第8章

電路及元器件的測(cè)量8.1萬(wàn)用表簡(jiǎn)介8.2模擬萬(wàn)用表的工作原理8.3電路電流的測(cè)量方法8.4電路電壓的測(cè)量方法8.5元器件的測(cè)量方法8.6結(jié)語(yǔ)8.7小知識(shí)——市電電壓為什么是220V

8.1萬(wàn)

用

表

簡(jiǎn)

介

在電路的實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)支路電流、兩點(diǎn)間電壓和元器件參數(shù)的測(cè)量及元器件好壞的判斷是必不可少的。通常，最快捷、最簡(jiǎn)單的測(cè)試方法是采用模擬式或數(shù)字式測(cè)量?jī)x表進(jìn)行測(cè)量。所謂模擬式測(cè)量?jī)x表指采用動(dòng)圈式表頭（指針表頭）作為示數(shù)裝置的儀表，而數(shù)字式測(cè)量?jī)x表指用數(shù)字顯示屏示數(shù)的儀表。最常見的測(cè)量?jī)x表是模擬式和數(shù)字式“萬(wàn)用表”。

模擬式萬(wàn)用表是一種平均值式儀表，其主要特點(diǎn)如下：

（1）顯示直觀、形象。

（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，維護(hù)方便。

（3）抗過(guò)流、過(guò)壓能力較強(qiáng)。

（4）輸出電壓較高（通常大于3V），電流也大（100mA左右），可以方便地測(cè)試可控硅、發(fā)光二極管等元器件。

（5）沒(méi)有放大器，內(nèi)阻不夠大，電壓測(cè)量精度較低。比如MF500型萬(wàn)用表的直流電壓靈敏度為20kΩ/V。

（6）功能較少。

（7）讀數(shù)具有視角誤差，準(zhǔn)確度較低。

數(shù)字式萬(wàn)用表是一種瞬時(shí)取樣式儀表，其主要特點(diǎn)如下：

（1）以數(shù)字形式顯示結(jié)果，便于觀察。

（2）內(nèi)部采用運(yùn)放電路，內(nèi)阻可以做得很大，對(duì)被測(cè)電路影響較小，測(cè)量精度較高。

（3）內(nèi)部采用了多種振蕩、放大、分頻、保護(hù)等電路，因此功能較多，比如可以測(cè)量溫度、頻率、電容、電感等，更高級(jí)的還可充當(dāng)信號(hào)發(fā)生器等。

（4）沒(méi)有視角誤差，準(zhǔn)確度高。

（5）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修不便。

（6）輸出電壓較低（通常不超過(guò)1V），不便于對(duì)一些元器件進(jìn)行測(cè)試。

綜上，模擬表和數(shù)字表的特點(diǎn)可概括如下：

模擬表的特點(diǎn)：指示形象，簡(jiǎn)單，皮實(shí)，電池使用時(shí)間長(zhǎng)。

數(shù)字表的特點(diǎn)：準(zhǔn)確，復(fù)雜，易損，需要經(jīng)常換電池。

圖8-1是模擬式和數(shù)字式萬(wàn)用表實(shí)物圖。

圖8-1模擬式和數(shù)字式萬(wàn)用表

8.2模擬萬(wàn)用表的工作原理

8.2.1動(dòng)圈式表頭磁電式（動(dòng)圈式）表頭的基本結(jié)構(gòu)如圖8-2（a）所示。磁電式表頭的電路模型是一個(gè)指針表符號(hào)或電流字符與內(nèi)阻相串聯(lián)，見圖8-2（b）

