2.1　指针万用表的测量原理与使用

2.1.1　面板说明

指针万用表是一种广泛使用的电子测量仪表，它由一只灵敏度很高的直流电流表（微安表）做表头，再加上挡位选择开关和相关的电路组成。指针万用表可以测量电压、电流、电阻，还可以测量电子元器件的好坏。指针万用表种类很多，使用方法都大同小异，本节以MF-47新型指针万用表为例进行介绍。

MF-47新型指针万用表外观如图2-1所示。它在早期MF-47型万用表的基础上增加了很多新的测量功能，如增加了电容量、电池电量、稳压二极管稳压值的测量功能，另外还有电路通路蜂鸣测量和电阻箱等功能。从图2-1中可以看出，MF-47新型指针万用表面板上主要有刻度盘、挡位选择开关、旋钮和一些插孔。

1.刻度盘

刻度盘如图2-2所示，它由9条刻度线组成。

第1条标有“Ω”符号的为欧姆刻度线。在测量电阻阻值时察看该刻度线。这条刻度线最右端刻度表示的阻值最小，为0；最左端刻度表示的阻值最大，为∞（无穷大）。在未测量时表针指在左端无穷大处。

第2条标有和“mA”符号的为直、交流电压/直流电流刻度线。在测量直、交流电压和直流电流时都察看这条刻度线。该刻度线最左端刻度表示最小值，最右端刻度表示最大值，该刻度线下方标有三组数，它们的最大值分别是250、50和10。当选择不同挡位时，要将刻度线的最大刻度看作该挡位最大量程数值（其他刻度也要相应变化）。如挡位选择开关拨至50V挡测量时，表针指在第二刻度线最大刻度处，表示此时测量的电压值为50V（而不是10V或250V）。

第3条标有“AC10V”字样的为交流10V挡专用刻度线。在挡位开关拨至交流10V挡测量时察看该刻度线。

第4条标有“C（μF）”字样的为电容量刻度线。在测量电容容量时察看该刻度线。

第5条标有“IC/IB hFE”字样（在刻度线右方）的为三极管放大倍数刻度线。在测量三极管放大倍数时察看该刻度线。

第6条标有“LV”字样的为负载电压刻度线。在测量稳压二极管稳压值和一些非线性元件（如整流二极管、发光二极管和三极管的PN结）正向压降时察看该刻度线。

第7条标有“L（H）50Hz”字样的为电感量刻度线。在测量电感的电感量时察看该刻度线。

第8条标有“dB”字样的为音频电平刻度线。在测量音频信号电平时察看该刻度线。

第9条标有“BATT”字样的为电池电量刻度线。在测量1.2～3.6V电池是否可用时察看该刻度线。

2.挡位选择开关

当用万用表测量不同的量时，应将挡位选择开关拨至不同的挡位。挡位选择开关如图2-3所示，它可以分为多类挡位，除通路蜂鸣挡和电池电量挡外，其他挡位根据测量值的大小又细分成多挡。

3.旋钮

指针万用表面板上的旋钮有机械校零旋钮和欧姆校零旋钮，其中机械校零旋钮参见图2-1，欧姆校零旋钮参见图2-1和图2-3。

机械校零旋钮的作用，是在使用万用表测量前将表针调到刻度盘电压刻度线（第2条刻度线）的“0”刻度处（或欧姆刻度线的“∞”刻度处）。

欧姆校零旋钮的作用，是在使用欧姆挡或通路蜂鸣挡测量挡时，按一定的方法将表针调到欧姆刻度线的“0”刻度处。

4.插孔

万用表的插孔参见图2-3。

在图2-3中左下角标有“COM”字样的为黑表笔插孔，标有“+”字样的为红表笔插孔；图2-3中右下角标有字样的为高电压测量插孔（在测量大于1000V而小于2500V的电压时，红表笔须插入该插孔），标有“10A”字样的为大电流测量插孔（在测量大于500mA而小于10A的直流电流时，红表笔须插入该插孔）；图2-3中左上角标有“P”字样的为PNP型三极管插孔，标有“N”字样的为NPN型三极管插孔。

