浅谈模拟式多用电表

【摘 要】多用电表是电学测量中的一个重要仪表，它分为模拟式和数字式两大类。一块电表就可以解决电学中大多的测量问题，因而被很多人称为“万用表”。万用表是电表的一种，它是世界上使用得最广泛、最普遍的一种电学仪表，从我国农村普通的电工室到美国休斯顿航天发射中心，都可以看到万用表。随着我国逐步达到小康水平，家用电器使用得越来越广泛，多用表也逐渐进入到一般的居民家庭中。多用表的用途之广，它在各行各业中使用之普遍，是其他任何电学仪器仪表所不能比拟的。学会使用多用表是掌握电学基本操作技能的一个门槛，也是测评一个人是否具有电学操作技能的一个标志，同时也是中学物理高考考查的一个重要内容。所以学习多用表的正确使用，无论是对科研工作还是对日常生活、高考都具有重要的意义。下面让我们来研究和介绍一种常用的模拟式多用电表。

【关键词】模拟式多用电表；符号意义；构造；原理；使用方法；误差

1 模拟式多用表概述

多用表有许多型号，不管哪种，表盘上都印有一些符号和数字，弄清这些符号和数字的含义，才能正确使用。一般常见的符号有以下几种：1）表示该表应水平放置使用。2）表示该表应垂直放置使用。3）表示整流系仪表，测量交流电压时使用内部整流器。4）表示交直流两用。5）表示多用表与表壳之间能经受50Hz、3千伏交流电压历时一分钟的绝缘强度试验。6）表示三级防外磁场能力。7）表示以标度尺长度的百分数表示准确度等级。8）表示以指示值的百分数表示的准确度等级。9）20 kΩ/V或20000 Ω/V表示直流电压灵敏度。表示测量直流电压时，电表的输入电阻为伏20千欧。10）4 kΩ/V或4000 Ω/V表示交流电压灵敏度。测量交流电压时，电表输入阻抗为伏4千欧。11）0dB=1mW600Ω表示分贝（dB）标度尺是以600欧负荷阻抗上得到1mW功率为零分贝作为参考电平的。12）45～1000Hz表示该表在交流正弦频率为45～1000Hz范围内使用，超出此范围时误差将增大。13）A-V-Ω是指安培、伏特、欧姆。就是说这只表是安培表、伏特表、欧姆表的复用表。14）MF：F指复用式，M指仪表。MF放在一起是指万用表，MF―15中的15表示型号。

除弄清以上各符号及数字的意义外，还应懂得多用表的几个基本术语，这对测量准确度很重要。多用表的准确度也叫做精度或误差，表示测量结果的准确程度。也即多用表指示值（测得的数值）与被测标准值之间的基本误差值。多用表的准确度等级是用基本误差百分数的数值表示的。换句话，基本误差百分数值就是仪表的等级。数值越小，等级越高。例如，1等级精度多用表的基本误差是±1.0%；2.5级精度多用表的基本误差是±2.5%。

磁电式多用表表头的基本参数包括表头内阻、灵敏度和线性。表头内阻是指表头线圈的直流电阻及上下两盘游丝直流电阻之和。表头灵敏度是指指针转到满标度（满量程）时的电流值。此电流数值越小，说明表头灵敏度越高。表头的线性是指表针偏转幅度与通过表头电流值之间的正比例关系。以上是表头参数。而多用表的灵敏度一般是指整个多用表的电压灵敏度。一般以伏多少欧姆表示。如500型多用表直流电压灵敏度为20kΩ/V，这个数值是怎么来的呢？假设有一只灵敏度为I、内阻为R的表头。由欧姆定律U=IR可知，它本身就是一只量程为U的电压表。我们给它串联一只电阻以扩大它的量程到U1，此时U1=I（R+R串）。例如，一只100μA的表头，其内阻为1.52 kΩ，可用它测量的电压量程为U=IR=100×10-6×1.52×103=0.152V，如果给它串联一只8.48 kΩ的电阻，量程就扩大到U1=I（R+R串）=100×10-6×（1.52+8.48）×103=1V。此时该电压表的内阻为10kΩ，其物理意义为：这只电压表测量1V直流电压需要10kΩ内阻，即10kΩ/V，这个数值称为100μA表头的直流电压灵敏度。实际上因为I=U/R，所以它就是表头灵敏度的倒数。即= =10000Ω/V=10kΩ/V。有了电压灵敏度的概念，就可以方便地将电压表各档内阻计算出来。例如用50μA表头装成直流电压表，其10伏档内阻R10V=10V×直流电压灵敏度=10V×20kΩ/V=200kΩ，而直流100伏档内阻R100V=100V×直流电压灵敏度=100V×20 kΩ/V=2000kΩ.直流电压灵敏度越高的多用表，测量直流电压时从电路中分去的电流就越少，对被测电路影响越小，也即测量结果越准确。

交流电压灵敏度与直流电压灵敏度的概念相似。由于测量交流电压时需要由表内整流器整流，故多一个整流效率因素。一般计算交流电压灵敏度，只要将直流电压灵敏度乘以一个常数K（整流电路的工作总效率）即可。计算交流电压各档内阻时，也只需将该档的电压乘以交流电压灵敏度即可。可见高档内阻也是比低档内阻高的。

2 多用表的基本构成与基本原理

多用电表由表头、选择开关和测量线路三部分构成，表头是一块高灵敏度磁电式电流表，如图1（a）所示，其满偏电流约为几十到几百微安，选择开关和测量线路相配合【如图1（b）（c）（d）（e）】，可测量交流和直流电流、交流和直流电压及直流电阻等等。若接入更复杂的测量电路【如图1（f）】，还可测量音频电平、三极管的放大倍数等等。每进行一种测量时只使用其中的一部分电路，其他部分不起作用。

