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1.1.3 指针式万用表的内部结构及原理
指针式万用表的型号很多，但其内部结构都是类似的。指针式万用表的内部主要由测量机构（又称表头）、转换开关（又称量程选择开关）、测量线路等组成，如图 1－13所示为常用指针式万用表的内部结构。
图 1－13 常用指针式万用表的内部结构
图 1－13 常用指针式万用表的内部结构（续）
测量机构及表头是一只高灵敏度的磁电式直流电流表，有万用表的“心脏”之称，因此，测量电阻、电压和电流都要经过万用表的内部电路转换成驱动电流表的电流。
表头是万用表的关键部件，万用表的灵敏度、准确度等级、阻尼、升降差等，大部分都取决于表头的性能。
万用表的表头采用高灵敏度的磁电式机构，是测量的显示装置。表头的结构如图 1－14所示，其指示部分是将一个绕在磁场中的线圈与指针连在一起，有电流流过线圈时，产生的电磁力使游丝带动指针转动。
图 1－14 表头的结构
表头的性能参数很多，这里主要介绍灵敏度和内阻。
1）灵敏度
灵敏度是指表头指针满刻度偏转时流过表头的直流电流值，它是万用表的重要指标之一。表头的满刻度电流值越小，其灵敏度越高，表头特性就越好，同时功率损耗也越小，对被测电路的影响就越小。
大多数万用表的表头灵敏度在几十微安到几百微安之间，高档万用表可达几微安。
2）内阻
表头内阻是指表头线圈漆包线的直流电阻值。线圈直流电阻值越高，内阻越大，万用表的性能越好。大多数万用表的内阻在几百欧姆到几千欧姆之间。
总之，表头的灵敏度越高，内阻越大，万用表的性能就越好。
中转站——常用电工仪表测量机构及原理
1）磁电式仪表
磁电式仪表的测量机构如图 1－15（a）所示，主要由固定部分和可动部分组成。固定部分由永久磁铁、极靴和圆柱形铁芯构成；可动部分由绕制在铝框架上的可动线圈、转轴、指针、平衡重物、零位调节器及游丝构成。
可动线圈在蹄形磁铁的内部，当被测电流通过线圈时，线圈受磁场力的作用产生电磁转矩而绕中心轴转动，中心轴带动指针偏转，指针偏转时又带动游丝运动而发生弹性形变。当线圈偏转的电磁转矩与游丝形变的反作用力矩相平衡时，指针便停留在相应的位置，并在面板刻度标尺上指出被测数据。
图 1－15 磁电式和电磁式仪表的测量机构
2）电磁式仪表
电磁式仪表的测量机构如图 1－15（b）所示，主要由固定线圈和可动铁片组成，可动铁片与转动轴固定在一起，转动轴上有指针、游丝与零位调节器。
当线圈内有被测电流通过时，线圈电流的磁场使两块铁片同时磁化，且获得同极性而互相排斥。静铁片推动可动铁片运动，可动铁片通过转动轴带动指针偏转。被测电流越大，指针偏转角度越大，当电磁偏转力矩与游丝形变的反作用力矩平衡时，指针停转，在面板上指出被测电流值。
3）电动式仪表
电动式仪表的测量机构如图 1－16所示，主要由固定线圈、可动线圈、转轴、游丝等构成。
当被测电流通过固定线圈和可动线圈时，在两线圈所在的空间中心区产生一个均匀的近似磁场，当电流流过活动线圈时，该线圈就在固定线圈形成的磁场作用下发生偏转，由于转轴上游丝恢复力矩的作用，使其最终停在平衡位置，由指针可读出被测量的数值。
图 1－16 电动式仪表的测量机构
万用表测量线路的作用是将不同性质和大小的被测电学量转换为表头所能接收的直流电流。为了实现不同测量项目和测量量程（或倍率），在万用表的内部设置了一套测量线路。
一般来说，万用表的测量线路由多量程的直流电流表、多量程直流电压表、多量程整流式交流电压表和多量程欧姆表等测量线路组合而成。在某些万用表中，还附加有电容、电感、晶体管直流放大倍数和温度测量等测量电路。
