1.2　万用表基础知识

1.2.1　万用表简介

1.万用表的功能

万用表是一种多功能、多量程的便携式电工电子测量仪表。万用表有“万用”吗？答案是没有。但是，万用表的功能确实很多，主要可分为基本功能和派生功能两大类，如图1-6所示。

用来测量电流、电压、电阻，这是万用表最基本的功能，任何型号的万用表都具有这些基本功能。为了满足测量的多种需求，随着技术的进步，在基本功能的基础上，通过改进其内部电路或增加新电路，万用表又增加了许多派生功能（见表1-6），实用性更强了。

图1-6　万用表的功能

表1-6　万用表的一些派生功能

近年来生产的高档数字万用表除了具备上述功能外，还增设了一些特殊的测试功能（见表1-7），这样使用起来更方便了。

表1-7　数字万用表的部分特殊功能

由此可见，万用表虽然没有“万用”的功能，但它确实是一种多功能、多量程、便携式的仪表，因此它是电子电工专业人员必备工具之一。

我们通过观察万用表面板上的按钮、档位、插孔等信息，就可知道万用表究竟具有哪些功能。如图1-7所示为DT9205型数字万用表的面板。

图1-7 DT9205型数字万用表的面板

2.万用表的分类

1）按显示方式，可分为指针式万用表和数字万用表。

2）按精度分类，可分为精密、较精密、普通三种。

3）按照功能不同，可分为简易型、多功能型和智能型万用表。

4）按规格型号，指针式万用表有MF500型、MF47型、MF50型等，数字万用表有DT9972、DT9101、DT890等。

5）按外形不同，可分为台式、手持式、笔式、钳形和叉形等，如图1-8所示。

6）按照准确度分，可分为1.0、1.5、2.5和5.0等几个等级的万用表。1.0等级的万用表的准确度最高，其基本误差为±1.0%。

3.指针式万用表的工作原理

指针式万用表的基本工作原理是利用一只灵敏的磁电式直流电流表（微安表）做表头，当微小电流通过表头，就会有电流指示。但表头不能通过大电流，所以必须在表头上并联或串联一些电阻进行分流或降压，从而测出电路中的电流、电压和电阻，如图1-9所示。

指针式万用表从电路结构来说，主要是由直流电压测量电路、直流电流测量电路、交流电压测量电路和电阻测量电路组成。其工作原理就是这些电路的工作原理。

1）测直流电流原理

如图1-9a所示，在表头上并联一个适当的电阻（叫分流电阻）进行分流，就可以扩展电流量程。改变分流电阻的阻值，就能改变电流的测量范围。

图1-8　不同外形的万用表

图1-9　指针式万用表的工作原理

2）测直流电压原理

如图1-9b所示，在表头上串联一个适当的电阻（叫倍增电阻）进行降压，就可以扩展电压量程。改变倍增电阻的阻值，就能改变电压的测量范围。

3）测交流电压原理

如图1-9c所示，测量交流电压时，需加装一个并串式半波整流电路，将交流进行整流变成直流后再通过表头，这样就可以根据直流电的大小来测量交流电压。

扩展交流电压量程的方法与直流电压量程相似。

4）测电阻原理

如图1-9d所示，在表头上并联或串联适当的电阻，同时串联一节电池，使电流通过被测电阻，根据电流的大小，就可测量出电阻值。改变分流电阻的阻值，就能改变电阻的量程。

4.数字万用表的工作原理

数字万用表的基本原理如图1-10所示。它是模拟输入量经过万用表前端的功能切换模块和信号调理模块，将其转换成相应的电压信号，这个模拟的电压信号再通过A-D转换器将其转换为二进制的数字信号后，或通过译码直接显示，或通过MCU处理后再显示，以提供给用户读取数据。

图1-10　数字万用表的工作原理

1.2.2　万用表的选用

1.指针式万用表的选用

在选购指针式万用表时，应根据所要求的测量项目和准确度，以及许可的经济条件来选择合适的万用表。

（1）灵敏度的选择

灵敏度是指该仪表对微小变量的测量能力和显示程度。灵敏度高的万用表，使用时测量误差小。

万用表的灵敏度可分为直流电压灵敏度、交流电压灵敏度和表头灵敏度3个指标。其中，直流电压灵敏度是主要指标，它们以多少Ω/V（如DC20kΩ/V）标注在表盘上，如图1-11所示。

图1-11　万用表灵敏度

（2）准确度等级的选择

万用表的准确度等级范围为1.0～2.5级；1.0、1.5级为高准确度万用表，价格相应较高，如MF18、MF12等，如图1-12所示；一般万用表多为2.5级（如MF47、MF30等），基本上可以满足电工的测量工作。

