指针式万用表的原理与种类

前言

自从第三次工业革命以来，人们的生活就与电结下了不解之缘。工业的发展、科技的进步，或多或少都会受到电和电子产品的影响。作为电类专业的一名学生,认识和了解电和电子产品是我们不可缺少的知识。万用表作为电子电工最基本的测量工具，是我们在电子专业学生必须熟练掌握并应用的工具之一。

万用表是一种多功能、多量程的便携式电工仪表。一般的万用表可以测量直流电流、交直流电压和电阻，有些万用表还可测量电容、功率、晶体管共射极直流放大系数h FE等。其最基本的工作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，这样我们就可以直观的测量并发掘各种待测物理量。我们所研究的MF-47型万用表是设计新颖的磁电系整流便携式多量程万用表。它具有26个基本量程和电平、电容、电感、晶体管直流参数等7个附加参考量程，且具有分档细、灵敏度高、体形轻小、性能稳定、过载保护可靠、读数准确、使用方便等优点。因为它的这些优点，使其广泛适用于电子仪器、无线电通信、电气设备、家用电器、工厂和科学等领域。

通过设计、组装、调试MF-47型万用表，熟练掌握万用表的组成结构、原理，明确组成万用表的各种电路的优缺点。能根据给定的技术参数，主要包括：表头灵敏度、内阻、波段开关结构、格挡量程要求等，选择合适的电路设计万用表线路。这样可以提高我们理论与实际相结合的能力，使我们能够根据所学知识，设计绘制各种万用表电路图，并从中进行优化选择。做到触类旁通，真正的加强自身设计能力，进一步提高我们识图、绘图和计算电路的能力。在对MF-47型万用表进行组装中，我们必不可少的会接触焊接工艺和焊接方法，焊接作为电子产品生产中不可或缺的工艺流程，它考验的是我们的动手能力和细心程度。因为没有良好的焊接技术，再完美的电路设计也只是空想。掌握良好的焊接技术，对于我们走上工作

岗位有很大的帮助。而在对MF-47型万用表的调试过程中，我们会接触到机械部分的调试。这对我们回顾工程制图、机械原理起到很大的帮助。

通过此次万用表的设计与装配，真正的使我们做到对大学四年所学知识的回顾，进一步加强我们认识、设计、选择电路的能力。其次培养我们在工作中耐心细致，一丝不苟的工作作风，为今后走上工作岗位打下良好的基础。

第一章 指针式万用表的原理与种类

1.1指针式万用表的原理

指针式万用表的最基本工作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。但表头不能通过过大的电流，所以必须在表头上并联与串联一些电阻进行分流与降

压，从而测出电路中的电流、电压和电阻。下面对其进行一一的介绍

1.1.1测直流电流原理

如图1-1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。

1.1.2测直流电压原理

如图1-2所示，在表头上串联一个适当的电阻（叫倍增电阻）进行降压，就可以扩展电压量程。改变倍增电阻的阻值，就能改变电压测量范围。

图1-1

图1-2

1.1.3测交流电压原理

如图1-5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，这样就可以通过直流电的大小来测量交流电压。扩展交流电压量程的方法与直流电压量程相似，指针式万用表的交流电压档，普遍采用平均值整流电路，可分为半波整流（见图1-3）和全波整流（见图1-4）两种。

图1-3图1-4

1.1.4测电阻原理

如图1-6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。

图1-6

1.2指针式万用表的结构

指针式万用表的形式很多，但基本结构是类似的。指针式万用表的结构主要由表头、转换开关（又称选择开关）、测量线路等三部分组成。

表头采用高灵敏度的磁电式结构，是测量的显示装置，万用表的表头实际上是一个灵敏电流计。表头上的表盘印有多种符号，刻度线和数值。符号A-V-Ω这只电表是可以测量电流、电压和电阻的多用表。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。“~”表示交流和直流公用的刻度线。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。另外表盘上还有表示表头参数的符号：如DC20KΩ/V、A C9KΩ/V等。表头上还设有机械零位调整旋钮（螺钉），用以矫正指针在左端指零位。

转换开关用来选择被测电量的种类和量程或倍率；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或倍率。一般万用表

的测量项目包括：“mA”、直流电流；“V”、直流电压；“~”、交流电流；“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或倍率供选择。

