万用表原理与安装
万用表原理与安装
引言
万用表是一种多功能、多量程的便携式电工仪表,一般的万用表可以测量直流电流、交直流电压和电阻，有些万用表还可测量电容、功率、晶体管共射极直流放大系数h FE等。MF47型万用表具有26个基本量程和电平、电容、电感、晶体管直流参数等7个附加参考量程，是一种量限多、分档细、灵敏度高、体形轻巧、性能稳定、过载保护可靠、读数清晰、使用方便的新型万用表。
万用表是电工必备的仪表之一，每个电气工作者都应该熟练掌握其工作原理及使用方法。通过本次万用表的原理与安装实习，要求学生了解万用表的工作原理，掌握锡焊技术的工艺要领及万用表的使用与调试方法。
1万用表原理与安装实习的目的与意义
现代生活离不开电，我们电类和非电类专业的许多学生都有必要掌握一定的用电知识及电工操作技能。通过实习要求学生学会使用一些常用的电工工具及仪表，比如尖嘴钳、剥线钳、万用表，并且要求学生掌握一些常用开关电器的使用方法及工作原理。通过本次电工实习学生要接触到一定的电学知识，实现理论联系实际，认识一些常用电工器具的外形及结构特点，为后续课程的学习打下一定的基础。
万用表是最常用的电工仪表之一，通过这次实习，学生应该在了解其基本工作原理的基础上学会安装、调试、使用，并学会排除一些万用表的常见故障。锡焊技术是电工的基本操作技能之一，通过实习要求大家在初步掌握这一技术的同时，注意培养自己在工作中耐心细致，一丝不苟的工作作风。
2思考题
为什么电阻用色环表示阻值？黑、棕、红、绿分别代表的阻值的数字是几？
二极管、电解电容的极性如何判断？
档位开关旋钮、电刷旋钮如何安装？
元件焊接前要做什么准备工作，焊接的要求是什么？
电位器的作用是什么？
如何正确使用万用表？
电位器的安装步骤是什么？
二极管的焊接要注意什么？ 如何调整、安装电池极板？ 万用表的种类有哪些？
3 万用表的种类
万用表分为指针式、数字式两种（见图1）。随着技术的发展，人们研制出微机控制的虚拟式万用表（见图2），被测物体的物理量通过非电量/电量，将温度等非电量转换成电量，再通过A/D 转换，由微机显示或输送给控制中心，控制中心通过信号比较做出判断，发出控制信号或者通过D/A 转换来控制被测物体。
我们的实习项目是指针式万用表的原理与安装， 我们因此着重介绍指针式万用表的结构、工作原理及使用方法。
图1 指针式万用表与数字式万用表
4 指针式万用表的结构、组成与特征
4.1 万用表的结构特征
MF47型万用表采用高灵敏度的磁电系整流式表头，造型大方，设计紧凑，结构牢固，携带方便，零部件均选用优良材料及工艺处理，具有良好的电气性能和机械强度。其特点为：
测量机构采用高灵敏度表头，性能稳定； 线路部分保证可靠、耐磨、维修方便；
测量机构采用硅二极管保护，保证过载时不损坏表头，并且线路设有0.5A 保险丝以防止误用时烧坏电路；
设计上考虑了湿度和频率补偿；
低电阻档选用2＃
干电池，容量大、寿命长； 配合高压按着，可测量电视机内25kV 以下高压； 配有晶体管静态直流放大系数检测装置；
表盘标度尺刻度线与档位开关旋钮指示盘均为红、绿、黑三色，分别按交流红色，晶体管绿色，其余黑色对应制成，共有七条专用刻度线，刻度分开，便于读数；配有反光铝膜，消除视差，提高了读数精度。
除交直流2500V 和直流5A 分别有单独的插座外，其余只须转动一个选择开关，使用方便； 装有提把，不仅便于携带，而且可在必要时作倾斜支撑，便于读数。
4.2 指针式万用表的组成
指针式万用表的型式很多，但基本结构是类似的。指针式万用表的结构主要由表头、档位转换开关、测量线路板、面板等组成（见图3）。
表头是万用表的测量显视装置，指针式万用表采用控制显示面板＋表头一体化结构；档位开关用来选择被测电量的种类和量程；测量线路板将不同性质和大小的被测电量转换为表头所能接受的直流