图1-12 MF12型和MF30型万用表表盘

（3）量程的选择

一般来说，测量的项目多，量程范围大，万用表好。电工对万用表量程的要求不是很高，主要是进行一些简单的测量。电阻档至少要有R×1、R×10、R×100三档，交流电压档、直流电压档，其他一些功能可以根据实际情况选择。

（4）阻尼性能的选择

在测量时，指针在偏转过程中会由于惯性的影响不能迅速停止在指示位置上，指针在指示位置左右摆动会给测量带来影响。这就要求仪表可动部分在测量中能迅速停止在稳定的偏转位置上，并且要求稳定的时间越短越好，即阻尼性能要好。

（5）选择指针式万用表的注意事项

表盘大，有弧形反射镜的万用表测量时误差小，如图1-13所示。选择万用表时，应注意检查表头的倾斜误差（即把万用表竖直放置和向左右侧倾斜45°角放置时，表头指针偏离零点位置不应超过标度尺弧长的±1%，这种偏离越小越好）。

图1-13　有弧面镜的万用表

2.数字万用表的选用

（1）位数的选择

数字万用表的分辨率一般用位数或字表示。

数字万用表根据显示数字位数的不同分为三位半（31/2）、四位半（41/2）、五位半（51/2）、六位半（61/2）、七位半（71/2）和八位半（81/2）数字万用表。所谓半位，是指最高位（即最前面的一个数）只能显示“1”或“0”（0亦可消隐，即不显示）。

一个3位半的表，后三位可以显示3个从0到9的全数字位，前一位只显示一个半位（显示1或没有显示），即3位半的数字万用表可以达到1999字的分辨率；一块4位半的数字万用表可以达到19999字的分辨率。

用字来描述数字表的分辨率比用位数描述要好。现在的3位半数字万用表的分辨率已经提高到3200字或4000字。3200字的数字万用表为某些测量提供了更好的分辨率。例如，一个1999字的表，在测量大于200V的电压时，不可能显示到0.1V。而3200字的数字万用表在测量320V的电压时，仍可显示到0.1V。当被测电压高于320V，而又要达到0.1V的分辨率时，就要用价格贵一些的20000字的数字万用表。

一般来说，显示位数越多，其准确度越高，当然价格也就越高，如图1-14所示。如果主要用来测量电阻、电压、电流，可以选择一般的三位半的低档表。若需要进行高准确度的测量，可以选择四位半或者四位半以上的数字万用表。

图1-14　数字万用表的显示位数

（2）准确度的选择

对于数字万用表来说，精度通常使用读数的百分数表示。例如，1%的读数准确度的含义是数字万用表显示100.0V时，实际的电压可能会在99.0～101.0V之间。

数字万用表的典型基本准确度在读数的±（0.7%+1）和±（0.1%+1）之间，甚至更高，如图1-15所示。

图1-15　准确度的选择

（3）功能的选择

由于电子科技的发展，部分新型万用表增加了许多功能。

1）温度测量。在维修时，有此功能的万用表方便检验元器件的发热程度，如焊接拔取元器件时，测量温度防止损伤元器件。

2）同时测量AC和DC分量。在维修测试中，我们所碰到的信号并非是很纯正的交流或直流信号，需要观测波形的总真有效值（包括AC和DC部分），以便分析电路的功耗量，找出部分零件烧坏的原因。

3）dBm和毫伏值测量。所谓dBm值测量，即低电平测量——dB值测量。如果改变参考电压，通过测试比较，我们可以测量相对应值。例如用来分析电压放大器的电压增益。

4）尖峰保持。利用万用表真有效值测量，我们利用此功能可以测量宽度大于0.25ms非规则交流信号的瞬时峰值电压，并且自动保持，有利于寻找元器件和设备破坏的原因。

5）△相对值测定。利用此功能，我们可以进行相对值测定。即测试电压或电流与参考电压或电流的差值，电容相对模式可以清除读数中杂散电容的影响。

有的仪表还有IEEE-488接口或RS-232接口，使用时要根据具体要求选用。

（4）输入电阻和零电流的选择

数字万用表的输入电阻过低和零电流过高都会引起测量误差，关键要看测量装置所允许的极限值是多少，即要看信号源的内阻大小。信号源阻抗高时应选择高输入阻抗、低零电流的仪器，可以忽略其影响。

（5）显示形式的选择

数字万用表的显示形式不仅限于数字，还可以显示图表、文字和符号，以便于现场观测、操作和管理。根据显示器件的外形尺寸可分为小型、中型、大型及超大型四类。

（6）稳定性和安全保护性的选择

和大多数仪器一样，万用表自身也有测量稳定性，其测量结果的准确性与其使用时间、环境温湿度等相关。如果万用表的稳定性差，在使用一段时间后，万用表有时就会“自相矛盾”——测量结果不一致。因此要非常注意此方面的问题，注重校准和维修。