2.1.2　测量原理

指针万用表内部有一只直流电流表，为了让它不但能测直流电流还能测电压、电阻等电量，需要给万用表加相关的电路。下面就介绍万用表内部各种电路如何与直流电流表配合进行各种电量的测量。

1.直流电流的测量原理

万用表直流电流的测量原理如图2-4所示，图中右端虚线框内的部分为万用表测直流电流时的等效电路，左端为被测电路。

在图2-4中，如果想测量流过灯泡的电流大小，首先要将电路断开，然后将万用表的红表笔接A点（断口的高电位处），黑表笔接B点（断口的低电位处）。这时被测电路的电流经A点、红表笔流进万用表。在万用表内部，电流经挡位开关S的“1”端后分为两路：一路流经电阻R1、R2，另一路流经电流表，两电流在F点汇合后再从黑表笔流出而进入被测电路。因为有电流流经电流表，电流表表针偏转，从而指示被测电流的大小。

如果被测电路的电流很大，为了防止流过电流表的电流过大而表针无法正常指示或电流表被烧坏，可以将挡位开关S拨至“2”端（大电流测量挡），这时从红表笔流入的大电流经开关S的“2”端到达D点，电流又分作两路：一路流经R2，另一路流经R1、电流表，两电流在F点汇合后再从黑表笔流出。因为在测大电流时分流电阻小（测小电流时分流电阻为R1+R2，而测大电流时分流电阻为R2），被分流掉的电流大，再加上R1的限流，所以流过电流表的电流不会很大，电流表不会被烧坏，表针仍可以正常指示。

从上面的分析可知，万用表测量直流电流时有以下规律：

① 用万用表测直流电流时，需要将电路断开，并且红表笔接断口的高电位处，黑表笔接断口的低电位处。

② 用万用表测直流电流时，内部需要并联电阻进行分流，测量的电流越大，要求分流电阻越小，所以在选用大电流挡测量时，万用表内部的电阻很小。

2.直流电压的测量原理

万用表直流电压的测量原理如图2-5所示，图中右端虚线框内的部分为万用表测直流电压时的等效电路，左端为被测电路。

在图2-5中，如果要测量被测电路中电阻R两端的电压（即A、B两点之间的电压），应将红表笔接A点（R的高电位端），黑表笔接B点（R的低电位端）。这时从A点会有一路电流流进红表笔，在万用表内部经挡位开关S的“1”端和限流电阻R2后流经电流表，再从黑表笔流出到达B点。A、B之间的电压越高（即R两端的电压越高），则流过电流表的电流就越大，表针摆动幅度越大，指示的电压值也就越高。

如果A、B之间的电压很高，流过电流表的电流就会很大，则会出现表针摆动幅度超出指示范围而无法正常指示或者电流表被烧坏的情况。为避免这种情况的发生，在测量高电压时，可以将挡位开关S拨至“2”端（高电压测量挡），这时从红表笔流入的电流经开关S的“2”端，再由R1、R2限流后流经电流表，然后从黑表笔流出。因为测高电压时万用表内部的限流电阻大，故流进内部电流表的电流不会很大，电流表不会被烧坏，表针可以正常指示。

从上面的分析可知，万用表测量直流电压时有以下规律：

① 用万用表测直流电压时，红表笔要接被测电路的高电位处，黑表笔接低电位处。

② 用万用表测直流电压时，内部需要用串联电阻进行限流，测量的电压越高，就要求限流电阻越大。所以在选用高电压挡测量时，万用表内部的电阻很大。

3.交流电压的测量原理

万用表交流电压的测量原理如图2-6所示，图中右端虚线框内的部分为万用表测交流电压时的等效电路，左端为被测交流信号。

从图2-6中可以看出，万用表测交流电压与测直流电压时的等效电路大部分是相同的，但在测交流电压时增加了由VD1、VD2构成的半波整流电路。因为交流信号的极性是随时变化的，所以红、黑表笔可以随意接在A、B点。为了叙述方便，将红表笔接A点，黑表笔接B点。