面板＋表头
档位开关旋钮
测量线路板
正面 反面
电刷旋钮
图3 指针式万用表的组成
电流。万用表可以测量直流电流、直流电压、交流电压和电阻等多种电量。当转换开关拨到直流电流档，可分别与5个接触点接通，用于测量500mA 、50mA 、5mA 和500μA 、50μA 量程的直流电流。同样，当转换开关拨到欧姆档，可分别测量×1Ω、×10Ω、×100Ω、×1k Ω、×10k Ω量程的电阻；当转换开关拨到直流电压档，可分别测量0.25V 、1V 、2.5V 、10V 、50V 、250V 、500V 、1000V 量程的直流电压；当转换开关拨到交流电压档，可分别测量10V 、50V 、250V 、500V 、1000V 量程的交流电压。
注意请学生对照幻灯片认识每一个部分，将万用表的盒子打开散件放在后盖中，电阻等元器件放在塑料袋中，不能丢失。对照幻灯片可以看到控制显示面板由上部的显示表头和下部的控制开关面板组成。注意表头不能跌坏或者拿在手里晃动。档位开关由安装在正面的档位开关旋钮和安装在反面的电刷旋钮组成。测量线路板有黄绿两面，绿面用于焊接，黄面用于安装元件。
4.3 万用表的结构
万用表由机械部分、显示部分、与电器部分三大部分组成，机械部分包括：外壳、档位开关旋钮及电刷等部分组成，显示部分是表头，电器部分由测量线路板，电位器，电阻，二极管，电容等部分组成（见图4）。
5
指针式万用表的工作原理
指针式万用表最基本的的工作原理
指针式万用表最基本的的工作原理（见图5）。
电气部分
显示部分
机械部分
电刷
档位开关
图4 万用表的结构
它由表头、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。
测电压和电流时，外部有电流通入表头，因此不须内接电池。
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；
打到直流电档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R x，表内的总电阻为R，形成的电流为I，由R x、电池E、可调电位器R P、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R P及固定电阻R1相连，经过表头接到黑表棒与被测电阻R x形成回路产生电流使表头显示。回路中的电流为：
I ＝
E R x+R
从上式可知：I和被测电阻R x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R x=0，那么：
I ＝
E
＝
E R x+R R
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R x→∞，R可以忽略不计，那么：
I ＝
E
≈
E
→0 R x+R R x
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∞。
5.2MF47型万用表的工作原理
请看今天要安装的MF47型万用表的原理图（见图6），测量线路板线路板（见图7）。
它的显示表头是一个直流μA表，WH2是电位器用于调节表头回路中的电流大小，D3、D4两个二极管反向并联并与电容并联，用于保护限制表头两端的电压起保护表头的作用，使表头不至电压、电流过大而烧坏。电阻档分为×1Ω、×10Ω、×100Ω、×1kΩ、×10kΩ、几个量程，当转换开关打到某一个量程时，与某一个电阻形成回路，使表头偏转，测出阻值的大小。
它由5个部分组成：公共显示部分；保护电路部分；直流电流部分；直流电压部分；交流电压部分和电阻部分。线路板上每个档位的分布（见图8），上面为交流电压档，左边为直流电压档，下面为直流mA 档，右边是电阻档。
5.3
