十 万用电表测量多种电学量

万用电表以测量直流电流、电压、正弦交流电流、交流电压、电阻为主，并可用于判断晶体二极管的正、负极性。有的还可以测量电平、电容、电感和晶体三极管的主要直流参数。

（一）万用表的结构 1．测量机构：通常采用磁电式表头。其表盘上有各种量程刻度，并标有相应的电

量符号。图为U-101 型万用表的面板图。

1. 测量电路：由直流电源、整流器、电阻等组成多量程的电阻、电流、电压测量电路。

2. 转换装置：由转换开关（选择测量量的种类和量程用）和标有各种符号的旋钮、插孔组成。

图略■

（二）多种电学量的测量原理

1. 电路转换原理

图(a)所示电路为多种测量电路的组合。当转换开关 K2 拨到不同的位置时，便接通了相应的测量电路。

1. 直流电流的测量电路

在电路转换原理图中，转换开关 K2 拨到“mA”位置时，就构成单量程分流电路。图(b)就是经常采用的闭路式多量程分流电路，其原理与安培计相同，只是将多个接线柱变换量程改为用转换开关换量程。

1. 直流电压的测量电路

在电路转换原理图中，将转换开关 K2 拨到“V”位置时，就构成单量程直流分压电路。图(c)是一种经常采用的多量程直流分压电路，其原理与直流伏特计相同，只是将多个接线柱变换量程改为用转换开关变换量程。

4、交流电流和交流电压测量电路

在电路转换原理图中，将转换开关K2 拨到“ ”或“ ”位置时，就构成了单量程的交流分流或交流分压电路。所以其实质是在磁电式表头上加上整流电路组成，称为磁电整流式表头，简称整流式表头。

在整流式表头上再加上直流安培计一样的分流电路，就成了多量程交流电流测量电路。见图(a)、(b)。(a)是多量限半波整流交流电流测量电路，(b)是多量限全波整流交流电流测量电路。

在整流式表头上加一个与直流伏特表一样的分压电路，就构成了多量程交流电压测量电路。见图(a)、(b)。(c)是多量限半波整流交流电压测量电路，(d)是多量限全波整流交流电压测量电路。

5、电阻的测量电路

U

电路原理如图。通过表头的电流I = r + R ，

U 为电源的输出电压；

r 为表头内阻（r=r0 和r1 之和）； Rx 为被测电阻。

测量电阻实际上通过测量电流实现的。

其表盘刻度原理如下：

两表笔短路，R

= 0，I = U ，此时电流值最大，可调整r 使指针满度；

x r 1

这时，I = U = I

r 0

定为 0Ω。

(表头的满度电流)。指针所指的满度位置对应R x

= 0，

1. 两表笔开路，Rx=∞，I=0，指针不动。

U U 1

当被测电阻R _x等于表的总内阻时，I =

Rx + r

= 2r = 2 I ₀ 。通过表 头的

电流I 只有满刻度电流I0 的一半，指针指标尺正中。这时被测电阻的值称为欧姆表的中心值r2，r2=r。

中心值是欧姆表设计和刻度的标准。(4)分档刻度

由于I = R

U

• r ，即I与R _x是非线性关系。一般地说，只有R_x 在0.1r - 10r

之间，读数才准确。Rx<<r 时，I 变化太小，Rx>>r 时，I 值太小表头受本身灵敏度限制， 不易分辨。所以欧姆表的标尺规定长度的 10%-90%之间为有效工作刻度。这样一来，一个档次的量程就不能覆盖 0-∞欧姆的所有值，必须用不同的量程来测量不同的电阻值。

为了使不同量程的各档共用同一标尺，所以一般都以R×1 档的中心值为标准，成10 倍地扩大，构成其他各档量程。

如果R×1 档中心值是 10Ω。即此时表头内阻为 r=10Ω。当 r=100Ω时，表的中心值为 100Ω，Rx=100Ω时指针指向标尺正中刻度“10”的位置，读数就应乘以 10，这就

是R×10 档。

扩大欧姆表的量程就是扩大总内阻r的值。其常用电路如图。由I = R

U

_x + r

可见，要使工作电流在各档量程与中心值电阻对应均保证为 1 I

2 0

，有两 种办

法可以实现，一是改变电源电压（路端电压）U，即在不同的量程档使用不同电动势的电源，许多万用表就配有两个电源；二是改变欧姆表的内电阻r。

(5)调零电路

如果干电池的电动势发生变化，其输出电压也会随之变化，那么将两表笔短路时， 指针就不会指“0”欧姆，这一现象称为电阻档的零点偏移。最简单的克服方法是调节限流电阻r1 的阻值，使表头指针仍回到“0”欧姆处。但是，这个方法却使中心电阻值