多用表的上半部分是表盘，下半部分是选择开关，周围有标有测量功能的区域及量程（如图2）。将多用表的选择开关旋转到电流档或电压档，多用表内的电流表或电压表电路就被接通，将选择开关旋转到电阻档，多用表内的欧姆表电路就被接通。另外还可以测量二极管的单向导电性及三极管的放大倍数等等。

测电阻是依据闭合电路的欧姆定律原理设计的。而测电压和电流是依据串、并联电路的特点及部分电路的欧姆定律原理设计的。欧姆表内部电路如图3所示，其中R为调零电阻，红黑表笔短接进行欧姆表调零时，表头指针偏，此时闭合回路的总电阻即为欧姆表的内阻。根据全电路的欧姆定律有I= R=R+R+r=；当红黑表笔间接有未知电阻Rx时，有I=，故每一个未知电阻都对应一个电流值I，我们在刻度盘上直接标出与I对应的Rx值，

所测电阻值就可以从表盘刻度直接读出；

当待测电阻Rx0=Rg+R+r时，I===Ig，指针指向刻度盘中央，此时的待测电阻称为中值电阻（即R中=Rx0=Rg+R+r），所以

R内=Rg+R+r=Rx0=R中，即欧姆表内阻等于中值电阻 ，这是一个普遍规律。

3 多用表的正确使用方法

如图2，多用表表头下部有一个定位螺丝，这是机械调零螺丝。按照表头上“”或“”符号，垂直或水平放好多用表。此时看表针是否指在电压弧形标度尺的零点。如果没有，应该用小螺丝刀轻轻转动表盘中间部分的调零螺丝，使表针指零。多用表的下方有红黑两表笔，红表笔为正表笔，黑表笔为负表笔，测直流电压时将红表笔接触高电位点，黑表笔接触低电位点。如果接反，表针会向反方向冲击，时间久了指针会打弯，或损坏多用表表头内的线圈。

测量电阻时，测量之前先将两表笔的金属指针接触在一起，此时指针应指在电阻标度尺的零点。如果不指零点，可调节表头下面的“Ω”旋钮使表针指零。如果仍指不到零，说明多用表内的电池电动势已不足，需要换新电池。图4测量电阻的方法是错误的。两手同时接触电阻会使人体电阻与被测电阻并联，造成测量值不准。测量电路的电阻时，应该用电烙铁烫开电阻的一端，使这端悬空，再测量电阻的数值。另外，每变换一次电阻档位都应使表笔短接一次，调整欧姆表校零旋钮，使指针指向零欧姆，进行调零。为了提高测量的准确度，选择量程时应尽量使表针指在标度尺中间位置及其附近（可参考指针偏转在 R中～5R中的范围）。测量电路中的电阻之前必需将电源断掉，将大电容器放电，以免损坏多用表。

测量电压的方法是将多用表通过表笔并联到电路中去。测量直流电压时，应将红表笔接触高电位点，黑表笔接触低电位点。如果接反，表针会向反方向冲击，时间久了指针会打弯，损伤多用表。如果事先不知道电路中某两点电压的高低，则应先用一只表笔接触其中的一点，再用另一只表笔短暂试触第二点，然后快速离开，看表针转动的方向。如果表针反向运动，则需将表笔对换一下，再正式进行测量。测量电压时选择量程很重要，量程选小了，指针强烈冲击，损伤多用表。量程选择太大，固然安全，但多用表的内阻增高，指针偏转很小，不便于读数，也会增大测量误差。如果不知被测两点电压的数值范围，应选用最大量程档先试测一下，若指针偏转角度太小，则应换接较小量程。

测量交流电压时，一般应注意以下几点：（1）被测电压应该是正弦波，这是多用表的要求。所测电压波形与正弦波相差越大，测量误差也越大。（2）被测电压的频率应符合多用表的要求。一般在45～1000Hz范围内测量时准确度可以保证，超出此范围，测量误差增大。（3）多用表测得的交流电压数值是有效值。（4）被测电压中含有交直流成分时，若只测交流成分，就应在表笔探针上加一个耐压400V以上的0.1μF左右的电容（如图5）。

测量电流是将多用表通过表笔串入被测电路。在事先不知被测电流大小时，也应选择最大量程，测出大概范围之后，再用适当的量程正式测量。

多用表的分贝标度尺是用来测量音频电平的。一般多用表的分贝刻度大部分是以在600Ω电阻上得到0.775V，即获得1毫瓦功率时定为零电平（或称零分贝）。表1是交流10档对应的分贝数值。如果用其他档测量电路中某点的电平，还应加上该档的一个附加值。例如用50档测得音频电平10dB（分贝尺），再加上14dB，实际值为24dB。如果用250档测得某点电平为12dB，再加上28dB，实际值应为40dB。

表1

最后谈一下多用表的使用注意事项：

第一，每次测量之前必须核对转换开关是否符合欲测的内容，切勿用电流、电阻档测量电压，以免烧坏多用表。

第二，测量完毕时，要把表笔从测试孔中拔出，选择开关应置于交流电压最高档或OFF档。若长期不用电表，还应把电池取出。

第三，测量高电压或大电流时，不能带电旋转转换开关，以防止触点产生电弧，损伤触点，加大接触电阻。

【参考文献】

[1]赵青生.大学物理实验[M].安徽大学出版社，2004，9.

[2]武建谋，宋见林.全品高考复习方案・物理[M].西苑出版社，2007，6.

[3]隋经义，宁云鹤.日常家用电器设备使用与维修[M].广东科技出版社，1991，3，第3次印刷.

[4]袖珍万用电表使用说明书[Z].上海第四电表厂，中国机械进出口公司上海市分公司经营出口.