MF47万用表电阻档工作原理
MF47万用表电阻档工作原理（见图9），电阻档分为×1Ω、×10Ω、×100Ω、×1k Ω、×10k Ω、5个量程。例如将档位开关旋钮打到×1Ω时，外接被测电阻通过“－COM ”端与公共显示部分相连；通过“＋”经过0.5A 熔断器接到电池，再经过电刷旋钮与R18相连，WH1为电阻档公用调零电位器，最后与公共显示部分形成回路，使表头偏转，测出阻值的大小。
交流电压ACV 直流电压DCV
直流电流DCA
电阻Ω 47A 专用电路 表头公用
6MF47型万用表安装步骤
6.1清点材料
6.2二极管、电容、电阻的认识
6.3焊接前的准备工作
6.4元器件的焊接与安装
6.5机械部件的安装调整
6.6万用表故障的排除
6.7万用表的使用
6.8考核要求
7清点材料
参考材料配套清单，并注意：
按材料清单一一对应，记清每个元件的名称与外形。
打开时请小心，不要将塑料袋撕破，以免材料丢失。
清点材料时请将表箱后盖当容器，将所有的东西都放在里面 。 清点完后请将材料放回塑料袋备用。 暂时不用的请放在塑料袋里。 弹簧和钢珠一定不要丢失。
7.1 电阻（见图10）。
7.2 可调电阻（见图11）。
轻轻拧动电位器的黑色旋钮，可以调节电位器的阻值；
用十字螺丝刀轻轻拧动可调电阻的橙色旋钮，也可调节可调电阻的阻值。
7.3 二极管、保险丝夹（见图12）。
7.4 电容（见图13）。
可调电阻WH2 1个
Potentiometer 电位器WH1 1个
图11 可调电阻
涤沦电容1个
Electrolytic condenser 电解电容1个
图12 二极管、保险丝夹
fuse box 保险丝夹2个
Diode 二极管6个
7.5 保险丝、连接线、短接线（见图14）。
7.6 线路板（见图15）。
7.7 面板＋表头、档位开关旋钮、电刷旋钮（见图16）及电池盖板。
面板+表头1个
档位开关旋钮1个
电刷旋钮1个 正面 反面
图16 面板＋表头、档位开关旋钮、电刷旋钮
fuse 保险丝管1个
连接线 Lines 4根＋短接线1根
图14 保险丝、连接线、短接线
MF47线路板
printed circuit board
1 块
图15 线路板
7.8电位器旋钮、晶体管插座、后盖（见图18）
7.10螺钉、弹簧、钢珠（见图19）。
螺钉M3×6表示螺钉的螺纹部分直径为3mm，长度为6mm。
7.11电池夹、铭牌、标志（见图20）。
标志请贴贴好，防止东西掉进表头内部。
电位器旋钮1个The small knob
晶体管插座1个
the transistor socket
+提把+电池盖板）
组合件1个
图18 电位器旋钮、晶体管插座、后盖
螺钉Screws M3×6 2个
钢珠Steel ball 1个弹簧 springs 1个
图19 螺钉、弹簧、钢珠
1.5V负电池夹 1.5V正电池夹 9V正电池夹
1只 1只 2只
电池极片
铭牌 1个图20 电池夹、铭牌
7.12 V 形电刷、晶体管插片、输入插管（见图21）。
7.13 表棒（见图22）。
8 二极管、电容及电阻的认识
在安装前要求每个学生学会辨别二极管、电容及电阻的不同形状，并学会分辨元件的大小与极性。
8.1 二极管极性的判断
判断二极管极性时可用实习室提供的万用表，将红表棒插在“＋”，黑表棒插在“－”，将二极管搭接在表棒两端（见图22），观察万用表指针的偏转情况，如果指针偏向右边，显示阻值很小，
V 形电刷 1个
图22 用万用表判断二极管的极性
图22 表棒
表示二极管与黑表棒连接的为正极，与红表棒连接的为负极，与实物相对照，黑色的一头为正极，白色的一头为负极，也就是说阻值很小时，与黑表棒搭接的时二极管的黑头，反之，如果显示阻值很大，那么与红表棒搭接的时二极管的正极。
8.1.1 用万用表判断二极管极性的原理
