模擬萬(wàn)用表是當(dāng)今廣泛使用的一種測(cè)試儀器，盡管數(shù)字萬(wàn)用表的使用范圍要廣泛得多。

為了能夠像任何測(cè)試儀器一樣充分利用模擬測(cè)試儀表，了解其工作原理會(huì)有所幫助。

這些模擬測(cè)試儀表基于動(dòng)圈儀表的使用。為了提供測(cè)試儀器所需的各種測(cè)試范圍，根據(jù)測(cè)量電流電壓的要求，增加了額外的精密值電阻器，或者串聯(lián)并聯(lián)。測(cè)量電阻需要略有不同的配置。

動(dòng)圈儀表

動(dòng)圈表是模擬萬(wàn)用表的核心，也是模擬測(cè)試設(shè)備的各種其他項(xiàng)目。

有幾種類型的電表可供選擇，但最適合測(cè)試儀表和許多其他類型的測(cè)試設(shè)備的類型是動(dòng)圈表。

電表利用在電線或線圈中流動(dòng)的電流產(chǎn)生磁場(chǎng)這一事實(shí)。該磁場(chǎng)可用于偏轉(zhuǎn)儀表指針，使電流的大小由偏轉(zhuǎn)程度指示。

動(dòng)圈儀表的概念

顧名思義，動(dòng)圈表使用輕質(zhì)線圈，該線圈旋轉(zhuǎn)并連接到儀表針上。它保持在固定磁鐵提供的磁場(chǎng)內(nèi)。當(dāng)電流流過(guò)線圈時(shí)，就會(huì)形成磁場(chǎng)，并與來(lái)自固定磁鐵的磁場(chǎng)相互作用，并對(duì)線圈施加力，使其轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)連接到線圈的儀表針。

游絲還連接到動(dòng)圈上，以限制撓度，因此撓度與線圈提供的力成正比，因此與流動(dòng)的電流成正比。

這樣可以看出，動(dòng)圈表測(cè)量的是電路中流動(dòng)的電流水平。改變線圈的匝數(shù)、磁強(qiáng)度和其他參數(shù)可以改變其范圍。它們也只能測(cè)量直流電。

從概念上講，這個(gè)想法很簡(jiǎn)單，但儀表實(shí)際上是一個(gè)相對(duì)精密的項(xiàng)目，盡管由于它們是為許多測(cè)試儀器以及許多其他電子產(chǎn)品和設(shè)備批量生產(chǎn)的，因此動(dòng)圈儀表可以相對(duì)容易和便宜地制造。

值得注意的是，大多數(shù)動(dòng)圈表的彈簧上都裝有一個(gè)小的調(diào)節(jié)螺釘，以便在沒有電流流動(dòng)時(shí)儀表可以歸零。儀表姿態(tài)的變化會(huì)改變系統(tǒng)的平衡，這意味著當(dāng)沒有電流流動(dòng)時(shí)，它可能無(wú)法正確地處于零位。調(diào)節(jié)器與螺旋彈簧相互作用以正確設(shè)置位置。

動(dòng)圈表通常根據(jù)提供滿量程偏轉(zhuǎn)、FSD 和線圈電阻所需的電流來(lái)指定。

用于電流測(cè)量的儀表擴(kuò)展范圍

雖然動(dòng)圈表很好，但它本身只能測(cè)量電流，而且電流范圍也就一個(gè)范圍。

為了在測(cè)量多個(gè)電流范圍、電壓、電阻甚至交流電和電壓方面發(fā)揮作用，需要額外的組件。

電路中通常使用高精度電阻器，使儀表能夠提供各種測(cè)量。

串聯(lián)電阻和分流電阻用于電壓和電流，而電阻則需要另一種電路配置。為了了解模擬表的工作原理，本文解釋了電壓和電流范圍，并詳細(xì)介紹了附加電阻器的概念。

模擬萬(wàn)用表中的電流表量程

為了擴(kuò)展基本模擬表的電流范圍，電阻器與表并聯(lián)放置一個(gè)電阻器。通過(guò)這種方式，分流電阻器接受電流，對(duì)于流過(guò)儀表的相同總電流，可以有更多的電流流過(guò)整個(gè)電路。