圖8-2磁電式表頭結(jié)構(gòu)及模型

一個(gè)表頭的參數(shù)主要有滿偏電流值（滿偏值）、靈敏度、內(nèi)阻和量程。

滿偏值：表頭指針轉(zhuǎn)到刻度盤最大值（最大偏轉(zhuǎn)角度）時(shí)，流過(guò)線圈的電流值。

靈敏度：滿偏值的倒數(shù)，靈敏度=1/滿偏值，單位是Ω/V或kΩ/V。

如滿偏值為50μA的電流表頭，其靈敏度為1/50×10-6

=20kΩ/V。靈敏度實(shí)際反映的是單位電流使得指針偏轉(zhuǎn)的角度，比如，一個(gè)表頭通過(guò)1mA電流，指針偏轉(zhuǎn)10°，而另一個(gè)表頭通過(guò)1mA電流，指針偏轉(zhuǎn)15°，則第二個(gè)表頭靈敏度高。顯然，靈敏度越高，說(shuō)明表頭可檢測(cè)的電流越小且在測(cè)量過(guò)程中對(duì)被測(cè)電路的影響越小，檢測(cè)結(jié)果也就越精確。

內(nèi)阻：從表頭兩個(gè)測(cè)量端子看進(jìn)去的等效電阻。

假設(shè)被測(cè)電壓不變，則內(nèi)阻越大，電流就越小，靈敏度也就越高。顯然，有

表頭端電壓=表頭滿偏值

×

內(nèi)阻

量程：儀表的測(cè)量范圍（標(biāo)稱示值區(qū)間）。

需要注意的是，滿偏值是示數(shù)最大值，而量程是示數(shù)范圍。對(duì)于裸表頭而言，滿偏值與量程在數(shù)值上相等，比如上述表頭的滿偏值和量程都是50μA或75mV。

8.2.2電流的測(cè)量原理

裸表頭因量程過(guò)小而無(wú)法直接用于實(shí)際測(cè)量，因此，需要對(duì)其進(jìn)行量程擴(kuò)展。但量程可變，滿偏值不變。從本質(zhì)上講，所有擴(kuò)展量程都是基于滿偏值不變而進(jìn)行分流或分壓的結(jié)果。

電流表量程擴(kuò)展的原理很簡(jiǎn)單，就是并聯(lián)電阻的分流原理。給表頭并聯(lián)一個(gè)電阻，適當(dāng)選擇其阻值，即可控制一部分被測(cè)電流不經(jīng)過(guò)表頭而被電阻分流，從而實(shí)現(xiàn)量程擴(kuò)展。

【例8-1】

已知一個(gè)動(dòng)圈式表頭的滿偏值為100μA、內(nèi)阻R0為2kΩ，若要將表頭量程擴(kuò)大為10mA和1A兩擋，請(qǐng)給出實(shí)現(xiàn)方案。

解

根據(jù)并聯(lián)電阻可以分流的結(jié)論，給出一種可能的電路圖如圖8-3所示。圖8-3例8-1圖

實(shí)際中，常采用圖8-4（a）所示的艾爾頓（Ayrton）分流電路。該電路的優(yōu)點(diǎn)是不管開關(guān)處在什么位置，分流電阻（支路）始終與表頭并接，不會(huì)使表頭出現(xiàn)過(guò)流現(xiàn)象。

設(shè)被測(cè)電流最大值為Ixm，表頭滿偏值為I0m，并聯(lián)電阻為Rp，抽頭電阻為Rb，則

圖8-4艾爾頓分流電路及例8-2圖

8.2.3電壓的測(cè)量原理

雖然一個(gè)電流表頭也可以直接測(cè)量電壓，但量程很小。因此，也必須進(jìn)行量程擴(kuò)展才可以測(cè)量大電壓。電壓量程的擴(kuò)展基于串聯(lián)電阻分壓原理，即給表頭串聯(lián)一個(gè)電阻（倍壓電阻），并適當(dāng)選擇其阻值，即可使被測(cè)電壓的大部分降在該電阻上，從而實(shí)現(xiàn)量程的擴(kuò)展。

【例8-3】

給定一個(gè)量程為100μA、內(nèi)阻為2kΩ的動(dòng)圈式表頭，若要把該表頭改為量程為10V和100V兩擋的直流電壓表，請(qǐng)給出實(shí)現(xiàn)方案。

