论文导读:：在进行万用表使用的教学过程中，常常遇到一些学生原理不清，以至出现操作错误或不会使用的现象。本文由万用表的结构及工作原理，在讨论和分析多量程的工作原理的基础上针对使用中存在的问题，提出了改进教学方法的一些建议。
关键词：表头，转换开关，量程，支路
1、引言
全国中等职业技术学校电工类专业通用教材《电工技能训练》2001年6月第3版，教材中以500型万用表的面板图为例来说明其使用方支及注意事项。由于万用表是多量程的，它的结构型式又多种多样，不同型号的万用表，其面板上的布置也有所不同。因此要做到熟练和正确使用万用表，不但要了解其各个调节旋钮的用途和使用方法，而且要熟悉各标度尺的用途，才能准确地读出所需测量的数据。在对学生实习指导中 ，我们采用的是MF47型万用表，这种万用表的面板上除转换开关比500型的少一个外，表头和500型基本相同，功能却比较多。学生在学习中也经常遇到和出现一些问题。首先是在认识表头时产生疑惑，为什么交、直流电压（ ）与直流电流（mA)用的是同一刻度线？在拨动转换开关时，为什么转动开关到一个档位会引起量程的变化？为解决这些问题，我们在教学中作了进一步的分析讨论。
2、万用表的结构及工作原理
万用表的结构主要由测量机构（俗称表头）、测量线路和转换开关三大部分组成。万用表的表头是一个磁电系测量机构，图1为一个最简单的万用表原理电路图。图中S1是一个具有12个分接头的转换开关，用来先择测量种类和量程。S2是一个单刀双掷开关。测量电阻时，S2拨至“2”位，进行其他测量时，S2拨至“1”位。
下面说明万用表的工作原理
2.1直流电流的测量
测量直流电流时，S1可拨在4、5、6三个位置，S2拨在1位置。被测电流从“+”端流入，“—”端流出。R1、R2、R3、R4为并联分流电阻，拨动S1可改变测量电流的量程，这种电流表并联分流电阻扩大量程原理是一样的。
2.2直流电压的测量
测量直流电压时S1可拨在10、11、12三个们位置，S2拨在1位置。被测电压加在“+” “—”两端转换开关，R5、R6、R7为串联附加电阻，拨动S1就可以得到不同的电压量程，这个电压表串联附加电阻扩大电压量程的原理是一样的。
2.3电阻测量
测量电阻时，S1可拨在7、8、9三个位置，S2应拨在2位置，将表内电池接入电路。被测电阻接在万用表的“+” “—”端，表头内就有电流通过，拨动S1时就可以得到不同的量程。如果被测电阻未接入，则输入端开路，表内无电流通过，指针不偏转，所以欧姆档标度尺的左侧是“欧姆∞”符号；如果输入端短路，则被测电阻为0，此时指针偏转角最大，所以标度尺的右侧是“欧姆0”。
2.4交流电压测量
测量交流电压时，S1可拨在1、2、3三个位置，S2在1位置。由于磁电系仪表只能测量直流，故在测量交流电压时，需把交流变成直流后进行测量。图1中的两个二极管即为整流器，它使交流电压正半波通过表头，而负半波不通过表头，通过表头的电流为单相脉动电流。R11、R12、R13为串联附加电阻，拨动S1可以得到不同的交流电压量程。
3、多量程的工作原理分析
从以上万用表的结构及工作原理看到，转换开关既可以选择测量种类，又可以选择量程。实际中用于测量电压、电流的多量程电表是由微安计（基本电流表辜）与一些电阻联接组成的。微安计所能测量的最大电流为该微安计的量程（电表指针偏转到最大），如一个微安计，它测量的最大电流为50μA，就说该微安计的量程为50μA。在测量时，通过电流表的电流不能超过电流表的量程，否则将损坏电表。
下面通过一例电压量程的扩展来说明多量程的工作原理
图2 多量程电压表头
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如图2所示电路是微安计与电阻串联组成的多量程电压表电路。已知微安计内阻R1＝1kΩ，各档分压电阻分别为R2＝9kΩ，R3＝90kΩ，R4＝900kΩ；这个电压表的最大量程用端钮“0”、“4”测量，端钮“1”、“2”、“3”均断开时为500V。求表头所允许通过的最大电流及其它量程的电压值。
当用“0”、“4”测量时，电压表的总电阻R=R1+R2+R3+R4=1+9+90+900=1000kΩ
若这时所测的电压恰为500V（这时表头也达到满量程），则通过表头的最大电流I= = =0.5mA
当开关在“1”档时（“2”、“3”、“4”端钮断开）
U10=R1×I=1×0.5=0.5V
当开关在“2”档时（“1”、“3”、“4”端钮断开）
U20=（R1+R2）×I=（1+9）×0.5=5V
当开关在“3”档时（“1”、“2”、“4”端钮断开）
U30=（R1+R2+R3）×I=（1+9+90）×0.5=50V
由此可见，直接利用该表头测量电压，它只能测量0.5V以下的电压，而串联分压电阻R2、R3、R4以后，作为电压表，它就有0.5V、5V、50V、500V四个量程，实现了电压表的量程扩展。
电流表的量程扩展可以通过并联分流电阻加以实现期刊网。这从万用表原理电路图中可以明显看出。