用万用表判断二极管极性的原理（见图23），由于电阻档中的电池正极与黑表棒相连，这时黑表棒相当于电池的正极，红表棒与电池的负极相连，相当于电池的负极，因此当二极管正极与黑表棒连通，负极与红表棒连通时，二极管两端被加上了正向电压，二极管导通，显示阻值很小。
8.2 电解电容极性的判断
注意观察在电解电容侧面有“－”，是负极，如果电解电容上没有标明正负极，也可以根据它引脚的长短来判断，长脚为正极，短脚为负极（见图24）。
如果，已经把引脚剪短，并且电容上没有标明正负极，那么可以用万用表来判断，判断的方法是正接时漏电流小（阻值大），反接时漏电流大。
＋ －
图24 电解电容极性的判断
8.3色环的认识
从材料袋中取出一电阻，注意别的东西不要丢失，封好塑料袋的封口。对照幻灯片观察，看它有几条色环，蓝电阻或绿电阻有5条色环（见图25），其中有一条色环与别的色环间相距较大，且色环较粗，读数时应将其放在右边。
每条色环表示的意义（见表1），色环表格左边第一条色环表示第一位数字，第2个色环表示第
表1 电阻的色环
2个数字，第3个色环表示乘数，第4个色环也就是离开较远并且较粗的色环，表示误差。由此可知，图25中的色环为红、紫、绿、棕，阻值为27×105Ω＝2.7MΩ，其误差为±0.5%。
将所取电阻对照表格进行读数，比如说，第一个色环为绿色，表示5，第2个色环为蓝色表示6，第3个色环为黑色表示乘100，第4个色环为红色,那么表示它的阻值是56×100=56Ω误差为±2%，对照材料配套清单电阻栏目R19＝56Ω。
请同学练习试读，对照材料配套清单，检查读出的阻值是否正确。
蓝色或绿色的电阻（见图26），首先找出表示误差的，比较粗的，而且间距较远的色环将它放在右边。从左向右，前三条色环分别表示三个数字，第4条色环表示乘数，第5条表示误差。比如：蓝紫绿黄棕表示675×104=6.75MΩ，误差为±1%。
请同学练习试读5环电阻，对照材料配套清单，检查读出的阻值是否正确。
从上可知，金色和银色只能是乘数和允许误差，一定放在右边；
表示允许误差的色环比别的色环稍宽，离别的色环稍远；
本次实习使用的电阻大多数允许误差是±1%的，用棕色色环表示，因此棕色一般都在最右边。9焊接前的准备工作
9.1清除元件表面的氧化层
元件经过长期存放，会在元件表面形成氧化层，不但使元件难以焊接，而且影响焊接质量，因此当元件表面存在氧化层时，应首先清除元件表面的氧化层。注意用力不能过猛，以免使元件引脚受伤或折断。
刮元件引脚的表面，左手慢慢地转动，直到表面氧化层全部去除。为了使电池夹易于焊接要用尖嘴钳前端的齿口部分将电池夹的焊接点锉毛，去除氧化层。
本次实习提供的元器件由于放在塑料袋中，比较干燥，一般比较好焊，如果发现不易焊接，就必须先去除氧化层。
9.2元件引脚的弯制成形
左手用镊子紧靠电阻的本体，夹紧元件的引脚（见图28），使引脚的弯折处，距离元件的本体有两毫米以上的间隙。左手夹紧镊子，右手食指将引脚弯成直角。注意：不能用左手捏住元件本体，
右手紧贴元件本体进行弯制，如果这样，引脚的根部在弯制过程中容易受力而损坏，元件弯制后的形状（见图29），引脚之间的距离，根据线路板孔距而定，引脚修剪后的长度大约为8mm ，如果孔
距较小，元件较大，应将引脚往回弯折成形（见图29中c 、d ）。电容的引脚可以弯成直角，将电容水平安装（见图29中e ），或弯成梯形，将电容垂直安装（见图29中h ）。二极管可以水平安装，当孔距很小时应垂直安装（见图29中i ），为了将二极管的引脚弯成美观的圆形，应用螺丝刀辅助弯制（见图
c
d 孔距较小
孔距较大
e
水平安装
i
垂直安装
图29 元件弯制后的形状
f
31mm
g
29mm
30）。将螺丝刀紧靠二极管引脚的根部，十字交叉，左手捏紧交叉点，右手食指将引脚向下弯，直到两引脚平行。