测量线路则是将不同性质和大小的被测电量转化成表头所能接受的直流电流。

1.3指针式万用表的种类

万用表可以分为指针式万用表、台式数字万用表、便携式数字万用表、笔型数字万用表等。随着技术的发展，人们研制出微机控制的虚拟式万用表，被测物体的物理量通过非电量/电量，将温度等非电量转换成电量，再通过A/D转换，由微机显示或输送给控制中心，控制中心通过信号比较做出判断，发出控制信号或者通过D/A转换来控制被测物体。

第二章 MF-47型万用表的原理与结构

2.1 MF-47型万用表的工作原理

它的工作原理见图（2-1），它的显示表头是一直流μA表，WH2是电位器用于调节表头回路中的电流的大小。D3、D4 两个二极管反向并联并与电容并联，用于保护限制表头两端的电压起保护表头的作用，使表头不至电压，电流过大而烧坏。电阻档分为1×Ω、10×Ω、100×Ω、1K×Ω、10 K×Ω几个量程，当转换开关打到某一个量程时，与某一个电阻形成回路，使表头偏转，测出阻值的大小。

本图纸中凡电阻阻值未注明者为Ω，功率未注明者为1/4w

图2-1

2.2 MF-47型万用表电阻档的工作原

MF-47型万用表电阻档的工作原理（见图2-2），电阻档分为1×Ω、10×Ω、100×Ω、1K ×Ω、10 K ×Ω、5个量程。例如：将档位开关旋钮打到1×Ω时，外接被测电阻通过-COM 端与公共显示部分连接；通过“＋”经过0.5A 熔断器接到电池，再经过电刷旋钮与R18相连，WH1为电阻档公用调零电位器，最后与公共显示部分形成回路，使表头偏转测出阻值的大小。

其电路板线路见图

2-3

图2-2

图2-3

2.3 MF-47型万用表的结构

万用表由机械部分、显示部分、与电器部分三大部分组成。机械部分包括：外壳、档位开关旋钮及电刷等部分组成；显示部分是表头；电器部分由测量线路板、电位器、电阻、二极管、电容等部分组成。

2.4 MF-47型万用表的特点

MF-47型万用表采用高灵敏度的磁电系整流式表头，造型大方、设计紧凑、结构牢固、携带方便、零部件均选用优良材料及工艺处理，具有良好的电气性能和机械强度。其特点为：

（1）测量机构采用高灵敏度表头，性能稳定。

（2）线路部分保证可靠、耐磨、维修方便。

（3）测量机构采用硅二极管保护，保证过载时不损坏表头，并且线路设有0.5A保险丝以防止误用时烧坏电路。

（4）设计上考虑了湿度和频率补偿。

（5）低电阻档选用2号干电池，容量大、寿命长。配合高压线路，可测量电视机内25kV以下高压。

（6）配有晶体管静态直流放大系数检测装置。

（7）表盘标度刻度线与档位开关旋钮指示盘均为红、绿、黑三色，分别按交流红色、晶体管绿色、其余黑色对应制成。共有七条专用刻度线，刻度分开，便于读数；配有反光铝膜，消除视差，提高了读数精度。除交直流2500V和直流5A分别有单独的插座外，其余只须转动一个选择开关，就可进行轻松的测量。

（8）使用方便且装有提把，不仅便于携带，而且可在必要时作倾斜支撑，便于读数。

第三章元器件的识别与选择

3.1 二极管极性的判断

3.1.1 二极管极性的判别方法

判断二极管极性时可用万用表将红表棒插在“＋”，黑表棒插在“－”，将二极管搭接在表棒两端（见图3-1）观察万用表指针的偏转情况，如果指针偏向右边，显示阻值很小。表示二极管与黑表棒连接的为正极，与红表棒连接的为负极。与实物相对照，黑色的一头为正极，白色的一头为负极，也就是说阻值很小时，与黑表棒搭接的是二极管的正极。反之，如果显示阻值很大，那么与红表棒搭接的是二极管的正极。

图3-1

3.1.2 用万用表判断二极管极性的原理

用万用表判断二极管极性的原理（见图3-2），由于电阻档中的电池正极与黑表棒相连，这时黑表棒相当于电池的正极，红表棒与电池的负极相连，相当于电池的负极，因此当二极管正极与黑表棒连通，负极与红表棒连通时，二极管两端被加上了正向电压，二极管导通，显示阻值很小。

图3-2

3.2 电解电容极性的判断

3.2.1电容的特性

电容器是一种能储存电荷的容器。它是由两片靠得较近的金属片中间再隔以绝缘物质而组成的。按绝缘材料的不同,可制成各种各样的电容器。如:云母、瓷介、纸介、电解电容器等。在构造上,又分为固定电容器和可变电容器。电容器对直流电阻力无穷大,即电容器具有隔直流作用。电容器对交流电的阻力受交流电频率的影响,即相同容量的电容器对不同频率的交流电呈现不同的容抗，因为电容器是依靠它的充放电功能来工作的。当电源开关s未合上时，电容器的两片金属板和其它普通金属板—样是不

