物理实验指导书：数字万用表的使用.doc

海量资料 超值下载数字万用表的使用万用表是一种比较常用的电学仪器。它的用途很广，可用来测量交直流电压、电流、电阻等，还可用来检查电路。它的结构简单、使用方便，但准确度较低。万用表分为指针式（模拟式）和数字式两类。数字式万用表是一种新型的可以测量多种电参量，具有多种量程多功能的便携式仪表。本实验以UNI-T型万用表为例，介绍数字式万用表的简单结构、工作原理、维护与检查电路的知识。一、实验目的 、了解数字万用表的组成和特性。、了解数字万用表中分压、分流、整流，以及R/U转换测量不同类型电参量，不同测量范围（量程）的工作原理。、掌握数字万用表的使用，维护与检查电路的基本方法。二、实验仪器UNI-T型数字万用表 1台，电阻、交直流电源等。数字万用表的基本组成：一般的数字万用表主要由数字式电压基本表、测量电路、转换开关和数码显示器等部分组成（如方框图）。数字显示屏（LED或液晶）模数转换，译码驱动基准电压小数点驱动（配合被测量与量程）过压过流保护过压过流保护分挡电阻（R/U量程转换）分压器（量程转换）分流器（I/U量程转换）交流直流变换器AC/DC（放大、整流、滤波）直流被测量输 入交流VREF电流电压电阻VIN图（）数字万用表的基本组成方框图、转换开关转换开关的作用是当其置于不同位置时，并配合不同的插座，可接通不同的测量电路，把被测信号按照被测量的不同用途连接到不同的测量电路中。、测量电路测量电路的作用是将被测量的各种电量和电参量都转换为微小的直流电压，进而转换为能被数字式电压基本表接受的微小直流电信号。其转换器主要包括：）I/U（电流/电压）转换器：把被测电流信号转换为直流电压信号；）AC/DC（交流/直流）转换器：把被测的交流信号转换为直流电压信号；）R/U（电阻/电压）转换器：把被测的电阻转换为直流电压信号。、数字电压基本表数字电压基本表是数字式万用表的核心，它相当于指示类仪表的测量机构，其任务（功能）是用A/D（模拟/数字）转换器把被测的电压模拟量转换成数字量，并送入计数器中，再通过译码器转换成笔段码，最后驱动显示器显示出相应的数值。4、数码显示器数码显示器一般采用发光二极管（LED）和液晶显示器（LCD）。UNI-T型万用表采用三位半LCD显示器，即最高位只能显示“0”或“1”，最大显示值为1999。三、实验要求1技术特性（1）测量范围a)交、直流电压（交流频率为40Hz400Hz）； 量程分别为200mV、2V、20V、200V和1000V（直流）750V（交流）五档，直流精度：200mV、2V、20V、200V时为（读数的0.51个字），1000V时为（读数的0.82个字）；交流精度：200mV时为（读数的1.23个字），2V、20V、200V时为（读数的0.83个字），750V时为（读数的1.23个字）； 输入阻抗，交流、直流档均为10M。b)交、直流电流 量程分别为20A （仅直流）、200A、2mA、20mA 、200mA、2A和10A七档（直流）六档（交流），直流精度：20A为（读数的25个字）、200A、2mA为（读数的0.81个字）、200mA、2A为（读数的1.51个字）、10A为（读数的25个字）；交流精度：200A为（读数的1.83个字）、2mA、20mA为（读数的13个字）、200mA、2A为（读数的1.83个字）、10A为（读数的37个字），最大电压负荷为250mV（交流有效值）。c)电阻：量程分别为：200、2k、20k、200k、2M、20M和200M七档。精度：200为（读数的0.83个字）、2k、20k、200k、2M为（读数的0.81个字）、20M和200M为（读数的12个字）、200M为读数的5（10）10个字。d)二极管导通电压： 量程为01.5V，测试电流为1mA0.5 mA。e)三极管值检测： 测试条件为：VCE2.8V，IB10A。f)短路检测：测试电路电阻2010（2）采样时间：T S0.4S。2面板及操作说明a)显示器：三位半数字液晶显示屏b)电源开关（黄色POWER）：按下则接通电源，不用时应随手关断。c)功能量程开关：选择不同的测量功能（七档）和量程（）。