实验八 万用电表的使用

PAGE８PAGE７《大学物理实验指导（电磁学部分）》实验八万用电表的使用[目的]学会万用电表的使用及测量误差的分析和估算。[仪器和用具]1.万用电表(MF-50型)；2.直流稳定电源(MCH-305D-Ⅱ型0-30V、0-5A)；3.单相自耦调压器(500VA0－250V)；4.实验电阻板5.电学暗盒（内装有47μF电解电容1个、0.22μF普通电容器1个；6.3V稳压二极管1个、1N4007硅二极管1个、47KΩ电阻器1个）6.单刀开关；[原理]万用电表的基本结构及使用的基本方法万用电表是实验室常用的一种仪表，可用来测量交直流电压、电流以及电阻等电量及晶体管直流放大倍数等，还可用来检查电路、排除电路故障和检查常用电子元器件的性能。万用电表主要由灵敏度较高的磁电系微安表（简称表头）和由转换开关控制的测量电路及保护电路组成。它实际上是根据电表改装的原理，将一个表头分别通过转换开关连接各种测量电路而改成多量程的电流表、电压表及欧姆表的。是既能测量直流电流、电压也能测量交流电压的复合表。常用的FM－50型万用表盘布置图如图8-1。各个测量档共用一个表头,表头面盘上有相应于测量各种量的几条标度尺,标度尺按表的功能有各种不同的刻度,以指示相应值。对于某一测量的内容,分成几个大小不同的几档(如其电阻档有×1、×10、×100、×1K、×10K五档，电流有100µΑ、2.5mΑ、25mΑ、250mΑ、2.5Α五档，直流电压有五档，交流电压亦有四档)。除了电阻档标注的是倍率外，各档标注的均为该挡的量程值。使用标度尺读数时，应注意不同的测量量不同的量程适用于不同的标尺。对MF50型万用表，电阻档应使用由上往下数的第一条标尺，交流10V档应使用第三条标尺，其余的电流、电压量程均看第二条标尺。万用表表盘上有一个欧姆零位调节旋钮，用以测量电阻时校准欧姆零位，电阻档的每一档测量电阻的范围都是0～∞。但各档有不同的欧姆中心值，即指针指在表盘中央位置时所测量的电阻值，也就是万用表电阻档该档的内阻值。测量电阻时要选择合适的倍率，应尽量使所选择档位的欧姆中心值接近被测电阻值。即尽量使指针指在表盘标尺中央位置附近，以提高测量精度。使用万用表测量电阻时，应将转换开关旋至欧姆档的合适档位上；在测量电阻前，应进行零欧调节，即将两支表笔短接（外测电阻为零），调节“Ω零位调节”旋钮，使表头指针对准电阻为零的刻度处。然后把表笔分别接到被测电阻的两端，从“Ω”刻度尺上读取数值，将读数乘以电阻倍率，即可得到被测电阻值。用万用表测量直流电压、交流电压、直流电流的方法与电压表、电流表的使用方法相同，只要使用时注意测量项目和量程的选择并特别注意在测高压时避免人体促及电路的裸露部分即可。二、使用万用表应注意的几个问题1.使用前先调好表头指针的机械零点，确定好档位。应先弄清楚要测的是什么物理量，再确定量程。切勿用电流档、电阻档去测量电压。电流档、电压档量程的选择，应使电表内阻对电路的影响尽可能小且使表头指针有尽可能大的偏转。当被测的电流或电压的大小无法预先估计时，应先选择大量程试测，然后再逐渐到合适的量程上。转换量程时，表笔应脱离电路电阻档的选择，应尽量使指针在标度尺的中心附近区域或偏右半的区域偏转。以减小估读误差。2.测量直流量应注意万用表的极性。测量时，必须采用“跃接法”。尽量避免将表固定连接在电路中，以便在发现异常现象时表笔能迅速脱离电路。3.测高压时，人体不可触及电路及电表的金属部分。4.使用电阻档时，应先进行“零欧校准”。（即选好档位后，将两根表笔短路，然后调节零欧调节旋钮，使不表头指针指示在“0Ω”刻度线上。）