解

根據(jù)串聯(lián)電阻分壓原理，可設(shè)計(jì)電壓表電路如圖8-5所示。圖8-5例8-3圖

8.2.4電阻的測(cè)量原理

模擬表測(cè)量電阻的原理基于歐姆定律。測(cè)量時(shí)，需要把電流表、被測(cè)電阻與一個(gè)電壓源串接在一起構(gòu)成一個(gè)回路。因?yàn)楸眍^內(nèi)阻已知，電壓源已知，則回路電流就與被測(cè)電阻成反比關(guān)系，所以，可根據(jù)回路電流（流過(guò)電流表的電流）大小算出被測(cè)電阻的值。用于測(cè)量電阻的儀表通常稱為“歐姆表”。

【例8-4】

給定一個(gè)滿偏值為100μA、內(nèi)阻為R0

的動(dòng)圈式表頭和一個(gè)電壓為US

的電壓源，請(qǐng)給出一個(gè)測(cè)量電阻的方法。

解

設(shè)計(jì)測(cè)量電路如圖8-6所示，圖中R0+R=RT

稱為歐姆表內(nèi)阻。圖8-6例8-4圖

把測(cè)量端a、b短路，選擇US

和RT，使得電流等于滿偏值，即有

當(dāng)接上被測(cè)電阻Rx

時(shí)，流過(guò)表頭的電流為

式（2）表明，對(duì)于不同的Rx，流過(guò)表頭的電流也不同。因此，可按照式（2）把不同的電流值變?yōu)椴煌臍W姆值，則電流表就變成了歐姆表。

設(shè)RT=R0+R=10kΩ，根據(jù)式（2）可得不同電流值所對(duì)應(yīng)的Rx

值如表8-1所示。

歐姆表量程擴(kuò)展方法與電流表和電壓表都不一樣，它是將中值電阻由大向小的方向擴(kuò)展的，即將中值電阻按10倍、100倍、1000倍和10000倍地減小，由此形成×1、×10、×100、×1k和×10k的歐姆表?yè)跷换蛄砍獭１热绫磲樦赶?Ω的位置，那么，若量程為×1擋，則被測(cè)電

阻

就

是5Ω;若

量

程

為

×100擋，則

被

測(cè)

電

阻

就

是500Ω;若

量

程

為×10k擋，則被測(cè)電阻就是50kΩ。因此，可得

被測(cè)電阻阻值=指針示數(shù)

×

倍率（量程）

綜上所述，一個(gè)電流表頭經(jīng)過(guò)擴(kuò)展可以變成電流計(jì)、電壓計(jì)和歐姆計(jì)。所謂萬(wàn)用表實(shí)際上就是將以上“三計(jì)”合為一體，通過(guò)波段開關(guān)選擇測(cè)量功能，因此，萬(wàn)用表也稱為“三用表”。

目前，無(wú)論是模擬表還是數(shù)字表，其功能大都超過(guò)了“三用”，晶體管參數(shù)、電容值、電感值及溫度的測(cè)量等功能在很多萬(wàn)用表上都可以看到，“萬(wàn)用表”也越來(lái)越“名副其實(shí)”。

8.3電路電流的測(cè)量方法

在電路中要測(cè)量某一支路的電流需要注意以下幾點(diǎn)：

（1）將萬(wàn)用表的量程旋鈕撥至合適的電流擋位。

（2）將萬(wàn)用表的兩根測(cè)量表筆串入被測(cè)支路時(shí)，一定要將紅表筆接到高電位處，黑表筆接到低電位處，如圖8-7（a）所示。否則，表針會(huì)反轉(zhuǎn)。

（3）在表盤中找到直流電流刻度線，將所選量程值平分到刻度之中，即可讀出電流值。如圖8-7（b）所示。

圖8-7測(cè)量電流的方法

設(shè)量程選為100mA擋，則第二行滿刻度讀數(shù)為100mA，每個(gè)小格為2mA，每個(gè)大格為20mA，被測(cè)電流值為I=64mA。若量程選為500mA擋，則每個(gè)小格為10mA，被測(cè)電流值為I=320mA。因此，可得

