电气自动化工程师自学宝典(基础篇)
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第3章 电工仪表

3.1 指针式万用表的使用

指针式万用表是一种广泛使用的电子测量仪表,它由一只灵敏度很高的直流电流表(微安表)作表头,再加上档位开关和相关电路组成。指针万用表可以测量电压、电流、电阻,还可以测量电子元器件的好坏。指针万用表种类很多,使用方法大同小异,本节以MF-47型万用表为例进行介绍。

3.1.1 面板介绍

MF-47型万用表的面板如图3-1所示。从面板上可以看出,指针式万用表面板主要由刻度盘、档位开关、旋钮和插孔构成。

图3-1 MF-47型万用表的面板

1.刻度盘

刻度盘用来指示被测量值的大小,它由1根指针和6条刻度线组成。刻度盘如图3-2所示。

第1条标有“Ω”字样的为欧姆刻度线。在测量电阻阻值时查看该刻度线。这条刻度线最右端刻度表示的阻值最小,为0,最左端刻度表示阻值最大,为∞(无穷大)。在未测量时指针指在左端无穷处。

图3-2 刻度盘

第2条标有(左方)和“”(右方)字样的为交直流电压/直流电流刻度线。在测量交、直流电压和直流电流时都查看这条刻度线。该刻度线最左端刻度表示最小值,最右端刻度表示最大值,在该刻度线下方标有三组数,它们的最大值分别是250、50和10,当选择不同档位时,要将刻度线的最大刻度看作该档位最大量程数值(其他刻度也要相应变化)。如档位开关置于“50V”档测量时,指针若指在第2条刻度线最大刻度处,表示此时测量的电压值为50V(而不是10V或250V)。

第3条标有“hFE”字样的为晶体管放大倍数刻度线。在测量晶体管放大倍数时查看这条刻度线。

第4条标有“C(μF)”字样的为电容量刻度线。在测量电容容量时查看这条刻度线。

第5条标有“L(H)”字样的为电感量刻度线。在测量电感的电感量时查看该刻度线。

第6条标有“dB”字样的为音频电平刻度线。在测量音频信号电平时查看这条刻度线。

2.档位开关

档位开关的功能是选择不同的测量档位。档位开关如图3-3所示。

图3-3 档位开关

3.旋钮

万用表面板上有2个旋钮:机械调零旋钮和欧姆调零旋钮,见图3-1。

机械调零旋钮的功能是在测量前将指针调到电压/电流刻度线的“0”刻度处。欧姆调零旋钮的功能是在使用电阻档测量时,将指针调到欧姆刻度线的“0”刻度处。两个旋钮的详细调节方法在后面将会介绍。

4.插孔

万用表面板上有4个独立插孔和一个6孔组合插孔,见图3-1。

标有“+”字样的为红表笔插孔;标有“COM(或-)”字样的为黑表笔插孔;标有“5A”字样的为大电流插孔,当测量500mA~5A范围内的电流时,红表笔应插入该插孔;标有“2500V”字样的为高电压插孔,当测量1000~2500V范围内的电压时,红表笔应插入此插孔。6孔组合插孔为晶体管测量插孔,标有“N”字样的3个孔为NPN型晶体管的测量插孔,标有“P”字样的3个孔为PNP型晶体管的测量插孔。

3.1.2 使用前的准备工作

指针万用表在使用前,需要安装电池、机械调零和安插表笔。

1.安装电池

在使用万用表前,需要给万用表安装电池,若不安装电池,电阻档和晶体管放大倍数档将无法使用,但电压、电流档仍可使用。MF-47型万用表需要9V和1.5V两个电池,如图3-4所示,其中9V电池供给R×10kΩ档使用,1.5V电池供给R×10kΩ档以外的电阻档和晶体管放大倍数测量档使用。安装电池时,一定要注意电池的极性,不能装错。

图3-4 万用表的电池安装

2.机械调零

在出厂时,大多数厂家已对万用表进行了机械调零,对于某些原因造成指针未调零时,可自己进行机械调零。机械调零过程如图3-5所示。

3.安插表笔

万用表有红、黑两根表笔,在测量时,红表笔要插入标有“+”字样的插孔,黑表笔要插入标有“-”字样的插孔。

3.1.3 测量直流电压

MF-47型万用表的直流电压档具体又分为0.25V、1V、2.5V、10V、50V、250V、500V、1000V和2500V档。

下面通过测量一节干电池的电压值来说明直流电压的测量操作,测量如图3-6所示,具体过程如下所述:

图3-5 机械调零

1)选择档位。测量前先大致估计被测电压可能有的最大值,再根据档位应高于且最接近被测电压的原则选择档位,若无法估计,可先选最高档测量,再根据大致测量值重新选取合适低档位测量。一节干电池的电压一般在1.5V左右,根据档位应高于且最接近被测电压的原则,选择2.5V档最为合适。

2)红、黑表笔接被测电压。红表笔接被测电压的高电位处(即电池的正极),黑表笔接被测电压的低电位处(即电池的负极)。

图3-6 直流电压的测量(测量电池的电压)

3)读数。在刻度盘上找到旁边标有“V”字样的刻度线(即第2条刻度线),该刻度线有最大值分别是250、50、10的三组数对应,因为测量时选择的档位为2.5V,所以选择最大值为250的那一组数进行读数,但需将250看成2.5,该组其他数值作相应的变化。现观察指针指在“150”处,则被测电池的直流电压大小为1.5V。

