万用表的工作原理-实验报告

万用表的工作原理

一、实验目的

一. 1 理解万用表的工作原理；

2 熟悉并掌握万用表的主要功能和使用操作方法。

二、实验内容

1 用万用表检测元器件——电阻测量、电容测量、二极管检测、三极管检测；

2用万用表测量电压和电流——直流电压及电流的测量、交流电压及电流的测量。

三、实验仪器及器材

1表头 1台

2电源电动势 1块

3 电阻若干

4 实验箱 1台

5 滑动变阻器

四、实验要求

1 要求学生自己查阅有关万用表的功能和相关工作原理，了解万用表技术指标；

2 要求学生能适当了解一些科研过程，培养发现问题、分析问题和解决问题的能力；

3 要求学生独立操作每一步骤；

4 熟练掌握万用表的使用方法。

1个

五．实验思路

1．表头

它是一只高灵敏度的磁电式直流电流表，万用表的主要性能指标基本上取决于表头的性能。表头的灵敏度是指表头指针满刻度偏转时流过表头的直流电流值，这个值越小，表头的灵敏度愈高。测电压时的内阻越大，其性能就越好。表头上有四条刻度线，它们的功能如下：第一条（从上到下）标有R或Ω，指示的是电阻值，转换开关在欧姆挡时，即读此条刻度线。第二条标有∽和VA，指示的是交、直流电压和直流电流值，当转换开关在交、直流电压或直流电流挡，量程在除交流10V以外的其它位置时，即读此条刻度线。第三条标有10V，指示的是10V的交流电压值，当转换开关在交、直流电压挡，量程在交流10V时，即读此条刻度线。第四条标有dB，指示的是音频电平。

2．万用表的基本工作原理

万用表对被测电量进行测量的过程，是由测量电路实现的。如果要设计一个型号的万用表，则首先要明白其最基本的工作原理，然后再按照所设计的万用表功能而进行电路的具体设计，这里先介绍一下万用表的基本工作原理见

由表头、电阻测量档、电流测量档、直流电压测量档和交流电压测量档几个部分组成，图中“－”为黑表棒插孔，“＋”为红表棒插孔。

当我们把档位开关旋钮SA打到交流电压档时，通过二极管VD整流，电阻R3限流，由表头显示出来；

当打到直流电压档时不须二极管整流，仅须电阻R2限流，表头即可显示；

打到直流电流档时既不须二极管整流，也不须电阻R2限流，表头即可显示；

测电阻时将转换开关SA拨到Ω档，这时外部没有电流通入，因此必须使用内部电池作为电源，设外接的被测电阻为Rx，表内的总电阻为R，形成的电流为I，由 Rx、电池E、可调电位器RP、固定电阻R1和表头部分组成闭合电路，形成的电流I使表头的指针偏转。红表棒与电池的负极相连，通过电池的正极与电位器 RP及固定电阻R1相连，经过表头接到黑表棒与被测电阻。

Rx形成回路产生电流使表头显示。回路中的电流为：

式（2.1）

从上式可知：

I和被测电阻Rx不成线性关系，所以表盘上电阻标度尺的刻度是不均匀的。当电阻越小时，回路中的电流越大，指针的摆动越大，因此电阻档的标度尺刻度是反向分度。

当万用表红黑两表棒直接连接时，相当于外接电阻最小Rx=0，那么：

式（2.2）

此时通过表头的电流最大，表头摆动最大，因此指针指向满刻度处，向右偏转最大，显示阻值为0Ω.请看电阻档的零位是在左边还是在右边，其余档的零位与它一致吗？反之，当万用表红黑两表棒开路时Rx→∞，R可以忽略不计，那么：

式（2.3）

此时通过表头的电流最小，因此指针指向0刻度处，显示阻值为∞。

六.万用表原理

1、电流表的扩程

要将磁电式电表改装成量程为

I 的电流表，只需在电表表头两端

并联一个分流电阻，如图1-1分流电

阻阻值按以下公式计算

并联不同的分流电阻可构

成不同量程的电流表。如图所示电流表有四个不同量程

2、电压表的改装

如果要将表头改装成

量程为U的电压表，则表

头需串联一分压电阻，分

压电阻阻值按如下公式计算：

串联不同的分压电阻，得到

不同量程的电压表

公式

.3电阻的测量

万用表的电阻测量电路，实质上是一个多量程的电阻表。电阻表的基本原理见图。

图2.5 电阻测量电路

其关系式：式（2.15）

式（2.16）

式（2.17）

式（2.18）

… 式（2.19）

式中，Im是将表头扩展成简单最小整数的电流值。Rz1表示电阻×1的中心电阻值， Rz10表示电阻×10档的中心电阻值，其余类推。RP为电位器代号。E’是欧姆表内附电源的计算值。

当表内电池电压E，表内电阻RC和调零电位器电阻RP一定时，表头电流I与被测电阻RX之间存在一定的对应关系，即不同的被测电阻RX就会有不同的表头电流I。如果表头的刻度线直接按电阻值刻度，就可以直接读出电阻值的大小，所以测电阻值实际上仍是测电流值。

七．万用表直流电流和电压测量电路工作原理

指针式万用表的主要元件是一只磁电系电流表，通常称为表头。但一只表头只能测量小于它的灵敏度的电流。为了扩大被测电流的量程，就需要给它并上分流电阻，使流过表头的电流为被测电流的一部分从而扩大量程。为了在测量大小不同电流时得到一定的精确度，电流表都是设计成多档量程的。

应用最多的是闭路抽头式分流电路，其电路如图1所示。图中R₁～R₅统称为总分流电阻R_S，实际产品中，为了便于调整和成批生产，总分流电阻R_S大多采用较大的整数千欧的阻值，表头上再串联一只可变线绕电阻R₀，当表头参数有变化时仍可以得到补偿并方便调整。

八、直流电压测量电路工作原理

根据欧姆定律U=IR，则一只灵敏度为I、内阻为R的电流表，本身就是一只量程为U的电压表，如一只100μA的电流表，它的内阻为1.5KΩ，能用来测量的电压量程为0.15V, 显然是不实用的，但是我们可以给它串接一只电阻，来扩大它的量程范围。如串接一只8.5 KΩ的电阻，量程就可扩展为1V，这时该电压表的内阻为10KΩ。这就引出直流电压灵敏度这一概念了；针对该例，这只电压表测量每伏直流电压时需要10KΩ内阻，即：10KΩ／V。有了电压灵敏度就个概念，就可以很方便的将电压表各档的内阻计算出来。同时，直流电压灵敏度越高，测量直流电压时分去的电流越小，测量结果越准确。

直流电压测量电路如图2所示。图中R_S为直流电流档的分流电阻，R₆～R₁₀为各电压测量档的降压电阻