d)10A电流插孔（不能测量大于10A电流）：当测量大于200mA、小于10A的交、直流电流时，红表笔应插入此10A电流插孔。e)A电流插孔：当测量小于200mA的交、直流电流时，红表笔应插入此电流插孔。f) V/插孔：当测量交、直流电压、电阻、二极管导通电压和短路检测时，红表笔应插入此V/插孔。g)接地公共端“COM”插孔：黑表笔始终插入此接地插孔中。h)值测试插座：将被测三极管的集电极、基极和发射极分别插入“C”、“B”、“E”插孔内，注意区分三极管是NPN型还是PNP型。3使用方法（1) 准备：a)将POWER开关按下，检查9V电池，如果电池电压不足，将显示在显示器上，这时需要更换电池。b)测试笔插孔旁边的“”符号，表示输入电压或电流不应超过显示值，这是为了保护内部线路免受损坏。c)测试之前，功能开关应置于你所需要的量程。（2）使用：A、直流电压测量a)将黑色笔插入COM插孔，红表笔插入V插孔。b)将功能开关置于V量程范围，并将测试表笔并接到待测电源或负载上，红表笔所接端子的极性同时显示。 注意* 如果不知被测电压范围。将功能开关置于最大量程并逐渐下调。* 如果显示器只显示“1”，表示过量程，功能开关应置于更高量程。* “”表示不要输入高于1000V的电压，显示更高的电压值是可能的，但有损坏内部线路的危险。* 当测量高电压时要格外注意避免触电。B、交流电压测量a)将黑表笔插入COM插孔，红表笔插入V插孔。b)将功能开关置于V量程范围，并将测试表笔并接到待测电源或负载上。注意* 参看直流电压“注意”。* “”表示不要输入高于750V有效值的电压，显示更高的电压值是可能的，但是有损坏内部线路的危险。C、直流电流测量a)将黑表笔插入COM插孔，当测量最大值为200mA（UT51为2A）以下的电流时，红表插入A插孔。当测量最大值10A的电流时，红表笔插入10A插孔。b)将功能开关置A量程，并将测试笔串联接入到待测负载回路里，电流值显示的同时，将显示红笔的极性。注意* 如果使用前不知道被测量电流范围，将功能开关置于最大的量程并逐渐下调。* 如果显示器只显示“1”，表示过量程，功能开关应置于更高量程。* 表示最大输入电流为200 mA（UT51为2A），过量的电流将烧坏保险丝，应即时再更换，10A量程有保险丝保护。D、交流电流的测量a)将黑表笔插入COM插孔。当测量最大值位200 mA（UT51为2A）以下的电流时，红表笔插入A插孔。当测量最大值为10A的电流时，红色笔插入10A插孔。b)将功能开关置于A量程，并将测试笔串联接入到待测负载回路里。注意* 参看直流电流测量“注意”。E、电阻测量a)将黑表笔入插入COM插孔。红表笔插入V插孔。b)将功能开关置于量程，将测试笔表并接到待测电阻上。注意* 如果被测电阻值超出所选择量程的最大值，将显示过量程“1”，应选择更高的量程，对于大于1M回更高的电阻，要几秒钟后读书才能稳定，对于高阻值读数这是正常的。* 当无输入时，例如开路情况，仪表显示“1”。* 当检查内部线路阻抗时，被测线路必须将所有电源断开，电容电荷放尽。F、二极管测试及蜂鸣通断测试a)将黑色表笔插入COM插孔，红标笔插入V插孔（红表笔极性为“+”）将功能开关置于“）”档，并将表笔连接到待测二极管上，读数为二极管正向压降的近似值。b)将表笔连接到待测线路的两端，如果两端之间电阻值低于约70，内置蜂鸣器发声。注意(二极管导通电压检测方法)在这一档位，红表笔接万用表内部正电源，黑表笔接万用表内部负电源。两表笔与二极管的接法如图所示。 若按图（a）接法测量，则被测二极管正向导通，万用表显示二极管的正向导通电压，单位是mV。通常好的硅二极管正向导通电压应为500mV800mV，好的锗二极管正向导通电压应为200mV300mV。假若显示“000”，则说明二极管击穿短路，假若显示“1”，则说明二极管正向不通。若按图（b）接法测量，应显示“1”，说明该二极管反向截止，若显示“000”或其它值，则说明二极管已反向击穿。 此档也可以用来判断三极管的好坏以及管脚的识别。