果你把它焊下来用常用的R×1kΩ档再测，可能还是正常的，其实这个管子的特性已经变坏了，不能正常工作或不稳定了。4、测电阻。重要的是要选好量程，当指针指示于1/3～2/3满量程时测量精度最高，读数最准确。尤其要注意的是，在用R×10k电阻档测兆欧级的大阻值电阻时，不可将手指捏在电阻两端，因为这样相当与和有数十KΩ人的手的电阻并联，所侧的是并联后的合成电阻而不是被测大电阻值。5、检查线路。确定是哪一条线路出问题，打到蜂鸣器的位置，将线路一头对地，另一头和万用表红表笔相接触，万用表黑表笔对地，若线路是好的，蜂鸣器就会响；其次在设备带电情况下，根据电源情况选择交流或直流，将万用表两笔头接触在要检查的元器件进线侧进行电压测量。6、判断压电陶瓷的好坏。压电陶瓷是一种人工合成的压电材料。当受到外界压力时，两面会产生电荷，电荷量与压力成正比，这种现象称为压电效应。压电陶瓷具有压电效应，即在外电场作用下，会产生形变，所以压电陶瓷片可用作发声元件。利用压电陶瓷片的压电效应，可用万用表判断其好坏。将压电陶瓷片的两极引出两根导线，然后把陶瓷片平放到桌子上，将两根引线分别接至万用表两表笔上，把万用表拨至最小电流挡，然后用铅笔橡皮头轻按陶瓷片，若万用表指针明显摆动，说明陶瓷片完好，否则，说明已损坏。7、辨别三级管的集电极和发射极。万用表测量三极管放大倍数的接线状态下，如果有放大能力，对PNP管而言是红表棒接集电极，对NPN管子则是黑表棒接集电极，表的两笔任接在剩下的两个未知电极上，用手捏住表笔和管子的引脚，然后用舌头按在已知的基极上，觉的不卫生就用个手指头碰在基极上，然后再交换表笔，结果是一次表针摆动很大，一次几乎不动，可区分出集电极和发射极了。8、用万用表判断扬声器的正负极。首先，把指针式万用表拨到直流0～5mA挡，然后将两表笔分别接在待测扬声器的两个焊片上。用手轻按扬声器的纸盆，观察万用表指针的摆动方向，若指针正向偏转，则红表笔接的是扬声器负极，黑表笔接的是扬声器正极。反之，红表笔接的是正极，黑表笔接的是负极。万用表的使用1、熟悉表盘上各符号的意义及各个旋钮和选择开关的主要作用。2、进行机械调零。3、根据被测量的种类及大小，选择转换开关的挡位及量程，找出对应的刻度线。4、选择表笔插孔的位置。5、测量电压：测量电压（或电流）时要选择好量程，如果用小量程去测量大电压，则会有烧表的危险；如果用大量程去测量小电压，那么指针偏转太小，无法读数。量程的选择应尽量使指针偏转到满刻度的2/3左右。如果事先不清楚被测电压的大小时，应先选择最高量程挡，然后逐渐减小到合适的量程。交流电压的测量：将万用表的一个转换开关置于交、直流电压挡，另一个转换开关置于交流电压的合适量程上，万用表两表笔和被测电路或负载并联即可；直流电压的测量：将万用表的一个转换开关置于交、直流电压挡，另一个转换开关置于直流电压的合适量程上，且“+”表笔（红表笔）接到高电位处，“-”表笔（黑表笔）接到低电位处，即让电流从“+”表笔流入，从“-”表笔流出。若表笔接反，表头指针会反方向偏转，容易撞弯指针。6、测电流：测量直流电流时，将万用表的一个转换开关置于直流电流挡，另一个转换开关置于50uA到500mA的合适量程上，电流的量程选择和读数方法与电压一样。测量时必须先断开电路，然后按照电流从“+”到“-”的方向，将万用表串联到被测电路中，即电流从红表笔流入，从黑表笔流出。如果误将万用表与负载并联，则因表头的内阻很小，会造成短路烧毁仪表。其读数方法如下：实际值＝指示值×量程/满偏7、测电阻：用万用表测量电阻时，应按下列方法作：a机械调零。b选择合适的倍率挡。万用表欧姆挡的刻度线是不均匀的，所以倍率挡的选择应使指针停留在刻度线较稀的部分为宜，且指针越接近刻度尺的中间，读数越准确。c欧姆调零。测量电阻之前，应将2个表笔短接，使指针刚好指在欧姆刻度线右边的零位。如果指针不能调到零位，说明电池电压不足或仪表内部有问题。d读数：表头的读数乘以倍率，就是所测电阻的电阻值。使用万用表应注意的事项(1)在使用万用表之前，应先进行“机械调零”，即在没有被测电量时，使万用表指针指在零电压或零电流的位置上。(2)在使用万用表过程中，不能用手去接触表笔的金属部分，这样一方面可以保证测量的准确，另一方面也可以保证人身安全。(3)在测量某一电量时，不能在测量的同时换档，尤其是在测量高电压或大电流时，更应注意。否则，会使万用表毁坏。如需换挡，应先断开表笔，换挡后再去测量。并且每换一次倍率挡，在测量电阻时都要再次进行欧姆调零，以保证测量准确。(4)万用表在使用时，必须水平放置，以免造成误差。同时，还要注意到避免外界磁场对万用表的影响。（5）万用表使用完毕，应将转换开关置于交流电压的最大挡。如果长期不使用，还应将万用表内部的电池取出来，以免电池腐蚀表内其它器件。