被測(cè)電流值=指針示數(shù)（格數(shù)）×

量程/滿偏示數(shù)（格數(shù)）

對(duì)于測(cè)量電流而言，因?yàn)閮x表是串接在電路中的，要想減小儀表對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，需要儀表的內(nèi)阻（從兩個(gè)表筆看進(jìn)去的電阻）越小越好，理想情況為零。另外，需要注意的是，普通的模擬電流表一般只能測(cè)量直流電流，而不能測(cè)量交流電流。

8.4電路電壓的測(cè)量方法

在電路中測(cè)量某一支路或元件兩端的電壓需要注意以下幾點(diǎn)：

（1）將萬(wàn)用表?yè)跷恍o撥至合適的電壓量程擋位。

（2）將萬(wàn)用表的紅表筆觸到高電位處，黑表筆觸到低電位處，如圖8-8（a）所示。

（3）在表盤中找到直流電壓刻度線，將量程值平分到刻度中，即可讀出被測(cè)電壓值，見圖8-8（b）。

圖8-8測(cè)量電壓的方法

設(shè)量程為50V擋，則第二行滿刻度讀數(shù)為50V，每個(gè)小格為1V，每個(gè)大格為10V，被測(cè)電壓值為U=32V。若量程改為100V擋，則被測(cè)電壓值為U=64V。因此，可得

被測(cè)電壓值=指針示數(shù)（格數(shù)）×

量程/滿偏示數(shù)（格數(shù)）

對(duì)于測(cè)量電壓而言，因?yàn)閮x表是并接在電路中的，要想減小儀表對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，需要儀表的內(nèi)阻（從兩個(gè)表筆看進(jìn)去的電阻）越大越好，理想情況為無(wú)窮大。另外，普通的模擬電壓表可以測(cè)量交、直流電壓。在測(cè)交流電壓時(shí)，不需要考慮表筆的極性。

8.5元器件的測(cè)量方法8.5.1電阻的測(cè)量測(cè)量電阻的基本步驟如下：

（1）選擇合適擋位（量程）。

（2）校零。

（3）將紅黑表筆接在被測(cè)支路（電阻）兩端（不分極性），讀出示數(shù)，再乘擋位值即可得到真實(shí)阻值。

（4）如果表針偏轉(zhuǎn)較小，可以降低擋位使之偏轉(zhuǎn)角增大，以提高讀數(shù)精度。反之，如果偏轉(zhuǎn)角過(guò)大，則要增大擋位。

在圖8-9中，若在×1擋，則電阻為6.9Ω;若在×10擋;則電阻為69Ω;若在×100擋，則電阻為690Ω。

圖8-9測(cè)量電阻的方法

設(shè)量程為50V擋，則第二行滿刻度讀數(shù)為50V，每個(gè)小格為1V，每個(gè)大格為10V，被測(cè)電壓值為U=32V。若量程改為100V擋，則被測(cè)電壓值為U=64V。因此，可得

被測(cè)電壓值=指針示數(shù)（格數(shù)）×

量程/滿偏示數(shù)（格數(shù)）

對(duì)于測(cè)量電壓而言，因?yàn)閮x表是并接在電路中的，要想減小儀表對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，需要儀表的內(nèi)阻（從兩個(gè)表筆看進(jìn)去的電阻）越大越好，理想情況為無(wú)窮大。另外，普通的模擬電壓表可以測(cè)量交、直流電壓。在測(cè)交流電壓時(shí)，不需要考慮表筆的極性。

8.5.2電感和電容的測(cè)量

一般的模擬表不能測(cè)出電感的電感量和電容的電容量，但可大致判斷它們的好壞。圖8-10測(cè)量電感的方法

1.電感的測(cè)量

如圖8-10所示，用電阻擋測(cè)量電感時(shí)，若指針擺動(dòng)很大（電感線阻很小），說(shuō)明電感基本上是好的。之所以不能肯定電感是好的，是因?yàn)闊o(wú)法判斷電感內(nèi)部線圈是否短路。若有幾個(gè)同樣的電感，則線電阻低于其他電感的電感就存在短路問(wèn)題，其電感量會(huì)減小。