测量时，先将一支表笔接在某一认定的管脚上，另外一支表笔则先后接到其余两个管脚上，如果这样测得两次均导通或均不导通，然后对换两支表笔再测，两次均不导通或均导通，则可以确定该三极管是好的，而且可以确定该认定的管脚就是三极管的基极。若是用红表笔接在基极，黑表笔分别接在另外两极均导通，则说明该三极管是NPN型，反之，则为PNP型。最后比较两个PN结正向导通电压的大小，读数较大的是be结，读数较小的是bc结，由此集电极和发射极都识别出来了。（a） （b）图 测量二极管G 、晶体管hFE测试a)功能开关置hFE量程。b)确定晶体管是NPN或PNP型，将基极、发射极和集电极分别插入面板上相应的插孔。c)显示器上将显示hFE的近似值，测试条件： Ib10A，Vce2.8V注意（三极管值测试方法） 首先要确定待测三极管是NPN型还是PNP型，然后将其管脚正确地插入对应类型的测试插座中，功能量程开关转到hFE档，即可以直接从显示屏上读取值，若显示“000”，则说明三极管已坏。四测量数据记录表格及误差计算测量项目电表插孔功能档位表笔位置测量值误差红黑功能档位红黑交流电压交流电流直流电压直流电流电阻TK-2保护开关电阻粗中待测电阻RX1RX2RX3蜂鸣通断测试(待测电阻低于70)附：实验原理1、直流电压测量电路在数字电压表头前面加一级分压电路（分压器），可以扩展直流电压测量的量程。数字万用表的直流电压档分压电路如图（）所示，它能在不降低输入阻抗的情况下，达到准确的分压效果。例如：其中200 V档的为分压比为： 其余各档的分压比分别为：图（）实用分压器电路档位200mV2V20V200V2000V分压比10.10.010.0010.0001实际设计时是根据各档的分压比和总电阻来确定各分压电阻的，如先确定再计算200V档的电阻：，依次可计算出、等各档的分压电阻值。更换量程是需要调整小数点的显示，使用者可方便地读出测量结果。2、直流电流的测量 测量电流是根据欧姆定律，用合适的取样电阻把待测电流转换为相应的电压，再进行测量。如图（）图（）电流测量原理实用数字万用表的直流电流档电路，如图（）所示。 图（）实用分流器电路图（）中各档分流电阻是这样计算的，先计算最大电流档（2A）的分流电阻（数字电压表最大输入为200mV），再计算200mA档的：依次可以计算出、和，请同学们自己练习。图中的FUSE是2A的保险丝，电流很大时会快速熔断，起过流保护作用。两只反向连接且与分流电阻并联的二极管为塑封硅整流二极管，正常测量时，输入电压小于硅整流二极管的正向导通压降，二极管截止，对测量毫无影响。一旦输入电压大于0.7V，二极管立即导通，双向限幅，电压嵌位在0.7V，起过压保护作用。保护仪表不被损坏。用2A测量时，若发现电流大于0.5A时，应使测量时间小于20秒，仪器在面板上提供了待测电流接口，测量时可直接在本接口串入电流表进行测量。3、交流电压、电流的测量电路数字万用表中交流电压、电流测量电路是在分压器或分流器之后串入了一级交流直流（AC-DC）变换器，如图（）所示。 图（）该ACDC变换器主要由集成运算放大器、整流二极管、RC滤波电容等组成，还包含一个能调整输出电压高低的电位器：ACDC校准电位器，用来对交流电压档进行校准之用，调整该电位器可使数字电压表头的显示值等于被测交流电压的有效值。4、电阻测量电路 数字万用表中的电阻档采用的是比例测量方法，其原理电路见图（），图（） 电阻测量原理由稳压管DZ提供测量基准电压，流过标准电阻R0和被测电阻Rx的电流基本相等（数字表头的输入阻抗很高，其取用的电流可忽略不计）。 所以A/D转换器的参考电压UREF和输入电压UIN有如下关系： 即 根据所用A/D转换器的特性可知，数字表显示的是UIN与UREF的比值，当UIN=URE时显示“1000”，UIN=0.5UREF时显示“500”，依次类推。所以，当Rx=R0时，表头将显示“1000”，当Rx=0.5R0时显示“500”，这称为比例读数特性。因此，我们只需要选取不同的标准电阻并适当对小数点进行定位，就能得到不同的电阻测量档。图（）电阻测量电路对200档，取R05=100，小数点定在十位上。当Rx=100时，表头就会显示出100.0（）。当Rx变化时，显示值相应变化，可以从0. 1测到199.9（