元器件做好后应按规格型号的标注方法进行读数。将胶带轻轻贴在纸上，把元器件插入，贴牢，写上元器件规格型号值，然后将胶带贴紧，备用（见图32）。注意：不要把元器件引脚剪太短。
图30 用螺丝刀辅助弯制
图31 孔距较大时元件引脚的弯制成形
图32 元器件制成后标注规格型号备用
电阻为什么用色环表示，而不直接用数字表示？
电阻的阻值有色标法和直标法两种，色标法就是用色环表示阻值，它在元件弯制时不必考虑阻值所标的位置，当元件体积很小时，一般采用色标，如果采用直标，会使读数发生困难。一般直标法用于体积较大的电阻。
用直标法标注的电阻、二极管等弯制时应注意将标注的文字放在能看到的地方，便于今后维修更换。
9.3焊接练习
焊接前一定要注意，烙铁的插头必须插在右手的插座上，不能插在靠左手的插座上；如果是左撇子就插在左手。烙铁通电前应将烙铁的电线拉直并检查电线的绝缘层是否有损坏，不能使电线缠在手上。通电后应将电烙铁插在烙铁架中，并检查烙铁头是否会碰到电线、书包或其他易燃物品。
烙铁加热过程中及加热后都不能用手触摸烙铁的发热金属部分，以免烫伤或触电。
烙铁架上的海棉要事先加水。
9.3.1烙铁头的保护
为了便于使用，烙铁在每次使用后都要进行维修，将烙铁头上的黑色氧化层锉去，露出铜的本色，在烙铁加热的过程中要注意观察烙铁头表面的颜色变化，随着颜色的变深，烙铁的温度渐渐升高，这时要及时把焊锡丝点到烙铁头上，焊锡丝在一定温度时熔化，将烙铁头镀锡，保护烙铁头，镀锡后的烙铁头为白色。
9.3.2烙铁头上多余锡的处理
如果烙铁头上挂有很多的锡，不易焊接，可在烙铁架中带水的海棉上或者在烙铁架的钢丝上抹去多余的锡。不可在工作台或者其他地方抹去。
9.3.3在练习板上焊接
焊接练习板是一块焊盘排列整齐的线路板，学生将一根七股多芯电线的线芯剥出，把一股从焊接练习板的小孔中插入，练习板放在焊接木架上，从右上角开始，排列整齐，进行焊接（见图33）。
练习时注意不断总结，把握加热时间、送锡多少，不可在一个点加热时间过长，否则会使线路板的焊盘烫坏。注意应尽量排列整齐，以便前后对比，改进不足。
焊接时先将电烙铁在线路板上加热，大约两秒钟后，送焊锡丝，观察焊锡量的多少，不能太多，造成堆焊；也不能太少，造成虚焊。当焊锡熔化，发出光泽时焊接温度最佳，应立即将焊锡丝移开，再将电烙铁移开。为了再加热中使加热面积最大，要将烙铁头的斜面靠在元件引脚上（见图34），烙铁头的顶尖抵在线路板的焊盘上。焊点高度一般在2毫米左右，直径应与焊盘相一致，引脚应高出焊点大约0.5mm 。
图33 焊接练习
9.4 焊点的正确形状
焊点的正确形状（见图35），焊点a 一般焊接比较牢固；焊点b 为理想状态，一般不易焊出这样的形状；焊点c 焊锡较多，当焊盘较小时，可能会出现这种情况，但是往往有虚焊的可能；焊点d ，焊点d 、e 焊锡太少；焊点f 提烙铁时方向不合适，造成焊点形状不规则；焊点g 烙铁温度不够，焊点呈碎渣状，这种情况多数为虚焊；焊点h 焊盘与焊点之间有缝隙为虚焊或接触不良；焊点I 引脚放置歪斜。一般形状不正确的焊点，元件多数没有焊接牢固，一般为虚焊点，应重焊。
焊点的正确形状俯视（见图36），焊点a 、b 形状圆整，有光泽，焊接正确；焊点c 、d 温度不够，或抬烙铁时发生抖动，焊点呈碎渣状；焊点e 、f 焊锡太多，将不该连接的地方焊成短路。
焊接时一定要注意尽量把焊点焊得美观牢固。
9.5 元器件
的插放
将弯制成型的元器件对照图纸插放到线路板上。
注意：一定不能插错位置；二极管、电解电容要注意极性；电阻插放时要求读数方向排列整齐，横排的必须从左向右读，竖排的从下向上读，保证读数一致（见图37）。
图36 焊点的正确形状（俯视）
e
f
a
b
c
d
e
f
g
h
i
图35 焊点的正确形状1
横向排列误差环在右
纵向排列误差环在上
图37 电阻色环的排列方向