发生较大的变化，不可避免地要产生测量误差。

为了不产生较大的附加误差，可选用恰当的电路来补偿零点偏移，在如图所示的电路中，在表头回路中增加了一个调零电位器 RJ，电位器上的滑动触头把 RJ 分成两部

分，一部分与表头串联，其余部分与表头并联。

当电池的电动势高于标称值时，流过表头的电流偏大，可将滑动触头下移，以增大与表头串联的阻值，同时减小与表头并联的阻值，使分流增加，从而减小流经表头的

电流。当电动势低于标称值时，可将滑动触头上移，增大流经表头的电流。总之，在电动势变化时，调节电位器 RJ，可使万用表短路时表头的电流保持满刻度，即 RJ 对零点偏移起到了补偿作用。在调节 RJ 时，整个表头回路的等效电阻 R′可发生变化，因而中心值R 中=r1+R′也要发生变化，如果尽可能地将限流电阻r1 取得大一些，表头回路等效

电阻R′的变化对中心值电阻的影响就可以很小。6．功率测量原理

主要测量音频*功率。测量功率时，将万用表交流电压档并联在待测电路两端，测量其交流电压，再用下式换算

U 2

P = Z ，

式中，P 为功率；Z 为阻抗；U 为端电压。7．电平的测量原理

信号在电线传输过程中的衰减或增益，常用电平计量。电平就是输出功率(P2)与输

入功率(P1)比值的常用对数值。若用分贝(db)为单位，则

功率电平 = 10lg P2 ，

P1

这是“相对电平制”。在万用表中应用的是“绝对电平制”，常取负载 Rz=600Ω， 功耗P=1mW 为 0 分贝。此时电压

U = = = 0.775V 。

把交流 0.775V 刻度标为 0db；大于 0.775V 刻度为正分贝，表示增益；小于 0.775V 刻度为负分贝，表示衰减。

可见，用万用表测电平，实际上是测交流电压，并把相应的电压刻度换算成分贝

值。

*目前大多数万用表测量的音频频率，最高为 1KHz。在负载阻抗不变时，换算公式如下：

P U² U

10 lg ² = 10lg ² = 20lg ² (db)──电压电平，式中U = 0.775V 。

2 1

1 1 1

交流电压档量程扩大时，每档间有一个固定的倍率K = Vn ( V ──扩 大

n

0

后的量限，V0──基准量限)。读数时把基准读数乘以 K。电平因为是取对数，扩大量程后读数应在基准读数上加一个固定的分贝值。计算公式为：

Xab

= 20lg Vn (X

V0

_ab──附加分贝值)。

如万用表电平测量的基准档 V0=10V，那么表上的电平刻度是以 10V 档为基准的。如果使用 100V 档测，读数时附加值为

Xab

= 20lg Vn

V0

= 20 lg 100V = 20db 。

10V

假设测量时指针指“5db”，那么实际值=5db+Xab=5db+20db=25db。8．电感、电容的测量原理

利用电感、电容在交流电路里的分压作用，可测量电感值和电容值。在纯电感、纯电容电路中，交流电流的欧姆定律有如下形式

U U

I = 或I =

L C

式中，Z

_L = 2πfL，ZC

1

= 2πfC 。

可见，当电压U、频率f 为常数（不变）时，电流I 与电感L 成反比，与电容C 成正比。即

U

L = 2πfI

，C =

I

2πfU 。

常用的万用表的电感、电容刻度是以 U=220V，f=50Hz 的市电为基准换算的。可见， 万用表测电感、电容，常常是测交流电流。而测量交流电流的方法又使用测量已知阻值上的交流电压值换算出来的。

9．晶体管直流参数测量原理

1. 直流放大倍数β(hfe) 的测量电路，是一种固定偏置电路，见图。实

际通过表头的直流电流为I

，因为I << I ，所以I = I

，b = Ic = Ie 。

e b c c e

I b I b

由于在饱和导通*时，Ib 值主要取决于Rb，而 Rb 是固定的，所以 Ib 也近似固定不变。这样，β值可近似正比于Ie。把电流表所示 Ie 值换算成β值，并刻在表盘上，就可测量β 值了。

1. 集电极—发射极反向截止电流(Iceo)的测量电路如图，是一种将集成电极 c 和

发射极e 直接串联入微安表的测量电路，通过微安表可直接读出Iceo 值。

1. 集电极—基极反向截止电流(Iebo)的测量电路如图，原理与 Iceo 测量电路相

同。

（三）多种电学量的测量方法

调零后，将红表笔接“+”插孔，黑表笔接“－”插孔。1．交、直流电流的测量

转动选择开关至“mA”（或“ ”）位置，选择适当的量程，将表笔串联在被测电路中，测量直流电流时，红表笔为电流输入端，黑表笔为电流流出端。通过标有“mA”

（或“ ”）的标尺读数，再乘以不同量程的倍率取值。以 MF-30 型为例，其直流电压降为 0.75V，准确度为 2.5 级。

*晶体管饱和导通指的是，集电极与发射极间的电压很低，约为 0.150-0.70 伏。2．交、直流电压的测量

转动选择开关位置至“V”(或“ ”)位置，选择适当量程，两表笔并联于被测端，

测直流电压时，红表笔接电压高端，黑表笔接电压低端。通过标有“V”(或“ ”)的标尺读数，再乘以不同量程的倍率取值。以 MF-30 型为例，直流电压灵敏度为 20kΩ/V， 准确度为 2.5 级，交流电压灵敏度为 5kΩ/V，准确度为 4.0 级。

