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万用电表原理

一．万用表的组成

1.表头：

1）用途：

指示被测得数值

2）测量机构：

多采用高灵敏度的磁场系测量机构

（注：

灵敏度即万用表最小量程）

3）满偏电流：

数微安到数百微安，满偏电流越小，表头灵敏度越高。

本表头满偏电流为83.3µÀ，在一般指针式万用表中属中档灵敏度。

4）选择原则：

灵敏度越高越好

原因：

万用表在用于测量时，要从被测电路中获取能量，用以推动表针偏转，这一能量越小，对被测电路影响越小，测量结果越准确。

2.测量电路

1）用途：

通过测量线路的转换，把各种被测量（电压、电流或电平等）转换成表头偏转的直流微小电流，实现万用表的多功能测量，并且有多种量限（或称满量程）。

2）组成：

多用各种规格的电阻原件组成（如绕线电阻、金属膜电阻、电位器等），在特殊测量中也会用到其它电子器件，如测量交流电压的整流原件，测量电阻的内置电池，测量交流电流的交流电流互感电感。

3.转换开关

1）用途：

是万用表选择不同测量功能和不同量限时的电路切换器件。

2）工作原理：

转换开关通常采用多刀，多掷波段开关或专用的转换开关，通过旋转开关可以使万用表测量线（俗称表笔）与表内不同的测量线路接通，以满足不同的测量要求。

而此次安装的MF-50型万用表，是利用印刷版铜箔作为固定触点，而三头簧片作为旋转触点构成的专用旋转开关，共有18个档位，提供5种不同的测量功能。

二．测量电路原理分析

如上图所示为MF-50型万用表的电路原理

由图可知：

1）.表头灵敏度：

83.3µÀ

2）内阻（偏转线圈铜阻）：

约1200Ω左右

3）满偏时表头两端电压：

83.3µÀХ1200Ω=100mV

注：

该电压并不能使并于表头二端的二极管产生电流，而电容在直流电压作用下相当于开路。

（下面原理分析中，忽略此些器件的存在）

1.直流电流的测量线路（DCA）

此图利用闭路分流法，以达到量程扩展。

图中，表头与W2串联组成——满偏电流83.3µÀ，内阻为1500Ω的基本表。

测量电路采用环形分流式电路，显然为满足“A点”与“*”间流过100µÀ时的表头满偏。

则并联电阻总值应为：

R并=83.3µÀХ1500Ω/（100-83.3）µÀ=7500Ω

其中：

R并=R1+R2+…..+R8

此时，回路环阻总值为9KΩ，在此状态下我们可以求出每一测量档分流电阻的值。

设：

RN为第n档分流电阻总值（单位为Ω）

IN为第n档电流测量满度值（单位为mA）

则当第n电流测量档表头只是满度时应有下式：

（9KΩ-RN）Х83.3µÀ=（IN-83.3µÀ）RN

9KΩХ83.3µÀ-RN83.3µÀ=INRN-83.3µÀRN

RN=9KΩХ83.3µÀ/IN

根据上式我们可以求得：

第一档I1为2.5A，可得R1=0.3Ω

第二档I2为250mA，可得R2=3Ω

第三档I3为25mA，可得R3=30Ω

而具体的Rn则为RN与RN-1的差值，即：

Rn=RN-RN-1

于是我们可得：

R1=0.3Ω，R2=2.7Ω，R3=27Ω，余类推。

同样，根据上述分析，我们可以求出环型分流电路中任一点接入时的满偏电流值。

即：

IN=9KΩХ83.3µÀ/RN

式中：

R并=R1+R2+…..+R8

IN为此接入端对应的满偏电流值。

据此可求得：

R5与R6中间“B点”接入时的满偏值为：

250µÀ

R7与R8中间“C点”接入时的满偏值为：

112µÀ

2、直流电压的测量线路（DCV）

图中：

直流电压基本测量电路的表头分流接入端为A，此时的满偏电流为100µÀ，只要在A端串入相应的分压电阻，即可构成不同量程的电压表。

