數(shù)字萬用表原理以及各種測量使用方法全程圖解
數(shù)字萬用表相對來說，屬于比較簡單的測量儀器。數(shù)字萬用表可用來測量直流和交流電壓、直流和交流電流、電阻、電容、頻率、電池、二極管等等。整機電路設計以大規(guī)模集成電路雙積分A/D轉換器為核心，并配以全過程過載保護電路，使之成為一臺性能優(yōu)越的工具儀表，是電工的必備工具之一。
本篇，作者就教大家數(shù)字萬用表的正確使用方法。從數(shù)字萬用表的電壓、電阻、電流、二極管、三極管、MOS場效應管的測量等測量方法開始，讓你更好的掌握萬用表測量方法。
數(shù)字萬用表工作原理
數(shù)字萬用表是高精度儀器。數(shù)字萬用表的雙積分ADC是讓萬用表達到高精度的關鍵器件。
圖1是雙積分ADC的工作原理。
圖1 雙積分ADC的工作原理
雙積分ADC包括2個部分：第一部分是充電和積分電路(圖1的上升部分);第二部分是放電部分(圖1的下降部分)。
在上升部分，未知信號按固定時間(t1)給積分器充電(積分時間通常是市電周期的整數(shù)倍數(shù)，以抑制市電干擾)。在下降部分，積分器按參考電壓進行固定速率的放電，t2是放電時間，由計數(shù)器計數(shù)，以測量未知的輸入電壓。
圖2是最經典的數(shù)字萬用表34401A的結構框圖。
圖2 業(yè)界經典的數(shù)字萬用表34401A的結構框圖
34401A數(shù)字萬用表包括幾個部分：
1)前面板輸入和后面板輸入選擇部分;
2)測試功能切換部分;
3)直流放大和電阻測試中的電流產生電路;
4)AC測量中的AC到DC轉換電路;
5)雙積分ADC部分;
6)邏輯控制和處理部分;
7)編程接口部分;
8)供電部分;
9)前面板部分。
直流電壓DC、交流電壓AC、電流I、4線電阻的測量內部原理如下：
圖4 AC測量內部原理
圖3 DC測量內部原理
圖5 電流I(ACI,DCI)測量內部原理
圖6 4線電阻測量內部原理
一、操作前注意事項
(1)將ON-OFF開關置于ON位置，檢查9V電池，如果電池電壓不足，或“BAT”將顯示在顯示器上，這時，則應更換電池;如果沒有出現(xiàn)則按以下步驟進行;
(2)測試前，功能開關應放置于所需量程上，同時要注意指針的位置，如下圖所示：
(3)同時要特別注意的是，測量過程中，若需要換擋或換插針位置時，必須將兩支表筆從測量物體上移開，再進行換擋和換插針位置。
二、電壓檔的使用與注意事項
1、直流電壓的測量，如電池、隨身聽電源等。
首先將黑表筆插進“com”孔，紅表筆插進“VΩ”。把旋鈕選到比估計值大的量程(注意：表盤上的數(shù)值均為最大量程，“V-”表示直流電壓檔，“V～”表示交流電壓檔，“A”是電流檔)，接著把表筆接電源或電池兩端;保持接觸穩(wěn)定。數(shù)值可以直接從顯示屏上讀取，若顯示為“1.”，則表明量程太小，那么就要加大量程后再測量工業(yè)電器。如果在數(shù)值左邊出現(xiàn)“-”，則表明表筆極性與實際電源極性相反，此時紅表筆接的是負極。
2、交流電壓的測量。表筆插孔與直流電壓的測量一樣，不過應該將旋鈕打到交流檔“V～”處所需的量程即可。交流電壓無正負之分，測量方法跟前面相同。無論測交流還是直流電壓，都要注意人身安全，不要隨便用手觸摸表筆的金屬部分。
測電壓時，必須把黑表筆插于COM孔，紅表筆插于V孔，如下圖紅色框所示;
若測直流電壓，則將指針打到如下圖所示直流檔位：
若測交流電壓，則將指針打到如下圖所示交流電壓檔位：
(1)如果不知道被測電壓范圍，將功能開關置于大量程并逐漸降低量程(不能在測量中改變量程);
(2)如果顯示“1”，表示過量程，功能開關應置于更高的量程;
(3) △!表示不要輸入高于萬用表要求的電壓，顯示更高的電壓值是可能的，但有損壞內部線路的危險;
(4)當測高壓時，應特別注意避免觸電;
(5)數(shù)字表電壓檔的內阻很大，至少在兆歐級，對被測電路影響很小。但極高的輸出阻抗使其易受感應電壓的影響，在一些電磁干擾比較強的場合測出的數(shù)據可能是虛的。要注意到避免外界磁場對萬用表的影響(比如有大功率用電器件在使用時);
(6)在使用萬用表過程中，不能用手去接觸表筆的金屬部分 ，這樣一方面可以保證測量的準確，另一方面也可以保證人身安全。
三、電容檔的測量與注意事項
電容容量的測量方法：
如下圖方框所示，將指針打到電容檔(F檔)。
在數(shù)字萬用表的檔位左下方有兩個孔，上面寫的是Cx，把需要測的電容原件插到里面就可以測了，要是有極性的電容要注意正負極。
電容(或電容量，Capacitance)指的是在給定電位差下的電荷儲藏量;記為C，國際單位是法拉(F)，表征電容器容納電荷本領的物理量。
如何判斷電容的好壞?