在测量时，如果交流信号为正半周，那么A点为正，B点为负，则有电流从红表笔流入万用表，再经挡位开关S的“1”端、电阻R1和二极管VD1流经电流表，然后由黑表笔流出到达交流信号的B点。如果交流信号为负半周，那么A点为负，B点为正，则有电流从黑表笔流入万用表，经二极管VD2、电阻R1和挡位开关S的“1”端，再由红表笔流出到达交流信号的A点。测交流电压时只有半周有电流流过电流表，表针会摆动，并且交流电压越高，表针摆动的幅度越大，指示的电压越高。

如果被测交流电压很高，可以将挡位开关S拨至“2”端（高电压测量挡），这时从红表笔流入的电流需要经过限流电阻R2、R1，因为限流电阻大，故流过电流表的电流不会很大，电流表不会被烧坏，表针可以正常指示。

从上面的分析可知，万用表测量交流电压时有以下规律：

① 用万用表测交流电压时，因为交流电压极性随时变化，故红、黑表笔可以任意接在被测交流电压两端。

② 用万用表测交流电压时，内部需要用串联电阻进行限流，测量的电压越高，就要求限流电阻越大。另外内部还需要整流电路。

4.电阻阻值的测量原理

万用表测量电阻阻值的原理如图2-7所示，图中右端虚线框内的部分为万用表测电阻阻值时的等效电路，左端为被测电阻Rx。由于电阻不能提供电流，所以在测电阻时，万用表内部需要使用直流电源（电池）。

电阻无正、负之分，故在测电阻阻值时，红、黑表笔可以随意接在被测电阻两端。在测量电阻时，红表笔接在被测电阻Rx的一端，黑表笔接另一端，这时万用表内部电路与Rx构成回路，有电流流过电路，电流从电池的正极流出，在C点分作两路：一路经挡位开关S的“1”端、电阻R1流到D点，另一路经电位器RP、电流表流到D点，两电流在D点汇合后从黑表笔流出，再流经被测电阻Rx，然后由红表笔流入，回到电池的负极。

被测电阻Rx的阻值越小，回路的电阻也就越小，流经电流表的电流就越大，表针摆动的幅度也就越大，指示的阻值越小。这一点与测电压、电流是相反的（测电压、电流时，表针摆动幅度越大，指示的电压或电流值越大），所以万用表刻度盘上电阻刻度线标注的数值大小与电压、电流刻度线是相反的。

如果被测电阻阻值很大，则流过电流表的电流就很小，这样表针摆动幅度很小，读数困难且不准确。为此，在测量高阻值电阻时，可以将挡位开关S拨至“2”端（高阻值测量挡），接入的电阻R2的阻值比低挡位的电阻R1大。因为R2阻值较大，所以经R2分流掉的电流较小，流过电流表的电流较大，表针摆动的幅度较大，使得测量高阻值电阻时也可以很容易从刻度盘准确读数。

从上面的分析可知，万用表测量电阻阻值时有以下规律：

① 在测电阻阻值时，万用表内部需要用到电池（在测电压、电流时，电池处于断开状态）。

② 在测电阻阻值时，万用表的红表笔接内部电池的负极，黑表笔接内部电池的正极。

③ 在测电阻阻值时，被测电阻阻值越大，表针摆动的幅度就越小；被测电阻阻值越小，表针摆动的幅度就越大。

2.1.3　使用方法

本节以MF-47新型指针万用表为例来说明指针万用表的使用方法。

1.使用前的准备工作

指针万用表在使用前需要安装电池、机械校零和安插表笔。

（1）安装电池

指针万用表工作时需要安装电池，电池的安装如图2-8所示。

在安装电池时，先将万用表后面的电池盖取下，然后将一节2号1.5V电池和一节9V电池分别安装在相应的电池插座中，安装时要注意：两节电池的正负极性必须与电池盒标注极性一致。如果万用表不安装电池，则电阻挡（兼做电容量/负载电压/hFE挡）和通路蜂鸣挡将无法使用，而电压、电流挡仍可使用。

（2）机械校零

机械校零操作图如图2-9所示。

将万用表平放在桌面上，观察表针是否指在电压/电流刻度线左端“0”位置（即欧姆刻度线左端“∞”位置）；如果未指向该位置，可用螺丝刀（俗称起子）调节机械校零旋钮，让表针指在电压/电流刻度线左端“0”处即可。