如图 1－17所示为MF47型万用表的电阻挡测量线路。其电阻挡分为×1Ω、×10Ω、×100Ω、×1kΩ、×10kΩ，共 5个量程。在测量电阻时，需要利用万用表内部的电池，为电阻送入电流，经电阻后再送入万用表，电阻值小则通过的电流大，电阻值大则通过的电流小；表内还设有分流电阻，使流过电流表的电流值与被侧电阻值成比例，电流表的指针偏摆量为等效电阻的值。例如，将挡位开关旋钮置于×1Ω时，外接被测电阻通过“－COM”端与公共显示部分相连；通过“＋”经过 0.5A熔断器接到电池，再经过电刷旋钮与R18相连，WH1为电阻挡公用调零电位器，最后与公共显示部分形成回路，使表头偏转，即可测出阻值的大小。
图 1－17 MF47型万用表的电阻挡测量线路
万用表的测量电路随测量对象及量程的不同而不同，通过拨动转换开关来接通不同的测量线路，选择所需要的测量项目和量程。测量电路的改进，可使万用表的功能增多、操作方便、体积减小。
万用表的测量电路主要由各种类型、各种规格的电阻元件（如线绕电阻、金属膜电阻、碳膜电阻、电位器等）组成，此外还包括整流器件（如二极管）。
中转站——万用表测量线路的常用符号
万用表测量线路常用符号的含义见表 1－2。
表 1－2 万用表测量线路常用符号的含义
万用表的转换开关又称量程选择开关，是一个多挡位的旋转开关，用来选择测量项目和量程（或倍率）。对万用表转换开关的基本要求是定位准确，触点接触良好可靠，步进轻松和绝缘性能好。
万用表转换开关的形式多种多样，如图 1－18所示，图中的箭头和小圆圈分别代表“刀”和“位”，有时“刀”也用粗黑线表示（这种符号经常出现在万用表的线路图中）。所谓“刀”就是可转动的开关滑片（活动触点），所谓“位”就是固定触点。当刀（固定触点）与某个位（活动触点）接触时就可以接通这对触点的控制电路。拨动转换开关，就可以使某一刀与某一位接触，从而接通不同的测量线路，完成选择的测量项目和测量量程（或倍率）。
图 1－18 万用表转换开关符号图例
指针式万用表最基本的工作原理如图 1－19所示。它由表头、电阻测量挡、电流测量挡、直流电压测量挡和交流电压测量挡几个部分组成，图中“－”为黑表笔插孔，“＋”为红表笔插孔。
图 1－19 指针式万用表的基本工作原理图
1）万用表测电压和电流时，外部有电流通入表头，因此无须内接电池
（1）挡位开关旋钮SA置于交流电压挡时，通过二极管VD整流，电阻R 3 限流，表头即可显示。
（2）挡位开关旋钮SA置于直流电压挡时无须二极管整流，仅需电阻R 2 限流，表头即可显示。
（3）挡位开关旋钮SA置于直流电流挡时既不需二极管整流，也不需电阻R 2 限流，表头即可显示。
2）万用表测电阻时，必须使用内部电池作为电源
测电阻时将转换开关SA置于“Ω”挡，这时外部没有电流通入，因此必须使用内部电池作为电源，设外接的被测电阻为R x ，表内的总电阻为R，形成的电流为I，由R x 、电池E、可调电位器R P 、固定电阻R 1 和表头部分组成闭合电路，形成的电流I使表头的指针偏转。红表笔与电池的负极相连，通过电池的正极与电位器R P 及固定电阻R 1 相连，经过表头接到黑表笔，与被测电阻R x 形成回路，产生电流使表头显示。回路中的电流为：
从上式可知，I和被测电阻R x 不成线性关系，所以表盘上电阻标度尺的刻度是不均匀的。当电阻越小时，回路中的电流越大，指针的摆动越大，因此电阻挡的标度尺刻度是反向分度。
当万用表红、黑两表笔直接连接时，相当于外接电阻最小，R x ＝0，则
此时通过表头的电流最大，表头摆动最大，因此指针指向满刻度处，向右偏转最大，显示阻值为 0Ω。电阻挡的零位是在右边，这与其余挡的零位不一样，初学者一定要注意万用表零位的这一特点。
反之，当万用表红、黑两表笔开路时，R x →∞，R可以忽略不计，则
此时，通过表头的电流最小，因此指针不摆动，指向∞刻度处，显示阻值为∞。