分流電阻器接受的電流與電阻成正比。這意味著，對(duì)于流經(jīng)儀表和分流器組合的給定電流水平，儀表的讀數(shù)將減少。例如，如果一個(gè) 1 mA 的儀表具有分流電阻器，其電阻為儀表電阻的九分之一，則一部分將流過(guò)該儀表，九分流過(guò)分流器。這意味著當(dāng)儀表讀數(shù)為1 mA時(shí)，整個(gè)電路將消耗10 mA電流。

這構(gòu)成了模擬萬(wàn)用表中分流器工作方式的基礎(chǔ)。

與動(dòng)圈表一起使用的電流分流器

舉一個(gè)更具體的例子，一個(gè)動(dòng)圈表，其滿量程偏轉(zhuǎn)為50 μA，電阻為2 kΩ。對(duì)于1mA FSD，需要0.95 mA的電流流過(guò)分流電阻器，以在分流電阻器和儀表本身上獲得相同的電壓。因此，分流電阻的電阻需要為：5 / 95 x 2 kΩ = 105.3 Ω。

通過(guò)切換具有不同值的不同分流電阻器，可以使儀表讀取各種不同的范圍。

模擬萬(wàn)用表電流能力的內(nèi)部電路

在下圖所示電路中，分流電阻被描述為Rs1 - Rs4，每個(gè)電阻的計(jì)算都是為了提供不同范圍所需的分流電阻。電阻R已包含在電路中，因?yàn)樗谥圃祀A段提供了一定程度的調(diào)整，以確保所需的儀表電阻。由于儀表電阻可能因動(dòng)圈儀表而異，因此如果需要，該電子元件會(huì)增加少量調(diào)整。

交流電流

鑒于需要對(duì)電流進(jìn)行整流才能使儀表能夠響應(yīng)，因此通常不包括交流電流范圍，尤其是在預(yù)算端模擬萬(wàn)用表上。

一些高端萬(wàn)用表（如AVO）使用電流互感器對(duì)電流進(jìn)行采樣，然后對(duì)該信號(hào)進(jìn)行整流。

更現(xiàn)代的模擬萬(wàn)用表可以使用其他電子電路來(lái)整流波形，然后驅(qū)動(dòng)儀表，但這需要為用于此測(cè)量的電路供電。

電壓測(cè)量：

可以采用類似的方法將動(dòng)圈表變成測(cè)量電壓的測(cè)試儀器。

這個(gè)想法圍繞著歐姆定律展開。通過(guò)了解總電阻并使用動(dòng)圈表中流動(dòng)的電流，可以計(jì)算出該電流流動(dòng)所需的電壓，從而根據(jù)電壓校準(zhǔn)儀表。

動(dòng)圈表本身具有一定的電阻，雖然這種表可以單獨(dú)使用，但實(shí)際上由于表的靈敏度，它可以測(cè)量的電壓非常低。通常，外部電阻器與動(dòng)圈表串聯(lián)使用，以提供可用范圍。

使用動(dòng)圈表測(cè)量電壓

很容易計(jì)算電阻的值。知道動(dòng)圈表的電阻及其滿量程偏轉(zhuǎn)，就可以使用歐姆定律來(lái)計(jì)算所需的值。

例如，以FSD為50 μA、線圈電阻為2kΩ的動(dòng)圈表為例。對(duì)于 10 伏電壓以使 50μA 流動(dòng)，總電阻必須為 V/I = R 或 10 / （50 x 1-6） = 200 kΩ。因此，所需的串聯(lián)電阻為200 kΩ - 2 kΩ，即198 kΩ。

對(duì)于電壓測(cè)量，通常使用幾個(gè)量程。通常還會(huì)串聯(lián)放置附加電阻，以便在多個(gè)電阻上建立整體電壓能力，如圖所示。

模擬萬(wàn)用表電壓測(cè)量功能的內(nèi)部電路

測(cè)量交流電壓tage

雖然許多直流電壓測(cè)量將使用測(cè)試萬(wàn)用表進(jìn)行，但測(cè)量能力的一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域是測(cè)量交流電壓值。

為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，通過(guò)添加整流器來(lái)修改基本的直流電壓測(cè)量功能。

模擬萬(wàn)用表交流電壓測(cè)量能力的內(nèi)部電路

選擇電阻R5時(shí)，它使儀表能夠顯示交流波形電壓的平均值，但針對(duì)RMS進(jìn)行了校準(zhǔn)。這為正弦波形提供了很好的近似值，但對(duì)于其他波形，可能會(huì)有很大的誤差。真有效值電壓測(cè)量需要相當(dāng)復(fù)雜的電路，而這在模擬萬(wàn)用表中不太可能實(shí)現(xiàn)。一些高端數(shù)字萬(wàn)用表具有此功能。