（3）安插表笔

万用表有红、黑两根表笔，测量时应将红表笔插入标“+”字样的插孔中，黑表笔插入标“COM”字样的插孔中。

2.直流电压的测量

MF-47新型指针万用表的直流电压挡位可细分为0.25V、1V、2.5V、10V、50V、250V、500V、1000V、2500V挡。

（1）直流电压的测量步骤

直流电压的测量步骤如下：

① 测量前，先估计被测电压的最大值，选择合适的挡位，即选择的挡位要大于且最接近所估计的最大电压值，这样测量值更准确。若无法估计，可先选最高挡测量，再根据大致测量值重新选取合适的低挡位进行测量。

② 测量时，将红表笔接被测电压的高电位处，黑表笔接被测电压的低电位处。

③ 读数时，找到刻度盘上直流电压刻度线，即第2条刻度线，观察表针指在该刻度线何处。由于第2条刻度线标有3组数（3组数公用一条刻度线），读哪一组数要根据所选择的电压挡位来确定。例如，测量时选择的是250V挡，读数时就要读最大值为250的那一组数；在选择2.5V挡时仍读该组数，只不过要将250看成是2.5，该组其他数也要做相应变化。同样地，在选择10V、1000V挡测量时要读最大值为10的那组数，在选择50V、500V挡位测量时要读最大值为50的那组数。

直流电压测量补充说明：

① 如果要测量1000～2500V电压，挡位选择开关应拨至1000V挡，红表笔插入2500V专用插孔，黑表笔仍插在“COM”插孔中，读数时选择最大值为250的那一组数。

② 直流电压0.25V挡与直流电流50μA挡是公用的。在选择该挡测直流电压时，可以测量0～0.25V范围内的电压，读数时选择最大值为250的那一组数；在选择该挡测直流电流时，可以测量0～50μA范围内的电流，读数时选择最大值为50的那一组数。

（2）直流电压测量举例

一节干电池电压的测量操作图如图2-10所示。

估计一节电池的电压不会超过2V，因此将挡位选择开关拨至直流电压2.5V挡，然后将红表笔接电池的正极，黑表笔接电池的负极。读数时，察看表针在第2条刻度线所指的刻度，并观察该刻度对应的数值（最大值为250那组数），发现表针所指刻度对应数值为155，那么该电池电压为1.55V（250看成2.5，155相应地要看成1.55）。

当然也可以选择10V、50V挡甚至更高的挡位来测量电池的电压，但准确度会下降；挡位偏离电池实际电压越大，准确度就越低。这与用大秤称小物体不准确的道理是一样的。

3.直流电流的测量

MF-47新型指针万用表的直流电流挡位可细分为50μA、0.5mA、5mA、50mA、500mA、10A挡。

（1）直流电流的测量步骤

直流电流的测量步骤如下：

① 先估计被测电路电流可能的最大值，然后选取合适的直流电流挡位，选取的挡位应大于并且最接近估计的最大电流值。

② 测量时，先要将被测电路断开，再将红表笔接断开位置的高电位处，黑表笔接断开位置的另一端。

③ 读数时，察看第2条刻度线，读数方法与直流电压测量时相同。

直流电流测量补充说明：当测量500mA～10A电流时，红表笔应插入10A专用插孔，黑表笔仍插在“COM”插孔中不动，挡位选择开关拨至500mA挡；测量时，察看第2条刻度线，并选择最大值为10的那组数进行读数，单位为A。

（2）直流电流测量举例

下面以测量流过一只灯泡的电流大小来说明直流电流的测量方法。灯泡电流的测量示意图如图2-11所示。

估计流过灯泡的电流不会超过250mA，故将挡位选择开关拨至250mA挡，再将被测电路断开，然后将红表笔接断开位置的高电位处，黑表笔接断开位置的另一端。这样才能保证电流由红表笔流进，从黑表笔流出，表针才能朝正方向摆动；否则表针会反偏。读数时发现表针所指刻度对应的数值为120，故流过灯泡的电流为120mA。

