数字万用电表的使用

数字万用电表的使用

[目的要求]

1．了解数字万用电表的特点和基本性能指标；

2．学习使用数字万用电表测量直流电压、直流电流和电阻以及检查电路故障；

3．学习使用电学仪器～电阻箱、定值电阻、直流电源等；

4．学习连接电路，掌握电学实验操作规程．

[仪器用具]

数字万用电表，直流稳压电源，干电池，电阻，电阻箱，变阻器等。

[实验原理]

在作电学实验连接电路时，直流电源、电表、电阻、开关是必不可少的元件本实验重点介绍电阻和数字万用电表（digital multimeter，简称DMM）的使用。

1．电阻

电阻常用字母R表示，其基本单位是Ω，kΩ和MΩ，它们之间的换算关系为。

1MΩ = 1000kΩ，1kΩ＝1000Ω．

实验室常用的电阻有固定电阻值的定值电阻，包括碳膜电阻、金属膜电阻和线绕电阻等，还有组值可变的电阻，包括电阻箱、电位器和滑线变阻器等．（l）定值电阻．

①碳膜电阻．在圆柱形瓷管上覆盖一层具有一定导电能力的碳膜，在柱体两端连出引线，即构成碳膜电阻．它具有稳定性好、噪声低、阻值范围宽等优点。

②金属膜电阻．它的外形结构与碳膜电阻类似，不同的是它采用合金粉真空蒸发制成，以金属膜为导电层，表面涂以红色或棕色保护漆．它比碳膜电阻性能优越，具有精度高、稳定性好、噪声低、阻值范围定、耐热性能好等优点，而体积只有碳膜电阻的l/2。

③线绕电阻．它用镍络丝、锰铜丝或康铜丝绕在瓷管上制成，外表涂以釉或酚醛作为保护层，颜色有黑、棕、灰、蓝色等．除了前两种电阻的优点之外，它还具有功率较大的特点。

④定值电阻的主要规格包括：

（a）标称阻值，即生产电阻时给出的批量电阻阻值。同时给出阻值的误差范围，有时标在电阻表面（例如1kΩ± 5％）．

（b）额定功率，即在长时间工作而不损坏或改变其性能的前提下，电阻允

许消耗的最大功率。额定功率取决于电阻的几何尺寸和表面积，常用的有1/8 W，1/4 W，1/2 W，1W和2 W。

使用定值电阻时，应根据电路要求选取合适的电阻．除了考虑阻值满足要求

之外，还应根据电路的最大电流进行估算，确定电阻的功率．

（2）电阻箱．

电阻箱的阻值准确且变化范围大，实验中常作为阻值可变的标准电阻使用。 ①电阻箱的结构．

电阻箱由一系列锰铜线绕成的标准电阻串联而成．图11-1（a ）为一种六钮电阻箱的照片图，其内部连线方法如图11-l （b ）所示．

电阻箱的调节旋钮采用十进制步进方式．每个旋钮标有数字0～9，各旋钮下方分别标出×0.1、 ×1、 ×10、×100、×1000、×10000，当每个旋钮的数字对准其倍率标志时，先用数字乘以培率的电阻值，再将各旋钮阻值相加，即为电阻箱当前阻值如图11-1（a ）所示的电阻值为总电阻为：3×0.1+4×1+5×10+6×100+7×1000+8×10000=87654.3( )。

②电阻箱的主要规格包括：

（a ）最大电阻 如图11-l 所示的六钮电阻箱的最大电阻为99999.9Ω。

（b ）额定功率 这是指组成电阻箱每个标准电阻的额定功率．

一般电阻箱的额定（b ） 图11-1 （a ）

功率为0.25W ，可以由它计算额定电流．例如，在使用100Ω的电阻时，电阻箱允许通过的最大电流为

A W I 05.010025.0=Ω

= 六钮电阻箱的各挡容许通过的电流数值如表11．1所列

表 11.1六钮电阻箱的各挡容许通过的电流 旋钮倍率

×0.1 ×1 ×10 ×100 ×1000 ×10000 容许负载电流/A

1.5 0.5 0.15 0.05 0.015 0.005

(c) 阻值误差 电阻箱的阻值误差包括两部分：等级误差和接触电阻．

等级误差即电阻箱的准确等级，一般分为0.02、 0.05、 0.1、 0.2 等，它表示电阻值的相对百分误差，如图11-1所示的电阻箱的等级误差为0.1级．当电阻为87654.3 Ω时，由电阻箱等级带来的误差为87654.3 Ω×0.1% ≈ 87.7Ω.

另一类误差是调节旋钮时的接触电阻，对不同级别的电阻箱，接触电阻的标准亦不同．例如，0.1级电阻箱规定每个旋钮的接触电阻不得大于 0.002Ω 。在使用较大阻值时，接触电阻带来的误差可以忽略；但是在使用较小电阻时，这部分误差却不容忽视．对于如图11-1所示的六钮电阻箱，当阻值为 0.50Ω时，接触电阻所带来的相对误差为 6 ×0.002 Ω／0.5 Ω = 2.4％！为此，电阻箱增加了小电阻接线柱．图中的电阻箱有四个接线柱：0，0.9 Ω，9.9Ω，9999.9Ω，其中0与其余三个接线柱分别构成三种不同的电阻调整范围，可根据需要进行选择．当用值为0.5Ω 时，使用0和0.9接头，电流只经过×0.1Ω这个旋钮，接触电阻就可小于0.002Ω，带来的误差大大减小．

③电阻箱的使用．

电阻箱能提供可调的准确阻值，但是由于额定功率较小，在电路中一般用做标准电阻或负载电阻．使用前应注意核算，避免因过大电流通过而损坏电阻箱．使用时，如果需要减小电阻箱的阻值而换用低位电阻（如将1k Ω减小为 900 Ω），

应先断开电路电源，将低位（×100）电阻增加为9，再将高位（×1000）电阻调为零，以避免因电阻箱阻值瞬时为零引起电流陡增，造成仪器损坏．2．数字万用电表

常用电表可分为两类：数字式电表和磁电式电表（也称为指针偏转式电表）。

当被测电量连续变化时，磁电式电表指针的偏转角也随之变化，可通过表盘读取测量结果．磁电式电表的特点是能检测显示连续变化（也称为模拟量）的电压或电流，但是受到表头误差和读数误差的限制，这类仪表的检测灵敏度和精度不高．

数字式电表通过模拟——数字（A／D）转换器将连续变化的模拟量变为离散的数字量，经过处理，再通过数码显示器以十进制方式显示测量结果．数字式电表具有磁电式电表不可比拟的特点和优势。近年来，以数字测量为基础的智能检测迅猛发展，在各个领域得到了广泛应用．

数字万用电表是一种功能强、精度高、测量速度快、使用方便的数字仪表，在工作、学习中的应用十分普遍，也是物理实验中使用的主要仪表之一。它可以测量直流电压、直流电流、电阻、交流电压、交流电流，还可以测量二极管的正向压降，也可以进行电路或器件通断测试（用蜂鸣音响表示）有些数字万用电表还可以测量电容、三极管hEF参数、电容、温度、频率等物理量，数字万用电

表一般具有误操作报警及过载保护功能，使用时更加方便。

数字万用电表是在直流数字电压表（digital voltmeter，简称DVM）的基础上配接各种变换器构成的，其组成原理请参看实验十五．

(1）数字万用电表的特点和主要技术指标．