改变表头与电阻的串并联关系就可得到不同量程的电压值或电流值，而加在电阻上的电流与电压是同时存在、同时消失的，因此在面板上表针指示刻度电压与电流使用同一刻度线指示。
4、万用表使用教学中遇到的问题及建议
在万用表使用的教学过程中，出现和遇到的问题多种多样，现把具有代表性的问题归纳如下：
4.1概念不清，不会读数
针对这一问题，可从万用表的结构上入手，测量前应认真检查表笔位置，红色表笔应接在标有“+”的接线柱上（内部电池为负极），黑表笔应接在标有“—”的接线柱上（内部电池为正极）。在测量电压时，应并联接入被测电路；在测量电流时应串联接入被测电路。在测量直流电流、电压时，红表笔应接被测电路的正极转换开关，黑表笔应接被测电路负极，以避免极性接反而造成仪表损坏。
根据测量对象，将转换开关拨到相应档位。有的万有表有两个转换开关，一个选择测量种类，另一个改变量程，在使用时应先选择测量种类，然后选择量程。
读数时，要根据测量的对象在相应的标度尺读取读数。
如图3所示，上面为MF47型万用表的测直流电压、直流电流、交流电压时的表盘上的刻度线；中间是测交流电压时的量程；下面为转换开关。
刻度线下有3行数字：第一行0、50、100、150、200、250；第二行0、10、20、30、40、50；第三行0、2、4、6、8、10，这是为读数方便所设，刻度线为等分刻度，第一行每小格为5，第二行每小格为1，第三行每小格为0.2测电压时单位为V，测电流时为mA。
现假如要测量交流电压，档位选择在交流500V，测量后指针在?位置，所测量后的电压值为多少呢？
为读数方便，可看第一行或第二行数字。第一行表盘刻度满量程为250V，指针在?位置，表盘数值为150+8×5=190V，而档位选择在交流500V上，即满量程为500V，那么实测数值为190×2=380V；第二行表盘刻度满量程为50V，指针在?位置，表盘数值为30+8×1=38V，而档位选择在交流500V上，即满量程为500V，那么实测数值为38×10=380V。
4.2操作不当，损坏仪表
在变换测量种类时，时常有学生忘记拨动转换开关的现象。如果误用电流档或电阻档去测电压，就有可能损坏表头，甚至造成测量线路短路。因此测量电压、电流时，要有专人监护。
在万用表使用的操作中，有个别学生出于好奇，将仪表后面的电池盖板打开，将转换开关拨到直流电压档的适当量程位置上，直接测表内的电池练习读表。测完后，准备做测量直流电阻练习。他们将转换开关拨到所需测量的电阻档R×1k上，先将测试棒二端短接，但却出现了指针不能回零的现象。
根据万用表的工作原理，上述操作测直流电压时，不影响正常使用，而在这种情况下，再使用电阻档，将有可能损坏表头保护电路。经检查以后发现高速熔断保险丝管（250V，0.5A）断路。
4.3量程选择不当，误差偏大
选择量程时，应尽可能使被测量值达到表头量程的1/2或2/3以上，以减小测量误差，若事先不知道被测量程的大小，应先选用最大量程试测，再逐步换用适当的量程。
有些学生在测电阻时转换开关，开始知道调整零欧姆调整旋钮，变换倍率后就忘了调零。测量时用拇指和食指拿着电阻或者表棒离电阻太近以至触及元件外皮，这些不规范的操作都会使误差偏大。选择倍率时应从高倍率到低倍率逐级调档，每调一次倍率都要重新调零，而测半导体元件时应用R×1k档，不能用高阻档，以免损坏半导体元件。
4.4不严格按步骤操作导致判别失误
图4 用干电池和万用表判别三相异步电动机定子绕组首尾端
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如图4为用干电池和万用表判别三相异步电动机定子绕组首尾端的电路图。判别步骤是：
第一步用万用表电阻档分相。
第二步将万用表的转换开关拨到直流电流档的小量程上（用0.05mA或0.5mA档），再把任意一相的两个线端接到表棒上，并指定接到表“+”端的该相绕组的首端，接表“-”端的为尾端，然后将第二相绕组的两个线端分别接干电池的“+”和“—”极，在干电池接通瞬间，若表针正向偏转，则接电池正极的为第二相绕组的尾端；若表针反向偏转，则接电池正极的为第二相绕组的首端。
第三步，万用表所接的那相绕组不动，用判别第二相绕组的方法可判别出第三相绕组的首尾端。
有的学生在操作时，将判别出的第二相绕组按首尾也接在万用表的两表棒线端，即给万用表的电流档增加了支路。这样操作有两种可能：一是第二相绕组首尾端判别正确，不影响继续判别第三相绕组的两个首尾端；二是第二相绕组首尾端判别错误，继续第三相绕组首尾端判别时，万用表指针不动，无法进行判别。因此最好不要增加支路，给判别带来不必要的麻烦。
5结束语
万用表的教学是一项实践性很强的课题，教学中可能会出现许多新问题需要分析解决。表内设计的电压、电流、电地有着千丝万缕的联系，因此在操作中要特别细心严格按照测试对象的不同，明确相关的注意事项，避免操作中的失误。
参考文献
陈惠群电工作业安全技术北京气象出版社2003
张永瑞电路分析基础西安西安电子科技大学出版社1998
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