测量中，若转换量程，必须重新进行“零欧校准”。测电路中的电阻须先切断电源。测量时，被测电阻至少要有一端脱离电路。对大容量电容器，应先短路放电后再测量。测高阻时仅防人体电阻并入测量。5.每次使用完电流档、电阻档后，应马上将量程开关转换到最大电压档位置，万用表使用完毕，亦应将量程置于最高电压档位置，以避免下次使用使用时，忘记选择量程而损坏电表。三、万用表的应用1.检查电路=1\*alphabetica.电压检查法在电路通电的情况下，先了解电路中电位分布的情况，然后从电源部分开始，用电压档逐点测试其电压值。由不正常处查找故障。此法方便、快捷，但对电路中电位分布情况必须熟悉。=2\*alphabeticb.电流检查法与电压检查法一样，在电路通电的情况下，先了解电路中电流分布的情况，然后将万用表（置电流档）分别串入各个支路测量其电流值，由不正常处查找故障。此法必须断开电路，接入电表，较不方便。=3\*alphabeticc.电阻检查法此法要求在切断电源后在不带电的情况下检查，并且待测部分无其他分路，（若有其他分路，必须先断开）逐一检查电路中每个元件，每条导线以及各连接点处的情况，从而判断出故障位置及其原因。此法较为繁琐，但很有效，特别是在判断电路的元件、导线质量的好坏很有用。2.常用元器件的检查=1\*GB3①电容器=1\*alphabetica.电解电容万用表量程开关置×10K档位置，电容短路放电后，将万用表两表笔分别接到电容的两个极脚，同时观察表头指针的偏转情况：=1\*romani.当指针先朝Rx＝0的方向偏转，而后又朝Rx=∞的方向返回时，说明有被充电的现象，可初步判断该电容为好的；若充电现象不明显或无此充电的现象，则又将电容短路放电后，用×10K档再试一次，若还是如此，则可判断该电容已经损坏。=2\*romanii.充电时表头指针摆动的角度愈大,返回的时间愈长，表明该电容的容量愈大，反之容量愈小。例如图8－2（a）的情况，表明待测电容量较小；对图8－2（b）的情况，表明待测电容量大。.对于电容量大的电容，当指针返回至停止不动后，记下此时指针指示的电阻数值，然后将电容再次短路放电后对调万用表两根表笔与电容两个极脚的接触位置，重测一次，比较两次测得的电阻数值的大小，阻值大的那一次，与万用表黑表笔相接端为该电容的正极性端（如图8－2（c）所示），反之，阻值小的那一次，与万用表红表笔相接端为该电容的正极性端（如图8－2（d）所示）。若两次所得阻值均一样，则说明该电解电容已经损坏或不是有极性的电解电容。b.无极性电容对无极性电容的好坏检查和容量大小的判别方法仍如上所述。但应注意，检查时若充电现象不明显，可以直接对调万用表两根表笔与电容两个极脚的接触位置，重试一次，若表头的指针有更大的偏转，说明该电容器是好的，否则说明该电容器可能已经损坏。通常对于容量＜0.1µF的电容，利用万用表只能检查其有无短路及漏电，无法直接观察其有无断路及充电现象，这时须外加交流信号源，利用交流电压档来检查。=2\*GB3②晶体二极管的检查通常可用万用表×10K档测二极管的正反向电阻数值。先将两根表笔分别与二极管的两个极脚相接，测出其电阻数值，比较两次电阻值的大小，两次数值相差愈大，说明该二极管性能愈好；通常，硅二极管相差最大，锗二极管相差较小，稳压二极管相差最小；若两次数值相差很小或无差别，说明该二极管已经损坏。对于正常的二极管，两次的电阻数值中，数值小的那一次，与黑表笔相接的那一端为该二极管的正极性端（如图8－3所示）；反之电阻数值大的那一次，与红表笔相接那一端为该二极管的正极性端。[实验内容、要求]一、用万用表测量交流电压值要求：1.