万用电表简称万用表或三用表,在国家标准中称为复用表。万用电表是一种可以测量多种项目的便携式仪表,在电工技术中主要用来测量电压、电流与电阻,是必备的测量仪表之一。万用电表有指针式与数字式两种,这一节介绍指针式万用电表,下一节介绍数字式万用电表。
1. 机械结构和各部分的作用
目前市售指针式万用电表的型号较多,有袖珍式的,也有便携式的。但其结构基本一致,均由外壳、表头、转换开关、调零电位器、表笔及其插孔(或接线柱)组成;其内部则是由电阻、电容、二极管、三极管或集成电路等元器件组成的测量电路。指针式万用电表的型号有十几种之多,常用500型和MF10型万用电表外形如图7-9所示。下面以目前电工、电子技术中应用最广泛的500型万用电表为例,介绍一下它的外部结构及各部分的作用。
(a)500型
(b)MF10型
图7-9 500型和MF10型万用电表的外形
由图7-9可见,它由表头、表盘、两个转换开关、调零电位器、4个表笔插孔及机械调零钮组成。
(1)表头。是万用电表的重要组成部分,万用电表的性能好坏在很大程度上决定于表头的好坏。表头一般由指针、表盘、磁路系统及偏转系统组成。为了提高测量灵敏度和便于扩大电流量程,万用电表使用的表头一般都是内阻较大、灵敏度较高的磁电式微安直流电流表。500型万用电表使用的是内阻2 800Ω、满偏电流为40 μA的直流表头。
由于直流表头只允许电流从“+”极流入,从“-”极流出,万用电表的表笔插孔或接线柱上标有“+”和“*”的记号。在测量直流电压或电流时,若将极性接反,一方面读不出具体数值,另一方面有可能将指针打弯。使用时要注意这一点。
(2)表盘。由于万用电表的测量项目较多,为了便于指针读数,表盘上印有多条刻度线,并附有各种符号、字母加以说明。正确理解表盘上各种符号、字母的意义及各条刻度线的读法,是正确使用万用电表的关键之一。
万用电表及其他电工仪表上常用测量单位的符号意义见表7-2。500型万用电表的表盘刻度线如图7-10所示。由图不难看出,刻度线有以下几个特点:直流电压和电流的刻度线是等分度刻划的,其一端用“—”(或“DC”)标出;交流电压和电流(500型万用电表无此测量挡)的刻度线是不均匀的(起始部分最为明显),其一端用“～”(或“AC”)标出。直流电压和电流、交流电压和电流的读数是共用的,且同时标上几排读数,以避免不同量程读数时进行的换算。一般万用电表上还刻划一条10 V交流电压刻度线,它是为了提高低电压的读数精度而专门刻划的;电阻刻度线是不均匀的,而且零点(标数字0)在右端,其左端则标为“∞”,表示被测器件的电阻值为无限大,电阻刻度线的符号是“Ω”;最下面一条刻度线为音频电平刻度线(俗称dB刻度线),其符号为“dB”,亦为不均匀刻度,其零点位于刻度线接近左端的地方,最左端为-10dB,最右端为+22dB,电工测量及电动机维修中很少用到它。
图7-10 表盘刻度线
表7-2 万用电表上常用测量单位符号
| 符号 | 名称 | 符号 | 名称 | 符号 | 名称 | 符号 | 名称 |
| kA | 千安 | kW | 千瓦 | TΩ | 太[拉]欧 | C | 库仑 |
| A | 安培 | W | 瓦特 | MΩ | 兆欧 | mWb | 毫韦伯 |
| mA | 毫安 | MVar | 兆乏 | kΩ | 千欧 | mT | 毫韦伯/米2 |
| μA | 微安 | kVar | 千乏 | Ω | 欧姆 | μF | 微法 |
| kV | 千伏 | Var | 乏[尔] | mΩ | 毫欧 | pF | 皮法 |
| V | 伏特 | MHz | 兆赫 | μΩ | 微欧 | H | 亨 |
| mV | 毫伏 | kHz | 千赫 | | 相位角 | mH | 毫亨 |