用指針式萬用表歐姆檔(檔位隨電容量調節(jié))，先對電容放電，然后兩表筆觸碰電容兩引腳，此時表指針會快速擺動并迅速回到起始位置，反過來再觸碰指針會擺到更遠位置并快速回頭到原來位置。如指針擺動了回不到原來位置那電容就是漏電了(大容量電解電容有輕微漏電是正常的)。如指針不動那就是電容斷路了(容量太小如幾PF測不出來，我用10K檔最小能測到3N3，4N7等容量的小電容)。
測電容是否漏電的方法：
對一千微法以上的電容，可先用R×10Ω檔將其快速充電，并初步估測電容容量，然后改到R×1kΩ檔繼續(xù)測一會兒，這時指針不應回返，而應停在或十分接近∞處，否則就是有漏電現(xiàn)象。對一些幾十微法以下的定時或振蕩電容(比如彩電開關電源的振蕩電容)，對其漏電特性要求非常高，只要稍有漏電就不能用，這時可在R×1kΩ檔充完電后再改用R×10kΩ檔繼續(xù)測量，同樣表針應停在∞處而不應回返。
四、電流檔的使用與注意事項
1、直流電流的測量。先將黑表筆插入“COM”孔。若測量大于200mA的電流，則要將紅表筆插入“10A”插孔并將旋鈕打到直流“10A”檔;若測量小于200mA的電流，則將紅表筆插入“200mA”插孔，將旋鈕打到直流200mA以內的合適量程。調整好后，就可以測量了。將萬用表串進電路中，保持穩(wěn)定，即可讀數(shù)。若顯示為“1.”，那么就要加大量程;如果在數(shù)值左邊出現(xiàn)“-”，則表明電流從黑表筆流進萬用表。
交流電流的測量。測量方法與1相同，不過檔位應該打到交流檔位，電流測量完畢后應將紅筆插回“VΩ”孔，若忘記這一步而直接測電壓，哈哈!你的表或電源會在“一縷青煙中上云霄”--報廢!
如下圖方框所示，萬用表電流檔分為交流檔與直流檔兩個，當測量電流時，必須將萬用表指針打到相應的檔位上才能進行測量。
交流檔
直流檔
在測量電流時，若使用mA檔進行測量，須把萬用表黑表筆插在COM孔上，把紅表筆插在mA檔上，如下圖方框所示;
若使用10A檔進行測量，則黑表筆不變，仍插在COM孔上，而把紅表筆拔出插到10A孔上，如下圖方框所示。
電流測量注意事項：
(1)如果使用前不知道被測電流范圍，將功能開關置于最大量程并逐漸降低量程(不能在測量中改變量程);
(2)如果顯示器只顯示“1”，表示過量程，功能開關應置于更高量程;
(3)表筆插孔上表示最大輸入電流為10A，測量過大的電流將會燒壞保險絲。
五、二極管檔的使用與注意事項
將萬用表指針打到如下圖方框所示二極管檔，黑表筆插于COM孔，紅表筆插于V孔。此檔位除了可測量二極管外，還可用于測量三極管、編碼開關、線路是否連通等。
下面以三極管和電位器來進行舉例說明
1、三極管的結構：
三極管的基本結構是兩個反向連結的PN接面，也可簡單地看做是兩個二極管的相接，如下圖所示，可有PNP和NPN兩種組合。
三個接出來的端點依序稱為射極(emitter, E)、基極(base, B)和集極(collector, C)
2、三極管的測量測量方法：
將萬用表調到二極管檔位。這一檔顯示的是被測二極管兩端的電壓降。判斷三極管的類型和極性時。將表筆接三極管的任意兩腳，如果示值在700(單位毫伏)左右，表示是硅三極管。如果顯示值在200左右，就是鍺三極管。如果沒有顯示(開路狀態(tài)顯示1)，則需要調換紅黑表筆測試。此外還可以判斷三極管的類型：紅表筆接一腳(基極)，另兩腳分別接黑表筆都導通(顯示數(shù)值)，說明是NPN型三極管。若是黑表筆接一腳(基極)，另兩腳分別接紅表筆都導通(顯示數(shù)值)，說明是PNP型三極管。至于發(fā)射極和集電極的判斷還要用其他方法。