调节自耦调压器的输出电压值，使其分别指示在20V、40V、60V、100V、140V、180V、240V，选择合适的量程，分别测出对应的交流电压有效值。2.比较调压器指示值与万用表测量值并进行讨论。注意：1.必须选用交流电压档，并选择合适的量程；2.必须注意用电安全，严禁触摸到万用表笔及调压器裸露的金属部位。测试完毕，必须拔掉调压器的电源输入线。二、用万用表测量直流电流、电压值要求：按图8－5连接电路，取E＝30V,选择合适的电压量程，按表一进行测量。分别计算：的数值，检验是否等于所测的Uad数值，并讨论检验结果。三、用万用表测量电阻数值要求：选择倍率，分别测出图8－4电阻板中6个电阻的数值以及图8－5中去掉电源后ad间的电阻值。计算(R1+R2+R3)//(R4+R5+R6)的数值，并以直接测得的Rad比较，讨论比较的结果。（式中，R1～R6用实际测量值代入。）四、二极管、电容器的判别要求：1.利用万用电表判别图8-6电学暗盒中的元器件分布，并画在图8-6上。2.确定暗盒中电解电容、二极管的极性；判出二极管中那个是稳压二极管。[数据记录]一、交流电压测量记录表8－1表中电压单位：V调压器示值204060100140180240量程二、直流电流、电压的测量记录表8－2表中电压单位：VUadUabUbcUcdUaeUefUfdUbe测量量程三、电阻的测量记录表8－3R1R2R3R4R5R6Rad3.015470.0560.621.52.12倍率[数据处理]一、图8－5电路中各段电压测量数值的叠加：与实验测得值的相对偏差：d间等效电阻值：与实验测得值的相对偏差：[结果报道]1.实验测的图8－5电路中各段电压测量数值叠加值分别为：U1＝V、U2＝V、U3＝V，与Uad实际测得值的相对偏差分别为：EU1＝％、EU2＝％、EU3＝％。2.实验测的图8－5电路中ad间等效电阻值＝KΩ，与实验测得值的相对偏差：＝％。3.电学暗盒中的元器件分布如图8－6。[结果讨论]提示讨论的主要内容1.自耦调压器电压指示值与万用表测量值差异的主要原因。2.U1、U2、U3与Uad差异的主要原因。3.Rad计与Rad差异的主要原因。[结论]提示总结普通万用表能否进行精确测量，其主要用途是什么。[附]实验报告书写步骤：1.[仪器和用具]应按实际所使用的型号、规格给出。2.[实验原理]需叙述如下内容：一、简述万用电表的基本结构和基本使用方法；二、详述使用万用表应注意的问题；三、详述万用表的应用画出相应应的电路图（图8-2、图8-3）。3.[实验内容、步骤]必须根据具体的实验过程并参考讲义中的[实验内容、要求]进行叙述并画出图8－4及图8－5。4.[数据记录]5.[数据处理]一、图8－5电路中各段电压测量数值的叠加：【注释：加减运算后的结果，应当和参与运算各数中最先出现的可疑位一致。例如：例如本来算出来结果应为U1=29.5V，但由于下面计算相对偏差时还要用到该结果，该结果就为一个中间过程量，所以多保留了一位，为U1=29.52V；若结果算出来为U1=29.50V，则保留为U1=29.5V。U2、U3依此类推。】与实验测得值的相对偏差：【注释：在数字处理过程中的相对偏差有效数字的保留原则：若公式算出的有效数字的首位是1，则保留三位，如EU1=-1.60%；若有效数字的首位不是1，则保留两位，如EU2=0.67%。ER、EU3依此类推。】二、d间等效电阻值：与实验测得值的相对偏差：[结果报道]1.实验测的图8－5电路中ad间等效电阻值＝2.11KΩ，与实验测得值的相对偏差：ER＝0.4％。2.实验测的图8－5电路中各段电压测量数值叠加值