根据前述，制成的电压表对被测电路的影响越小越好，对电压表而言，内阻越大，从电路分走的电流越小。

本直流电压表的表头分流电路接入点电流满度为100µÀ，因此串入的分压电阻每分得1V电压所需的电阻值为：

1V/100µÀ=10KΩ，或称电压测量灵敏度为10KΩ/V

此值是表示电压表性能好坏的重要指标，此值越大，电压表性能越好。

如图：

A端与“*”间的等效电阻值为7.5KΩ//1.5KΩ，而任一电压测量档的总电阻为：

RVN=VN/100µÀ

式中：

VN为该测量档表头满偏电压值。

实际应串入的电阻值为：

RVN=RVN-1.25KΩ

本表的最低直流电压测量档的满度为2.5V。

所以R12=2.5V/100µÀ-1.25KΩ=25KΩ-1.25KΩ=23.75KΩ，由于不同量程的测量档其接入电阻是串联累加的，故相邻两测量档的串入电阻值应为：

R=（VN-VN-1）/100µÀ

本表2.5V档的相邻档满度电压值为10V，从上面分析可知：

R11=（10-2.5）V/100µÀ=75KΩ

依次可计算出：

R10=400KΩ，R9=2MΩ

必须指出，1000V直流电压档的表头分流接入端为B点，此时满偏电流为250µÀ，因此，该档应串入的电阻总值为4MΩ，本表借用了交流测量线路的分压电阻，它们的测量电阻和正好为4MΩ。

此时的电压测量灵敏度为4KΩ/V。

显然，如果在250V与1000V相邻档间串联R*，（如上图中虚线所示）同样可以获得满偏为1000V的测量范围，且测量灵敏度也高。

但是

（1）此时计算出的R*应为7.5MΩ，通常高值电阻的精度较低，印刷电路的基板绝缘对其影响较大。

该电阻二端要降去750V电压，对普通小型电阻器难以接受。

而采用现在的电路，则可避免上述弊病。

3、交流电压的测量线路（ACV）（交流定义：

方向随时间有规则变化）

从图中可见，线路中引入了D1和D2对正弦电压进行整流。

当被测电压在正半周时，D2导通，产生的电流推动表头偏转；当被测电压在负半周D1导通，产生的电流流回“*”端。

对表头电路而言，D2构成的仅是半波整流（半波整流后的直流电压平均值仅为实测电压有效值的0.45倍，流过表头电路的平均电流亦仅为实测电流有效值的0.45倍。

又从前面直流1000V的测量线路借用交流测量分压电阻可知，交流测量时的电压灵敏度也为4KΩ/V，即任一档满幅测量时的电流有效值应达250µÀ，而流经表头电路的平均电流只有（250Х0.45）µÀ=112µÀ，因此本测量电路的半波整流输出在表头分流电路的接入端改为C点，（即前面分析的R7与R8中间），正好满足表头满偏112µÀ的要求。

4、电阻测量线路：

注：

电阻是无源器件，不可能为电表提供能量，为使测量时表头偏转，电表内必须内装电池。

我们知道，万用表用于电阻测量时，表笔短接，表头满偏，表指针值为0；当接入被测电阻时，回路电流减小，表针偏转减小，指示值增加，被测电阻越大，回路电流越小，表针偏转越小，指示值越大。

欧姆表中值电阻：

MF-50型万用表表面Ω刻度线中值为10；即档在×1Ω档时指示此值为10Ω；×10Ω档时指示此值是100Ω。

余此类推。

图中可见，在测量回路中串入了1.5V电池，当测量端接入电阻，回路电流即可推动表头偏转。

分析R×1KΩ时的电路原理：

图中开关所呈位置为R×1KΩ状态，在“+”端间接入10K电阻，应使表针指示为中值，当短接此二端，应使表针满偏，显然此时测量线路的内阻与被测电阻相等，也为10K。

由此可知，满偏时的电流值应为：

1.5V/10K=150µÀ

在环形分流电阻中寻找合适的接入点，使其满足测量回路电流为150µÀ即可，在此接入状态下计算出表头电路等效内阻再串入R24，使其总电阻正好为10K即完成了R×1KΩ档的设计。