同時，通過電阻檔，根據三極管放大倍數(shù)和內阻大小，也可判斷三極管是NPN型還是PNP型。
3、判斷三極管好壞：
將表筆接三極管的任意兩腳，如果沒有顯示(開路狀態(tài)顯示1)或蜂鳴器響，調換紅黑表筆再進行測試，結果一樣的，則可斷定三極管是壞的。
六、電阻檔的使用與注意事項
將萬用表指針打到如下圖方框所示電阻檔，黑表筆插于COM孔，紅表筆插于V孔，再對被測電阻阻值進行測量。
電阻測量注意事項：
(1)如果被測電阻值超出所選擇量程的最大值，將顯示過量程“1”，應選擇更高的量程，對于大于1 MΩ或更高的電阻，要幾秒鐘后讀數(shù)才能穩(wěn)定，對于高阻值讀數(shù)這是正常的;
(2)當無輸入時，如開路情況，顯示為“1”;
(3)當檢查內部線路阻抗時，要保證被測線路所有電源斷電，所有電容放電;
(4)200MΩ短路時約有四個字，測量時應從讀數(shù)中減去，如測l00MΩ電阻時，顯示為101.0，第四個字應被減去;
(5)可用電阻檔粗略檢測電容的好壞，用紅表筆接電容器正極，黑表筆接電容器負極，萬用表的基準電源將通過基準電阻對電容器充電，正常時萬用表顯示的充電電壓將從一低值開始逐漸升高，直至顯示溢出。如果充電開始即顯示溢出“1”，說明電容器開路，如果始終顯示為固定阻值或“000”，說明電容器漏電或短路;
(6)檢查電路通斷時，測量時只要沒有聽到蜂鳴聲，即可判斷電路不通;
(7)測量小阻值電阻時，應先將兩表筆短路，讀出表筆連線的自身電阻(一般為0.2～0.3歐)，以對被測阻值作出修正;
(8)電阻檔有過電壓保護功能，瞬間誤測規(guī)定范圍內的電壓不會造成損壞。例如，DT-830型數(shù)字式萬用表電阻檔最大允許輸入電壓(直流或交流峰值)為250伏，這是誤用電阻檔測量電壓時儀表的安全值，但不可帶電(如電池、人體等等)測量電阻，這樣會導致萬用表電阻精度下降，甚至損壞。
七、hFE檔的使用與注意事項
此檔位主要是用于測三極管的放大倍數(shù)β值，在測量之前，須先確定三極管是PNP型或NPN型，同時確定各腳極性。
萬用表使用的其他注意事項：
(1)在使用萬用表過程中，不能用手去接觸表筆的金屬部分，這樣一方面可以保證測量的準確，另一方面也可以保證人身安全。
(2)在測量某一電量時，不能在測量的同時換檔，尤其是在測量高電壓或大電流時，更應注意。否則，會使萬用表毀壞。如需換擋，應先斷開表筆，換擋后再去測量。
數(shù)字萬用表保養(yǎng)注意事項：
數(shù)字萬用表是一種精密電子儀表，不要隨意更改線路，并注意以下幾點：
①不要超量程使用;
②在電池沒有裝好或后蓋沒有上緊時，請不要使用萬用表;
③只有在測試表筆從萬用表移開并切斷電源后，才能更換電池和保險絲。電池更換：注意9V電池的使用情況，如果需要更換電池，打開后蓋螺絲，用同一型號電池更換，更換保險絲時，請使用相同型號的保險絲;
④萬用表使用完畢，應將轉換開關置于“OFF”擋。如果長期不使用，還應將萬用表內部的電池取出來，以免電池腐蝕表內其它器件。
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