大多数维护工程师使用万用表，最担心万用表的保护性差，不经意中表笔线插错或测试档选错，将导致万用表不必要的损害，影响工作。因此万用表的安全性非常重要，有些好的万用表自我保护性能很好，像有些万用表插错表笔线时，会自动产生蜂鸣报警。

【重要提醒】

万用表的选择，要实用、好用才行。

【知识窗】

数字万用表和指针式万用表比较见表1-8，它们各有优缺点，很难说谁好谁坏。

表1-8　数字万用表和指针式万用表的比较

1.2.3　万用表维护与保养

1.正确操作最重要，违规是大忌

万用表作为频繁使用的测量工具，一般无须特定的保养。万用表的故障绝大部分是由于操作使用不当引起的。因此，按照说明书规定的操作方法及步骤正确使用万用表，不违反禁忌事项，是最好的维护与保养方法。

例如，指针式万用表在使用之前应水平放置，并检查指针是否在零位，若不在零位，则应调整机械零位调节螺钉，使指针指向零位。要根据测量的对象将量程选择转换开关旋到需要的档位。尤其要注意量程种类的选择，不能有错误。若用电阻量程去测量电压、电流，必然会引起烧毁万用表内部电路元器件的严重后果。又如在路测量电阻时，如果没有对大电容采取放电的措施，不仅会引起测量误差，很有可能烧毁万用表的保险装置。

使用数字万用表前，应认真阅读有关的使用说明书，熟悉电源开关、量程开关、插孔、特殊插口的作用。将电源开关置于ON位置。如果无法预先估计被测电压或电流的大小，则应先拨至最高量程档测量一次，再视情况逐渐把量程减小到合适位置。测量完毕，应将量程开关拨到最高电压档，并关闭电源。

2.指针式万用表的维护与保养

1）为了减小测量误差，必须合理地选择量程。对于指针式（模拟式）万用表，指针偏转到满度值的2/3～3/4位置时测量误差较小，越接近满度值，其误差越小。欧姆档则不同，应使指针尽量落在欧姆刻度尺中心位置附近较为理想，越接近中心则越准确。

2）对于指针式万用表，保证准确性的工作环境温度通常规定为23℃±10℃，若温度偏差太大，将影响表头的灵敏度，并改变表内元器件的参数，造成温度误差；环境湿度一般为40%～60%，极限范围为25%～80%，过于潮湿会降低万用表的绝缘强度，并促使表内元器件变质。由于这种表属于磁电式仪表，故在使用时不要接近较大的导磁材料，如避免直接放置于钢铁材料工作台面上或尺寸较大的铁质设备上，表的附近更不能存在较强的电磁场。在强磁场附近使用万用表，测量误差会增大，测量结果将不准确。

3）万用表在使用过程中不要碰撞硬物或跌落到地面上。因为严重的冲击将导致表壳破裂、万用表的表头磁钢退磁而造成灵敏度下降、表头可动部分（动圈、游丝、轴尖等）损坏等。还要尽量避免阳光直射、灰尘弥漫的空气和腐蚀性物质对万用表的损害。

4）在测量较高电压（如220V）或较大电流（如0.5A）时不能带电拨动转换开关，否则产生电弧，容易烧坏开关的触头。如需换档，应先断开表笔，换档后再去测量。

5）更换万用表的熔丝管时，必须选同一规格的熔丝管，如图1-16所示。

图1-16　万用表的熔丝管

6）万用表使用一段时间后，转换开关会出现接触不良、转动阻力大等故障，这时就应进行保养。方法是拧下万用表后的紧固螺钉，打开后盖，再拧下电路板上固定螺钉，拧下电路板中部转换旋钮的螺母，取下转换触头，轻轻抬高电路板，将转换旋钮轻轻拉出，用无水酒精对触头清洗；清洗完毕，按照与拆卸相反的步骤进行安装，如图1-17所示。

图1-17　转换开关触点的维护与保养

7）万用表应定期校验。若无专用的校验仪，可用三位半位数字万用表代替；电阻档也可用标准电阻箱来校准。校验时环境温度应保持在20±5℃，以免引起附加温度误差。

8）不得用欧姆档检测各种电池的内阻，也不得直接测量高灵敏度表头的内阻。前者极易损坏万用表，后者往往造成被测表头打坏指针，甚至可能烧坏动圈。

9）指针式万用表判断晶体管的性能时，一般应选用R×100或R×1k档，而不宜采用R×1和R×10k档。因为R×1档不便于观测管子的漏电流；而R×10k档因其内部装有高压电池（MF24型、500型为9V；MF10型、MF12型和MF30型为15V；MF5型、MF121型为22.5V），势必会导致某些耐压较低的管子被高电压击穿而产生错误的测试结果，甚至造成被测管子损坏。