当IN=150µÀ时，可求得RN=5KΩ

此时表头电路内阻为5KΩ//（9KΩ-5KΩ）=2.23KΩ

R24=10KΩ-2.23KΩ=7.77KΩ

由下图可见，当转换开关置于R×100Ω时，实际在×1KΩ测量基础上再并联R22作为分流电阻而构成：

据前分析，此时表的中心值电阻应为1KΩ，相应测量表内阻也应为1KΩ，短接测试时满偏电流值应为：

1.5V/1K=1.5µÀ

根据分流原理，R22应分流掉1.35mA，则：

R22=10K×150µÀ/1350µÀ=1.11KΩ对于R×10Ω与R×1Ω档，计算方法类似。

在R×10K档时，中值电阻应为100K，电阻测量线路内阻也为100K。

为使表头达到满偏，原来的1.5V电压显然不够，本表采用15V电池（迭成电池）串入R23并利用×1K档的环型分流电阻接入端，可满足此档要求。

遇到的问题

1.直流电流测量时如何改变电流测量范围？

在表头并联一个适当的电阻进行分流，扩展电流量程。

改变分流电阻对的阻值，就能改变电流量程范围。

2.直流电压测量时如何改变电压测量范围？

在表头上串联一个适当的电阻进行降压，扩展电压量程。

改变倍增电阻的阻值，就能改变电压的测量范围。

3．交流电压测量时如何改变电压测量范围？

因为表头是直流表，所以测量交流时，需加一个并、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，这样就可以直流电流的大小来测量交流电压。

扩张交流电压量程的方法与直流电压量程相似。

4．测电阻时如何改变电阻值的测量范围？

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。

MF-50万用表装调与校验

一．MF-50型万用表电原理图

二．

MF-50型万用表的印版土和元器件装配图及引线走向明细图

1号（80mm）,引线接至表壳“2.5A”测试接线桩；

2号、3号（45mm），引线接至调零电位器W1两端；

4号（50mm），引线接至表壳“100µÀ”测试接线桩；

5号，此点不用引线，可直接由表头（+）极线接至此；

6号（130mm），引线接至表壳测试公共端“*”接线桩，同时将表头（－）极接至“*”端，晶体管测试端的PNP（e），NPN（c）也接至“*”端；

7号（150mm），引线接至表壳“+”测试接线桩，同时将1.5V电池座（－）极也接至“+”端；

8号（90mm），引线接至调零电位器W1中心端；

9号（110mm），引线接至15V电池座（+）极；

10号（90mm），引线接至1.5V电池座（+）极。

三．万用表的装配

1、清点配套元器件数量并按序标识电阻

（1）电阻（21个）：

R10.3Ω（已装），R22.7Ω，R327Ω，R4270Ω，R52.7KΩ，R61.1KΩ，R7500Ω，R8800Ω，R92MΩ，R10400KΩ，R1175KΩ，R1223.8KΩ，R1343.2KΩ（已装），R1436.5KΩ，R15160KΩ，R16800KΩ，R173MΩ，R1820.5KΩ，R1986.6KΩ，R209.1Ω，R21100Ω，R221.1KΩ，R2388KΩ，R247.78K。

（2）W2620Ω（3）二极管IN40074只（4）电容1只

（5）线路板1块（6）电刷1只

（7）其他零件导线若干，内齿垫圈1只（黑色），M4螺母1只，M2.5螺钉2只，M3自攻螺丝3只

2、表头电流灵敏度测试

（1）测试原理：

两电流表串联，其电流相等。

（2）测试方法：

①将校准仪功能开关置DCI，量程选择100µÀ档。

②用螺丝刀调整表头机械零点；用校准仪输出红鳄鱼夹接表头红线，黑鳄鱼夹接表头黑线。

③接通电源开关，“内/外”控开关置外控，调节外控盒“粗、中、细”调电位器，使被测电表满度，此时，校准仪读数即为被测表头灵敏度，一般为83µÀ左右，如过分偏离则表头不能用。

（3）测试结果：

万用表表头电流灵敏度为81.8µÀ。

（4）注意事项：

校准仪输出为恒