4.交流电压的测量

MF-47新型指针万用表的交流电压挡位可细分为10V、50V、250V、500V、1000V、2500V挡。

（1）交流电压的测量步骤

交流电压的测量步骤如下：

① 先估计被测交流电压可能的最大值，然后选取合适的交流电压挡位，选取的挡位应大于并且最接近所估计的最大电压值。

② 红、黑表笔分别接被测电压两端（交流电压无正负之分，故红、黑表笔可随意接）。

③ 读数时，察看第2条刻度线，读数方法与直流电压测量时相同。

交流电压测量补充说明：

① 当选择交流10V挡测量时，应察看第3条刻度线（10V交流电压挡测量专用刻度线），读数时选择最大值为10的一组数。

② 在测量1000～2500V交流电压时，挡位选择开关应拨至交流1000V挡，红表笔要插入2500V专用插孔，黑表笔仍插在“COM”插孔中，读数时选择最大值为250的那组数。

（2）交流电压测量举例

下面以测量市电电压的大小来说明交流电压的测量方法，测量操作图如图2-12所示。估计市电电压不会大于250V且最接近250V，故将挡位选择开关拨至交流250V挡，然后将红、黑表笔分别插入交流市电插座，读数时发现表针指在第2条刻度线的“230”处（读最大值为250那组数），则市电电压为230V。

5.电阻阻值的测量

测量电阻的阻值要用到欧姆挡，MF-47新型指针万用表的欧姆挡可细分为×1Ω、×10Ω、×100Ω、×1kΩ、×10kΩ挡。

（1）电阻阻值的测量步骤

电阻阻值的测量步骤如下：

① 选择挡位。先估计被测电阻的阻值大小，选择合适的欧姆挡位。挡位选择的原则是：在测量时尽可能让表针指在欧姆刻度线的中央位置，因为表针指在刻度线中央位置时的测量值最准确。若不能估计电阻的阻值，可先选高挡位测量；当发现阻值偏小时，再换成合适的低挡位重新测量。

② 欧姆校零。挡位选好后要进行欧姆校零，欧姆校零过程如图2-13所示，先将红、黑表笔短接，观察表针是否指到“Ω”刻度线（即第1条刻度线）的“0”刻度处；如果表针没有指在“0”刻度处，则可调节欧姆校零旋钮，将表针调到“Ω”刻度线的“0”刻度处即可。

③ 红、黑表笔分别接被测电阻的两端。

④ 读数时，察看第1条刻度线，观察表针所指刻度数值，然后将该数值与挡位数相乘，得到的结果就是该电阻的阻值。

（2）欧姆挡使用举例

下面以测量一个标称阻值为120Ω的电阻为例来说明欧姆挡的使用方法。

由于电阻的标称阻值为120Ω，为了使表针能尽量指到刻度线中央，可选择×10Ω挡，然后进行欧姆校零，再将红、黑表笔分别接被测电阻两端并观察表针在欧姆刻度线的所指位置，发现表针指在数值“12”位置，则该电阻的阻值为12×10Ω=120Ω，如图2-14所示。

6.通路蜂鸣测量

通路蜂鸣测量是MF-47新型指针万用表新增的功能，利用该功能可以测量电路是否处于通路状态。若处于通路状态（电路阻值低于10Ω），万用表会发出1kHz的蜂鸣声，这样用户测量时不用察看刻度盘即能了解电路通断情况。

MF-47新型指针万用表的“BUZZ（R×3）”挡用作通路蜂鸣测量。下面以测量一根导线为例来说明通路蜂鸣的测量方法，测量导线操作图如图2-15所示。通路蜂鸣挡测量导线的步骤如下：