2.電容的測(cè)量

如圖8-11所示的電路中，通常將量程開關(guān)放在電阻的最大擋，比如×1k，在表筆接通電容的瞬間，好的電容會(huì)使表針擺動(dòng)，擺動(dòng)幅度越大，說(shuō)明電容量越大。擺動(dòng)完后，表針應(yīng)該慢慢回到起始位置（回零），即電阻為無(wú)窮大的位置。如果表針不回零，說(shuō)明該電容有漏電問(wèn)題，距離起始位置越遠(yuǎn)，漏電越嚴(yán)重。判斷原理基于電容的充放電特性。

圖8-11測(cè)量電容的方法

測(cè)電解電容時(shí)，要把黑表筆接電容正極，紅表筆接電容負(fù)極。因?yàn)樵谀M表內(nèi)部，電池正極接黑表筆，負(fù)極接紅表筆。另外，電解電容總會(huì)有一點(diǎn)漏電流，表針不可能完全歸零。

對(duì)于小電容而言，表針擺動(dòng)很小，一般看不出來(lái)。因此，只要表針在起始位置，就可以判定該電容沒(méi)有漏電問(wèn)題。

在×1k擋，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，表針的位置與被測(cè)電容的電容量大小有如表8-2所示的關(guān)系。

8.5.3二極管的測(cè)量

將萬(wàn)用表設(shè)置在×1k擋，將紅黑表筆搭接在二極管兩端，若測(cè)出的電阻為幾百至幾千歐，則表明這是二極管的正向電阻，此時(shí)，黑表筆接的是二極管正極，紅表筆接的是負(fù)極;若測(cè)出的電阻為幾百千歐以上，則表明這是二極管的反向電阻，此時(shí)，黑表筆接的是二極管負(fù)極，紅表筆接的是正極，如圖8-12所示。因此，測(cè)量二極管必須對(duì)調(diào)表筆測(cè)兩次，正反向電阻差別越大越好。如果兩次的阻值很接近，說(shuō)明二極管性能不好;如果兩次的阻值都為零，說(shuō)明二極管擊穿了;如果兩次的阻值都很大，說(shuō)明二極管開路了。

圖8-12測(cè)量二級(jí)管的方法

8.5.4變壓器的測(cè)量

變壓器常用于儀器儀表和家電等低壓設(shè)備中，并稱為“電源變壓器”。這類變壓器的初級(jí)只有1個(gè)繞組，次級(jí)多是1個(gè)單繞組或一個(gè)帶抽頭的繞組。其主要外特性是高壓繞組（初級(jí)繞組，接市電220V）圈數(shù)多，線徑細(xì);低壓繞組（次級(jí)繞組，接負(fù)載）圈數(shù)少，線徑粗。據(jù)此，可以用萬(wàn)用表大致判斷各繞組的好壞。通常，電阻大的繞組為初級(jí)繞組，電阻小的為次級(jí)繞組。變壓器的功率越大，體積就越大，繞組的線徑就越粗、線阻就越小。

8.6結(jié)

語(yǔ)

綜上所述，本章的主要內(nèi)容可以用圖8-13概括。圖8-13第8章主要內(nèi)容示意圖

最后，我們給出常用的MF10型萬(wàn)用表實(shí)物圖及其電路

原理圖，見圖8-14和

圖8-15，以幫助讀者更好地理解本章內(nèi)容。

圖8-14MF10型萬(wàn)用表實(shí)物圖

8.7小知識(shí)——市電電壓為什么是220V

“市電”泛指城市民用及照明交流用電系統(tǒng)。目前，全球民用交流供電系統(tǒng)主要有兩大標(biāo)準(zhǔn)：110~127V和220~240V系統(tǒng)。

我國(guó)內(nèi)地、我國(guó)香港地區(qū)（200V）、英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、意大利、澳大利亞、印度、新加坡、泰國(guó)、荷蘭、西班牙、希臘、奧地利、菲