還可以發(fā)現(xiàn)，低交流電壓范圍有一個(gè)單獨(dú)的刻度。這是由于二極管所需的正向“導(dǎo)通”電壓，這使得刻度的低端是非線性的。對(duì)于更高的電壓范圍，通常滿量程偏轉(zhuǎn)高于10V，標(biāo)準(zhǔn)刻度適用。

電阻能力

模擬萬(wàn)用表測(cè)量電阻的方式與電流和電壓略有不同，因?yàn)樾枰姵睾鸵恍╊~外的電阻器。

為了提供電阻測(cè)量功能，需要電池來(lái)驅(qū)動(dòng)電流通過(guò)被測(cè)外部電阻器。流過(guò)的電流量提供了電阻的指示。

當(dāng)使用模擬萬(wàn)用表進(jìn)行電阻測(cè)量時(shí)，發(fā)現(xiàn)高電阻指示位于儀表的左側(cè)部分，即當(dāng)流過(guò)較少的電流時(shí)，而低電阻值顯示在儀表刻度的右端，因?yàn)榱鬟^(guò)的電流較高。一開始這可能有點(diǎn)令人困惑，但很快就會(huì)習(xí)慣這一點(diǎn)。

模擬萬(wàn)用表中的電阻測(cè)量工作原理

在模擬萬(wàn)用表或模擬 VOA 表上使用電阻測(cè)量時(shí)，首先需要將儀表“歸零”。這是校準(zhǔn)電池電壓的任何變化所必需的。只需將兩個(gè)模擬萬(wàn)用表探頭整理出來(lái)，并將通常標(biāo)記為“零”的控制調(diào)整為零歐姆即可實(shí)現(xiàn)。一旦實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)，儀表就可以準(zhǔn)確地使用。

需要注意的另一點(diǎn)是，模擬萬(wàn)用表的負(fù)極端子與正極端子正極端子相反，即端子上的極性與通常預(yù)期的極性相反。對(duì)于大多數(shù)測(cè)量來(lái)說(shuō)，這沒有任何后果，盡管對(duì)于半導(dǎo)體的某些測(cè)量，它會(huì)有一個(gè)方位。

可以看出，通過(guò)添加分流電阻器和串聯(lián)電阻器以及電阻器網(wǎng)絡(luò)和電池，對(duì)于電阻，可以為基本的模擬動(dòng)圈表提供相當(dāng)多的附加功能。

模擬萬(wàn)用表元件公差

對(duì)于模擬萬(wàn)用表中使用的串聯(lián)電阻器和分流電阻器，使用具有緊密公差的電阻器非常重要。這些電阻值的任何誤差都會(huì)反映在測(cè)量精度上。

有鑒于此，模擬萬(wàn)用表中使用的大多數(shù)電阻器都是 1% 或更高。有些甚至可能比這更準(zhǔn)確。還值得記住的是，儀表本身的電阻必須非常準(zhǔn)確地知道，因?yàn)檫@也會(huì)對(duì)讀數(shù)產(chǎn)生影響。

在許多低成本模擬萬(wàn)用表中，整體精度可能只有&plumns;1%，為此，電阻容差水平可能僅為 ±0.5% 甚至 ±1%。在更高質(zhì)量的測(cè)試儀器中，精度水平要嚴(yán)格得多，因此在某些情況下，電阻容差可能接近 ±0.1%。

通常，電阻器可以繞線以提供更高的穩(wěn)定性，尤其是在測(cè)試設(shè)備的工作溫度范圍內(nèi)。這些電阻器還能夠適應(yīng)更高電流范圍所需的更高電流水平。

可以看出，通過(guò)添加分流電阻器和串聯(lián)電阻器以及電阻器網(wǎng)絡(luò)和電池，對(duì)于電阻，可以為基本的模擬動(dòng)圈表提供相當(dāng)多的附加功能。

充分了解模擬萬(wàn)用表的工作原理有助于充分利用測(cè)試儀器。了解它的工作原理可以在一定程度上避免它的缺點(diǎn)，也可以發(fā)揮它的優(yōu)點(diǎn)。

審核編輯：黃飛