补充说明如下:

1)如果测量1000~2500V范围内的电压时,档位开关应置于1000V档位,红表笔要插在2500V专用插孔中,黑表笔仍插在“COM”插孔中,读数时选择最大值为250的那一组数;

2)直流电压0.25V档与直流电流50μA档是共用的,在测直流电压时选择该档可以测量0~0.25V范围内的电压,读数时选择最大值为250的那一组数,在测直流电流时选择该档可以测量0~50μA范围内的电流,读数时选择最大值为50的那一组数。

3.1.4 测量交流电压

MF-47型万用表的交流电压档具体又分为10V、50V、250V、500V、1000V和2500V档。

下面通过测量市电电压的大小来说明交流电压的测量操作,测量如图3-7所示,具体过程如下所述:

图3-7 交流电压的测量(测量市电电压)

1)选择档位。市电电压一般在220V左右,根据档位应高于且最接近被测电压的原则,选择250V档最为合适。

2)红、黑表笔接被测电压。由于交流电压无正、负极性之分,故红、黑表笔可随意分别插在市电插座的两个插孔中。

3)读数。交流电压与直流电压共用刻度线,读数方法也相同。因为测量时选择的档位为250V,所以选择最大值为250的那一组数进行读数。现观察指针指在刻度线的“240”处,则被测市电电压的大小为240V。

3.1.5 测量直流电流

MF-47型万用表的直流电流档具体又分为50μA、0.5mA、5mA、50mA、500mA和5A档。

下面以测量流过灯泡的电流大小为例来说明直流电流的测量操作,直流电流的测量操作如图3-8a所示,图3-8b所示为等效电路测量图,具体过程如下所述:

图3-8 直流电流的测量

1)选择档位。灯泡工作电流较大,这里选择直流500mA档。

2)断开电路。将万用表红、黑表笔串接在电路的断开处,红表笔接断开处的高电位端,黑表笔接断开处的另一端。

3)读数。直流电流与直流电压共用刻度线,读数方法也相同。因为测量时选择的档位为500mA档,所以选择最大值为50的那一组数进行读数。现观察指针指在刻度线27的位置,那么流过灯泡的电流为270mA。

如果流过灯泡的电流大于500mA,可将红表笔插入5A插孔,档位仍置于500mA档。

注意:测量电路的电流时,一定要断开电路,并将万用表串接在电路断开处,这样电路中的电流才能流过万用表,万用表才能指示被测电流的大小。

3.1.6 测量电阻

测量电阻的阻值时需要选择电阻档。MF-47型万用表的电阻档具体又分为×1Ω、×10Ω、×100Ω、×1kΩ和×10kΩ档。

下面通过测量一只电阻的阻值来说明电阻档的使用,测量如图3-9所示,具体过程如下所述:

1)选择档位。测量前先估计被测电阻的阻值大小,选择合适的档位。档位选择的原则是:在测量时尽可能让指针指在欧姆刻度线的中央位置,因为指针指在刻度线中央时的测量值最准确,若不能估计电阻的阻值,可先选高档位测量,如果发现阻值偏小时,再换成合适的低档位重新测量。现估计被测电阻阻值为几百欧至几千欧,选择档位×100Ω较为合适。

2)~4)欧姆调零。档位选好后要进行欧姆调零,欧姆调零过程如图3-9a、b所示,先将红、黑表笔短路,观察指针是否指到欧姆刻度线的“0”处,若指针未指在“0”处,可调节欧姆调零旋钮,直到将指针调到“0”处为止,如果无法将指针调到“0”处,一般为万用表内部电池用旧所致,需要更换新电池。

5)红、黑表笔接被测电阻。电阻没有正、负之分,红、黑表笔可随意接在被测电阻两端。

6)读数。读数时查看指针在欧姆刻度线所指的数值,然后将该数值与档位数相乘,得到的结果即为该电阻的阻值。在图3-9c中,指针指在欧姆刻度线的“15”处,选择档位为×100Ω,则被测电阻的阻值为15×100Ω=1500Ω=1.5kΩ。

3.1.7 万用表使用注意事项

万用表使用时要按正确的方法进行操作,不然,轻则会使测量值不准确,重则会烧坏万用表,甚至会触电危害人身安全。

万用表使用时要注意以下事项:

1)测量时不要选错档位,特别是不能用电流或电阻档来测电压,这样极易烧坏万用表。万用表不用时,可将档位置于交流电压最高档(如1000V档)。

2)测量直流电压或直流电流时,要将红表笔接电源或电路的高电位,黑表笔接低电位,若表笔接错会使指针反偏,这时应马上互换红、黑表笔位置。

3)若不能估计被测电压、电流或电阻的大小,应先用最高档,如果高档位测量值偏小,可根据测量值大小选择相应的低档位重新测量。

图3-9 电阻的测量

4)测量时,手不要接触表笔金属部位,以免触电或影响测量精确度。

5)测量电阻阻值和晶体管放大倍数时要进行欧姆调零,如果旋钮无法将指针调到欧姆刻度线的“0”处,一般为万用表内部电池用旧,可更换新电池。