① 将挡位开关拨至“BUZZ（R×3）”挡（即通路蜂鸣测量挡）。

② 将红、黑表笔短接进行欧姆校零。

③ 将红、黑表笔接被测导线的两端。

④ 如果万用表有蜂鸣声发出，表明导线处于通路状态。此时，若想知道该导线的电阻，可察看表针在“Ω”刻度线所指数值，该数值乘以3即为被测导线的电阻。

7.电池电量的测量（BATT测量）

电池电量测量挡用来测量电池电量情况，以确定被测电池是否可用。该挡可以测量1.2～3.6V各类电池（不含纽扣电池）的电量。

（1）电池电量判断方法

任何一种电池，都可以看成是由图2-16所示的电动势E和内阻r组成的。对于电量充足的电池，其内阻很小，当电池接入电路时，内阻上的压降很小，电池两端的电压U与电动势E基本相等，所以用万用表测电池电压时，测得实际电压为U。但电池用久后，其内阻增大，输出电流I变小，如果此时电池外接的负载电阻RL阻值很大，U=IRL值仍较大，则电池两端的电压U下降还不明显；若RL阻值较小，则U=IRL值很小。

总之，电量不足的电池的特征是：当接相同的负载时，其输出电流较新电池小。当接阻值小的负载时，其输出电压与新电池相比会明显下降；但接阻值大的负载时，输出电压下降不明显。

（2）电池电量测量原理

电池电量测量原理如图2-17所示，其中右端虚线框内部分为测量电池电量时万用表内部电路等效图。

在测量电池电量时，红、黑表笔分别接被测电池的正、负极，被测电池输出的电流流经万用表内部的电流表，表针会发生摆动。若被测电池电量充足，其内阻很小，输出电压很高，E、F两点间的电压高，电流表两端电压高，流过电流表的电流大，表针摆动幅度大，表示被测电池电量充足；若被测电池电量不足，其内阻很大，内阻上的压降增大，电池输出电流小，输出电压低，流过电流表的电流小，表针摆动幅度小，表示被测电池电量不足。电池电量测量与直流电压测量原理很相似，但实际两者存在较大的差别，在使用直流电压挡测量时，万用表的内阻很大（红、黑表笔之间万用表内部电路的总电阻）。例如，万用表选择直流电压2.5V挡时，其内阻为50kΩ；而选择电池电量测量挡时，万用表的内阻约为8～12Ω。

总之，电池电量测量原理是：在测量电池电量时，万用表为被测电池提供一个合适的负载，再将被测电池在该负载下对电流表表针驱动能力展现出来，从而判断电池电量是否充足。

（3）电池电量测量步骤

电池电量测量步骤如下：

① 将挡位开关拨到“BATT”挡（电池电量测量挡）。

② 将红、黑表笔分别接被测电池的正、负极。

③ 根据被测电池的标称值观察表针所指的位置。若指在绿框范围内，则表示电池电量充足；若指在“？”范围内，则表示电池尚可使用；若指在红框范围内，则表示电池电量不足。

补充说明：电池电量测量挡可以测量1.2～3.6V各类电池（但不含纽扣电池）的电量；对于纽扣电池，可用直流电压2.5V挡（该挡提供的负载RL为50kΩ）测量。

（4）电池电量测量举例

下面以测量一节1.5V电池电量来说明电池电量的测量方法，测量操作图如图2-18所示。

先将万用表的挡位开关拨到“BATT”挡，再将红、黑表笔分别接被测电池的正、负极，然后观察表针指示位置，发现表针指在“1.5V”绿框范围内，说明被测电池电量充足。

2.1.4　指针万用表使用注意事项

在使用指针万用表时要按正确的方法操作；否则，轻则会出现测量值不准确，重则会烧坏万用表，甚至发生触电事故，危害人身安全。使用指针万用表时的具体注意事项如下：

① 测量时不能选错挡位，特别是不能用电流挡或电阻挡来测电压，这样极易烧坏万用表。万用表不用时，可将其挡位拨至交流电压最高挡（如1000V挡）。

② 在测量直流电压或直流电流时，注意红表笔接电源或电路的高电位，黑表笔接低电位。若表笔接错，则测量表针会反偏，可能会损坏万用表。

③ 若不能估计被测电压、电流或电阻值的大小，应先用最高挡测量，再根据测得值的大小，换至合适的低挡位进行测量。

④ 测量时，手不要接触表笔金属部位，以免触电或影响测量精确度。

⑤ 测量电阻阻值和三极管放大倍数时要进行欧姆校零。如果欧姆校零旋钮无法将表针调到欧姆刻度线的“0”处，一般是因为万用表内部电池用久了，应及时更换电池。