带电的。当开关S合上时,电容器正极板上的自由电子便被电源所吸引,并推送到负极板上面。由于电容器两极板之间隔有绝缘材料,所以从正极板跑过来的自由电子便在负极板上面堆积起来。正极板便因电子减少而带上正电,负极板便因电子逐渐增加而带上负电。电容器两个极板之间便有了电位差,当这个电位差与电源电压相等时,电容器的充电就停上了。此时若将电源切断,电容器仍能保持充电电压。对已充电的电容器,如果我们用导线将两个极板连接起来,由于两极板间存在的电位差,电子便会通过导线,回到正极板上,直至两极板间的电位差为零。电容器又恢复到不带电的中性状态,导线中也就没电流了。加在电容器两个极板上的交流电频率高,电容器的充放电次数越多；充放电电流也就越强。也就是说，电容器对于频率高的交流电的阻碍作用就减小,即容抗小。反之电容器对频率低的交流电产生的容抗就大。对于同一频率的交流电，电容器的容量越大,容抗就越小；容量越小,容抗就越大。

3.2.2判断方法

不知道极性的电解电容可用万用表的电阻挡测量其极性。我们知道只有电解电容的正极接电源正极(电阻挡时的黑表笔),负端接电源负极(电阻挡时的红表笔)时,电解电容的漏电流减小(漏电阻大)。反之,则电解电容的漏电流增加(漏电阻减小)。

测量时,先假定某极为“ + ”极,让其与万用表的黑表笔相接,另一电极与万用表的红表笔相接,记下表针停止的刻度(表针靠左阻值大),然后将电容器放电(既两根引线碰一下),两只表笔对调,重新进行测量。两次测量中,表针最后停留的位置靠左(阻值大)的那次,黑表笔接的就是电解电容的正极。测量时最好选用 R*100 或 R*1K 挡。

3.3 用色环法判断电阻

色环电阻识别方法：因为电阻上面用了四道色环或者五道色环来表示电阻值。可以从任意角度一次性的读取代表电阻值的颜色信息。

判断技巧如下:

技巧1：先找标志误差的色环，从而排定色环顺序。最常用的表示电阻误差的颜色是：金、银、棕，尤其是金环和银环，一般绝少用做电阻色环的第一环，所以在电阻上只要有金环和银环，就可以基本认定这是色环电阻的最末一环。

技巧2：棕色色环是否是误差标志的判别。棕色色环既常用做误差环，又常作为有效数字环，且常常在第一环和最末一环中同时出现，使人很难识别谁是第一环。在实践中，可以按照色环之间的间隔加以判别：比如对于一个五道色环的电阻而言，第五环和第四环之间的间隔比第一环和第二环之间的间隔要宽一些，据此可判定色环的排列顺序。

技巧3：在紧靠色环间距还无法判定色环顺序的情况下，还可以利用电阻的生产序列值来加以判别。比如有一个电阻的色环读序是：棕、黑、黑、黄、棕，其值为：100×10000=1MΩ误差为1%，属于正常的电阻系列值，若是反顺序读：棕、黄、黑、黑、棕，其值为140×1Ω=140Ω，误差为1%。显然按照后一种排序所读出的电阻值，在电阻的生产系列中是没有的，故后一种色环顺序是不对的。

识别四色环电阻大小（如图3-3）

图3-3

第一色环是十位数，第二色环是个位数，第三色环是应乘颜色次幂颜色次，第四色环是误差率。

【例】

棕红红金

其阻值为12×10^2=1.2K 误差为±5%

误差表示电阻数值，在标准值1200上下波动（5%×1200）都表示此电阻是可以接受的，即在1140-1260之间都是好的电阻。

识别五色环电阻大小（如图3-3）：

图3-4

第一色环是百位数，第二色环是十位数，第三色环是个位数，第四色

环是应乘颜色次幂颜色次，第五色环是误差率。

首先，从电阻的底端，找出代表公差精度的色环，金色的代表5%，银色的代表10%。再从电阻的另一端，找出第一条、第二条色环，读取其相对应的数字，如下例：前两条色环都为红色，故其对应数字为红2、红2，其有效数是22。再读取第三条倍数色环黑1。所以，我们得到的阻值是22x1=22Ω。如果第三条倍数色环为金色，则将有效数乘以0.1。如果第三条倍数色环为银色，则乘以0.01。