| μA | 微伏 | Hz | 赫兹 | cos | 功率因数 | μH | 微亨 |
| MW | 兆瓦 | sin | 无功功率因数 | ℃ | 摄氏度 |
(3)转换开关。500型万用电表使用两只转换开关,其中一只用来选择测量项目,另一只用来选择量程。例如,测量直流电压时,应首先将右边的转换开关拨在“V”挡上,左边的转换开关拨在250 V挡或其他量程的直流电压挡上,然后方可进行实际测量。利用转换开关选择量程时的读数有两种类型:一种是指表盘刻度的满度值,电压、电流挡属于这一种。 例如,量程开关拨在“250
500型万用电表除了上述利用转换开关来选择量程的方法外,还利用改变表笔插头位置的方法改变测量量程。例如,当测量2 500 V交、直流电压时,其中一只表笔插在“*”处不动,另一只表笔则应插在标有“2 500 V”的插孔内。
万用电表上使用两只转换开关的优点是测量量程多,缺点是使用起来不太方便,稍不注意就会出错,甚至将电表烧毁。因此,有相当一部分型号的万用电表只用一只分线式转换开关,其掷数根据量程多少,从十几到几十挡。万用电表对转换开关的要求是接触可靠、导电性能好、旋转时轻松而又有弹性并能听到清脆的响声、旋转定位准确且不左右晃动。
(4)机械调零旋钮与电位器调零旋钮。机械调零旋钮的作用是调整表头指针静止时的位置。万用电表不做任何测量时,其指针应停在表盘刻度左端“0”刻度的位置上。若不在这个位置,调整该旋钮可使其到位。调零电位器旋钮只在测量电阻时使用。当被测元件的电阻为0Ω或直接将两只表笔短接时,表头指针显示应指在0Ω处。若指针不在0Ω的位置上,可调整该旋钮使其位于0Ω处。
2. 使用注意事项
正确使用万用电表是顺利进行各种测量的前提条件。另外,万用电表属于常规仪表,使用人员多,使用次数频繁。稍有不慎,轻则损坏表内元器件,重则烧毁表头,甚至危及操作者的人身安全。下面详细介绍一下包括500型万用电表在内的所有指针式万用电表的正确使用方法和注意事项。
(1)全面了解并掌握指针式万用电表的面板结构及一般性使用、保管方法。
①使用万用电表之前,必须熟悉各转换开关、旋转、测量插孔、专用插口的作用,了解清楚每条刻度线所对应的被测量程及其读数方法。具体测量前,首先明确要测什么和怎样测,然后将转换开关拨至相应的测量项目和量程挡。假如预先无法估计被测量的大小,应先拨至最高量程挡,再逐渐降低到合适量程;操作人员应养成这样的习惯:在每一次拿到表笔准备测量时,务必再核对一下测量项目及量程开关是否拨对位置,以免用电流挡或电阻挡去误测电压,特别是误测220 V交流电源,这样很容易烧坏万用电表。
②万用电表应水平放置,否则会引起倾斜误差。当指针不在机械零点时,需用螺丝刀调整表头下方的调整螺钉,使指针回零,以消除零点误差。读数时视线应正对着指针,以免产生误差。若表盘上装有反射镜,则眼睛看到的指针应与镜子中的影子重合。
③万用电表使用时应尽量避免震动及强磁场的干扰,日常也应存放在干燥、无震动、无强磁场、环境温度适中的地方。潮湿环境易使仪表绝缘强度降低,还可能使内部元器件受潮而变质;机械震动和冲击可使表头中的磁钢退磁,导致灵敏度下降;在强磁场附近使用时测量误差会增大,将万用电表放在铁质工作台上也会产生指示误差;环境温度过高或过低,不仅使整流管的正、反向电阻发生变化,改变整流系数,还能影响表头灵敏度以及分压比和分流比,产生附加温度误差。在工业现场测量电网电压时,为减小感应电压的影响,可选用低灵敏度的万用电表,如MF14型。由于电网的内阻很低,采用低灵敏度万用电表也能获得准确的结果。
④测量完毕,应将量程开关拨至最高电压挡,防止下次开始使用时误操作而烧毁仪表。有的万用电表(如500型)设有空挡,用完后应将开关拨到“·”位置,使测量机构内部开路;也有的万用电表(如MF64型)设置了“OFF”挡,使用完毕应将功能开关拨于该挡,使表头短路,起到防震保护作用;带运算放大器的万用电表(例如MF101型),其“OFF”挡是电源关断的位置,使用完成后应关闭电源开关,以免空耗电池。