1. 电阻的测量

1. 将万用表规定的干电池按“+”、“－”标记装入电池盒，不可反接，以防表头指反转。

2. 调零。两表笔短路，用零欧姆调节器使指针指在“Ω ”标尺的“0”刻度上，每换一次量程都要重调一次。

3. 倍率选择，用两表笔接触电阻的两端就可以测量电阻值，通过标有“Ω”的标尺读数，将基准读数乘以所选用的量程倍率即为实测值。

测量电阻时应尽量在刻度盘中间部分进行，这就要求适当选取倍率，这样可减少测量误差。

注意在测电路中的电阻时，切不可在电阻未从电路上取下时测量，那样测得的是表笔两端的等效电阻，若电路在工作，等效电阻两端存有电压有可能损坏万用表欧姆计。

1. 音频功率测量

将转换开关拨至“ ”位置，在一个表笔上串联一个 0.5-1μf 的电容器（作为隔直流用），然后和测量交流电压一样测量，再换算成功率。

例 测量音圈总阻为 4 欧的扬声器功率按图接线，若测得交流电压为 2V ，

则扬声器功率为P = U

Z

= 22

4

= 1(W) 。

1. 音频(20Hz-20KHz)电平测量(1)负载电阻的确定

在万用表盘的左下角注有 0 分贝标准，如U-101 型表其左下角注有 0db=1mW600Ω， 则负载电阻R=600Ω。

1. 测量电路的联接

将转换开关拨至“ ”位置，取 R=600Ω电阻一个和 0.1μF 电容器一个（作隔直流用）接成如图线路。

1. 读数

在万用表表盘的右下角注有各档量程的附加分贝值Xab（又称起步分贝），以 U-106 型为例，左表说明，测量时，因基准量限 V0=10V，若用50V 量程，则 Xab=14db。用 100V 量程，Xab=20db，用 200V 量程，Xab=28db*。

①直接用基准量程测量时可直接读数。

②选用其他量程测量时则应在“db”标尺读数的基础上加上附加分贝值，取为实测分贝值。

如U-106 型，用 50 伏交流电压档测出的示数为 30 伏，30V 刻度对应的“db”标尺读数为 17.8db，而 50V 档的附加分贝值为+14.0db。

*根据万用表测量交流电压的准确度，14，20，28db 最好写成：14.0，20.0，28.0db。所以 实测电平值=分贝刻度读数+附加分贝数

=17.8db+14.0db

=31.8db。

③万用表无分贝刻度时，可用计算法求出。因为分贝与电压之间关系是对数关系。有公式

DB = 10lg

DB = 20lg

P2 (输出功率) ，

P1 (零分贝功率)

U 2 (输出电压) 。

U1 (零分贝电压)

以上两式都是在输出端阻抗等于输入端阻抗条件下应用的，而且换算时要先定出

零分贝时的阻抗和功率数。

以上例用U—106 型万用表 50 伏档测量时指针指 30 伏为例，可用第二个公式计算。首先求出零分贝时的电压值。因为 0db 时的功率为 1mW，阻抗为 600Ω，所以

U = P1 ⋅ R = 0.001× 600V = 0.77V 。

所以DB = 20lg U2

U1

= 20lg

30

0.77

db = 31.8db，计算结果与直接读出的数值

相同。

附加分贝值可查表。（164 页表）

（四）万用表使用的注意事项 1．万用表各交流档都是按正弦交流电设计的，因此不能用来测非正弦电量。

1. 被测电路中如有大电容器，应当充分放电后再进行测量。

2. 万用表存放时，转换开关不能停在“Ω”档位置，以防电池漏电。若长期不用应将电池取出。

附 万用表欧姆档误差分析：

欧姆档原理如图，其中 R 中为中值电阻，包含了电表内所有电阻。流经表头的电流

E

I x =

中

• Rx

Rx = −R中 + E / I x 。

在上式中R 中和E 都是定值，由 Ix 的误差∆Ix（包括 Ix 的系统误差和偶然误差）引起了Rx 的误差∆Rx。

下面讨论∆I 对∆R 的影响。

对上式求导：

dRx

dI

= − E ，

I 2

x x

• E

两边除以Rx：

dR_x = ₂ ⋅ dI _x ，

x

dRx

R

= − E ⋅

I 2

(−R

dI x

+ E / I ) ，

x x 中 x

写成 E

= ∆R x

= − E ⋅ ∆Ix

= − E ⋅ ∆Ix 。

Rx

x

E

I ² (−R + E / I )

x

• I² R + I E

x

将Ix =

中

• R x

代入上式，可得

 R ²

 ∆I

E =  中 + R

+ 2R

 x 。

Rx  x

 x

中  E

为了求当Rx 等于多少时Erx 有极小值，将Erx 对Rx 求导，并令

dE  R2  ∆I

Rz = − 中

+ 1 ⋅ ^x = 0 。

解得Rx=R 中。

dRx  

当Rx = R中

时，E

有极小值 4∆Ix ⋅ R

rx E 中

。 用图线来表示如图所示。

可见测量 Rx 时，选择合适的量程，尽量使指针处于刻度中央或附近，可以减小误

差。