色环标示主要应用圆柱型的电阻器上，如：碳膜电阻、金属膜电阻、金属氧化膜电阻、保险丝电阻、绕线电阻。在早期，一般当电阻的表面不足以用数字表示法时，就会用色环标示法来表示电阻的阻值、公差、规格。色环主要分成两部分：

第一部分：靠近电阻前端的一组是用来表示阻值的。

两位有效数的电阻值，用前三个色环来代表其阻值，如：39Ω，39KΩ，39MΩ。

三位有效数的电阻值，用前四个色环来代表其阻值，如：69.8Ω，698Ω，69.8KΩ，一般用于精密电阻的表示。

第二部分：靠近电阻后端的一条色环用来代表公差精度。

第一部分的每一条色环都是等距的且自成一组，容易和第二部分的色环区分。四个色环电阻的识别：第一、二环分别代表两位有效数的阻值；第三环代表倍率；第四环代表误差。五个色环电阻的识别：第一、二、三环分别代表三位有效数的阻值；第四环代表倍率；第五环代表误差。如果第五条色环为黑色，一般用来表示为绕线电阻器，第五条色环如为白色，一般用来表示为保险丝电阻器。如果电阻体只有中间一条黑色的色环，则代表此电阻为零欧姆电阻。另外还有中间只有一道黑色色环的电阻其阻值为零。对照表（见附录表1）

带有四个色环的其中第一、二环分别代表阻值的前两位数；第三环代表倍率；第四环代表误差。快速识别的关键在于根据第三环的颜色把阻值

确定在某一数量级范围内，例如是几点几K、还是几十几K的，再将前两环读出的数"代"进去，这样就可很快读出数来。

下面介绍掌握此方法的几个要点：

（1）熟记第一、二环每种颜色所代表的数。可这样记忆：棕1、红2、橙3、黄4、绿5、蓝6、紫7、灰8、白9、黑0。这样连起来读，多复诵几遍便可记住。

记准记牢第三环颜色所代表的阻值范围，这一点是快速识别的关键。具体是：

金色：几点几Ω

黑色：几十几Ω

棕色：几百几十Ω

红色：几点几 kΩ

橙色：几十几 kΩ

黄色：几百几十 kΩ

绿色：几点几 MΩ

蓝色：几十几 MΩ

从数量级来看，大体上可把它们划分为三个大的等级，即：金、黑、棕色是欧姆级的；红、橙、黄色是千欧级的；绿、蓝色则是兆欧级的。这样划分一下是为了便于记忆。

（3）当第二环是黑色时，第三环颜色所代表的则是整数，即几十、百kΩ等，这是读数时的特殊情况要注意。例如第三环是红色，则其阻值即是整数kΩ的。

（4）记住第四环颜色所代表的误差，即：金色为5%；银色为10%；无色为20%。

3.4元器件引脚的弯制与成型

左手用镊子紧靠电阻的本体，夹紧元器件的引脚（见图3-5、图3-6），

使引脚的弯折处，距离元件的本体有两毫米以上的间隙。左手夹紧镊子，右手食指将引脚弯成直角。（注意：不能用左手捏住元件本体）右手紧贴元件本体进行弯制。如果这样，引脚的根部在弯制的过程中容易受力而损坏，元件弯制后的形状（见图3-7），引脚之间的距离，根据线路板孔距而定，引脚修剪后的长度大约为8mm，如果孔距较小，元件较大，应将引脚往回弯折成形（见图3-7中c、d）。电容的引脚可以弯成直角，将电容水平安装（见图3-7中e），或弯成梯形，将电容垂直安装（见图3-7中h）。二极管可以水平安装，当孔距很小时应垂直安装（见图3-7中i），为了将二极管的引脚弯成美观的圆形，应用螺丝刀辅助弯制（见图3-8）。将螺丝刀紧靠二极管引脚的根部，十字交叉，左手捏紧交叉点，右手食指将引脚向下弯，直到两引脚平行。

图3-5

图3-6

图3-7

有的元件安装孔的距离较大，应根据线路板上对应的孔距弯曲成形（见图3-9

）

元器件做好后应按规格型号的标注方法进行读数。将胶带轻轻贴在纸上，把元器件插入、贴牢、写上元器件规格型号值，然后将胶带贴紧，备用（见图3-10）。注意：不要把元器件引脚剪太短。

图3-8

图3-9

图3-10