⑤使用内装运算放大器的万用电表之前,需分别进行机械调零和放大器调零。现以MF101型万用电表为例进行说明。该类万用电表的调零方式如下:首先进行机械调零,将功能开关置于“OFF(关)”位置,调节表盖上面的机械调零器,使指针与反光镜中的影子重合,并指在零位上。然后进行放大器调零,对DC和AC挡的放大器调零时,都要把功能开关置于“DC”处,并将量程开关拨于所需挡,调节放大器的“AMP ADJ”调零器,使指针处于零位。对于电阻挡的调零,应将功能开关置于“Ω”位置,先调节“AMP ADJ”调零器,再把表笔短接,调整“OHM ADJ”旋钮,使指标位于欧姆零点。
⑥更换万用电表内部的熔丝管时,必须选同一规格(熔断电流及外形尺寸相同)的熔丝管。
⑦万用电表长期不用时应将电池取出,避免电池因存放过久而变质,渗出电解液,腐蚀印制版。
⑧当电池夹的接触电阻过大时,也会使得“R×1”挡无法调零。可用尖嘴钳把簧片弯一下以增强弹性,减小接触电阻。对于电池夹上的锈蚀,应及时清理掉。
⑨万用电表应定期(每隔一年)检验。 若无专用校验仪,可用
位数字万用电表代替,电阻挡亦可用标准电阻箱校准。校验时环境温度应保持在20℃±5℃(有的万用电表要求20℃±2℃)。
(2)测量电压注意事项:
①测量电压时,应将万用电表并联在被测电路的两端,测直流电压时要注意正、负极性。如果不清楚被测电压的极性,应先拨到高电压量程挡进行试测(即用表针轻轻地触碰被测电路),防止表头严重过载而将指针打弯(在指针反向偏转时最容易打弯)。
②假如误用直流电压挡(DCV)去测交流电压,指针不动或微微抖动。如果误用交流电压挡(ACV)去测直流电压,读数可能偏高1倍,也可能为零,视万用电表接法而定。
③电压挡的基本误差均以满量程的百分数表示,因此测量时指针越接近于满刻度值,误差越小。一般情况下,所选量程应使指针偏转满刻度的一半以上。
④当被测交流电压上叠加有直流电压时,交、直流电压之和不得超过量程开关的耐压值。必要时应在输入端串接“0.1 μF/450 V”的隔直电容,亦可直接从dB插孔输入(该插孔内部已串入隔直电容)。
⑤严禁在测量较高电压(如220 V)或较大电流(如0.5 A以上)时拨动量程开关,以免产生电弧,烧坏开关的触点。
⑥当被测电压高于100 V时必须注意人身安全,应当养成单手操作的习惯。预先把一支表笔固定在被测电路的公共地端,再拿另一支表笔去碰触测试点,保持精力集中,以免只顾看表,手不小心触电。使用2 500 V插孔测高压时,应把插头插牢,避免因接触不良而造成高压打火,或因插头脱落引起意外事故。
(3)测量电流注意事项:测电流时应将万用电表串联到被测线路中,测直流电流时应注意正、负极性。若被测电路内阻和负载电阻值都很小,应尽量选择较大的电流量程,以降低电流挡的内阻对被测电路工作状态的影响。
(4)测量电阻注意事项:
①严禁在被测电路带电的情况下测量电阻,也不允许用电阻挡去测量电池、电秤及其他一切电源的内阻。因为这相当于接入一个外部电压,会使测量结果不准确,而且极易损坏万用电表,甚至危及人身安全。
②检测电源中的电解电容时,应先将其放电,以防止积存的电荷经万用电表泄放,烧毁表头。
③每次更换电阻挡时均应重新调整欧姆零点。连续使用“R×1”挡时间过长,也需重新检查零点。在测量的间歇,勿将两只表笔短路,以免空耗电池。
④若“R×1”挡不能调到欧姆零点,应考虑更换电池。如果手头无新电池而又希望继续测量电阻的话,作为应急措施,可采用差值法测量十几欧以上的电阻。所谓“差值法”,就是从测量值中减去欧姆调零时的初始值,得到被测电阻的实际值。