10）如果长期不使用，应将万用表内部的电池取出来，以免电池腐蚀表内其他元器件，如图1-18所示。

图1-18　长期不使用应取出电池

3.数字万用表的维护与保养

1）数字万用表是一种精密电子仪表，使用时要倍加关注环境温度、湿度等因素对测试性能和万用表本身的影响。由于显示屏液晶材料是介于固体和液态之间的一种晶状物质，当温度过高时将会发生液化，而温度低于0℃时则可能发生固化，这种现象均会降低其使用寿命。再者，尽管通常情况下规定的工作温度范围一般是0～40℃，但准确度指标是在特定的温、湿度状况下才能保证的，超出此范围将引起附加误差。如DT1000型四位半万用表的准确度为23℃±5℃、相对湿度低于75%时测取的，且有效时间仅定为一年。

2）如果事先无法估量被测电压或电流的大致范围，必须先将量程选择开关置于相应测量种类的最高档位，然后根据测量显示（指示）值的大小而适当变更。对于自动转换量程的数字万用表，则可免去这种顾虑，并能可靠地避免过载现象。然而，这种表的测量过程较长，即使被测电量十分微小，也必须遵守程序规则，自动地从最高量程逐渐降低，直至适宜为止。与此相反，有的数字万用表则是从最低量程向最高量程逐档自动变换的。

3）测量前应检查表笔是否处于正确孔位。拨动量程开关时用力要适度，避免可能造成开关金属片的损坏。使用完毕，量程开关最好置于交流高压档，同时要关闭电源开关。若长期不用，应取出电池，如图1-19所示。

图1-19　长期不用应取出电池

4）万用表在任何情况下都不能受到强烈的机械振动和跌落等冲击，因为严重的冲击将导致表壳破裂、数字万用表的液晶显示屏失效，还要尽量避免阳光直射、灰尘弥漫的空气和腐蚀性物质对万用表的损害。

5）由于数字万用表欧姆档的内阻很高，所能提供的测试电流极其微弱（如20kΩ档：DT-830型为75μA；DT-840D型为60μA），在判别半导体元器件时不足以克服PN结的死区电压，因而测出的阻值比指针式万用表高出许多，而且两种表的读数之间不存在线性比例关系，故构不成判断管子性能优劣的依据，应当改换至二极管测试档上进行检测。

6）数字万用表常使用一只9V叠层电池，一般使用几个月就要更换。建议购买型号为GP-15F8K的9V充电电池替代，这样使用成本会降低。

7）数字万用表应定期校准。校准时，应选用同类或精度更高的数字仪表，按先校直流档，然后校交流档，最后校电容档的顺序进行。

8）数字万用表在欧姆档、二极管测试档和蜂鸣器档位置上，红表笔与表内高电位相接而带正电，黑表笔因接表内虚地而带负电。这显然与指针式万用表欧姆档上表笔的带电极性完全相反，在检测有极性的元器件或相关电路时，要务必充分注意。

9）对于数字万用表，当被测电流较大时（如大于200mA），应当改用万用表面板上的大电流专用插孔（如10A或20A等）插接表笔，但绝大多数数字万用表的大电流量程没有设置过电流保护措施，必须提防过载现象发生。除此之外，也不得将数字万用表长期串入负荷线路中作为大量程电流表使用，测量时间一般不能超过15s。

10）定期用湿布蘸中性清洁剂清理仪表的外壳。不能用香蕉水擦洗数字显示屏部分，否则屏幕会变成雾蒙蒙的，显示数字就看不清楚了，如图1-21所示。

图1-20　注意保护显示屏

【重要提醒】

1）当用欧姆档检测电路元器件或电路系统时，必须首先切断被测装置或系统的供电电源。如果被测对象中含有储电量较大的电容器时，还必须以适当的方式对其放电，在确认被测部分没有电源性因素的前提下，方可进行测量，否则，极易损坏万用表，尤其是指针式万用表。

2）普通万用表交流测量档只适宜测量正弦波电压或电流的有效值，不能直接测量锯齿波、三角波、方波等非正弦电量。即便是正弦波电量，其频率参数和波形失真度也必须符合万用表的技术条件，否则，测量误差将显著增大。非正弦波电压或电流的有效值一般可用电动式、电磁式仪表或有效值数字万用表进行测量。

3）在测量电压和电流的过程中，最好不要变换选择开关的档位，尤其是在较高电压和较大电流的情况下，选择开关在切换过程中很容易产生电弧而烧伤开关的触头，并损坏内部元器件及电路。

4）遇到万用表内熔丝管熔断时，要按说明书中指定的规格进行更换，切莫随意扩大或减小熔丝管的规格。