电学基本仪器及其使用

1 一、电学基本仪器及其使用

（一）、电表

电表的结构和原理，国内外都基本一样，可分为模拟式电表和数字式电表两大类。

这两类电表的工作原理截然不同。数字式电压表的基本单元是模数转换器，输入电压通过模

数转换器转换成数字量后，通过液晶显示器或数码管直接显示出来。数字式电流表则是使电

流通过标准的取样电阻后变成电压量，然后进行测量的。而模拟式电表的基本单元是微安表，

其工作原理是载流线圈在磁场中受到力矩而转动——即安培定理。电压表则是将待测电压通

过标准电阻产生一个与电压成正比的电流，然后用电流表来测量。

模拟式电表因为有机械运动部件，所以常常称为机械表。它的内部机构如图2—2—1所

示。为了尽量使载流线圈所受到的转动力矩与载流线圈所在角位置无关，使力矩的大小只和

线圈上通过的电流大小成正比，所以实际使用的电表要专门设计磁极形状以使磁场的大小和

方向能满足上述线性化的要求(见图2—2—1(b))。

电表又可分为直流电表和交流电表*直流电表是基本的。交流电表只是把被测的交流电

先进行整流，变成直流电，或者脉动直流电后再进行测量。

单用途电表的两个最重要参数是它的量程和测量精度。电表的量程是指它的最大可测量

值，对模拟式电表，它的量程可直接由该电表表盘上的最大到度值读出。电表的“测量精度”

专业上常用更确切的名词——测量“准确度”来表述。对数字式电表，它可由厂方的产品说

明书查得。对模拟式电表，则可由该电表表盘上所刻的准确度等级A来读出(例如，见图2

—2—12精密直流伏特表的表盘中的带圈的0.5，或图2—2-14中的一15，～1．5)。

根据我国的国家标准，一般模拟式电表的准确度等级A分为7等，它们是：0.1，0.2，

0．5，1．0，1．5，2．5，5．0。无级别标志的电表可认为它的准确度等级劣于5．0。

电表的准确度等级，表示在该量程范围内的最大误差限，对模拟式电表，它的计算公式

是电表的准确度等级

A＝(最大允许误差／量程)×100 (2—2—

1)

可见难确度等级A的数值越小的电表越精密，或者说越“高级”。

电表的系统误差则由两部分所组成：基本误差和其他附加误差。即 2 电表的系统误差＝基本误差+其他附加误差 (2—2—2）

电表的基本误差在规定的使用情况下，可按该量程范围内的最大误差限来计算，即

电表的基本误差=量程×A％ (2—2—3)

由上式可知，同一个电表，在不同量程时它们的基本误差是不一样的。请记住：电

表每一次换量程挡后，它们的基本误差就变了。

电表的“规定使用情况”是电表保证它的最大误差限(即允许误差极限)不会大于它

的准确度等级所表示的值的条件，或者说前提。模拟式电表要求的“规定使用情况”一般由

电表的生产厂家根据国家标准，用统 一的符号标记在电表的面板上。例如：

模拟式电表的放置方式：

表示该电表使用时庇垂直放置；

表示水平放置(数字

式电表没有放置方式的要求)。

电表的使用环境： II级防外磁场

电表的其他附加误差是指电磁场环境和温、湿度等的影响。在实验室的小正常工作

条件下一般较小，可以忽略。注意，模拟式电表的放置方式对电表测量的准确度的影响很大。

不按规定方式放置，例如，有的学生坐着做实验，为广读数方便，常常把电表倾斜放置(在

工作中我们也可常常见到类似的错误方式)，对模拟式电表一般会引起人的测量误差，使电

表的系统误羌远大于(2-2—3)式所表示的基本误差，在实验中必须禁止。数字式电表的放置

方式可以随便。

（二）、万用表

万用表的基本功能是测量电压、电流和电阻。世界各国所生产和使用的万用表虽有价

格高低、准确度不同和体积大小之分，但它们的基本功能和结构原理都是大致相同的，基本

的使用方法也没有多大差别。

万用表可分为模拟式和数字式两大类。

下面介绍万用表使用的一般知识和操作技巧。

⑴万用表测试表笔的连接和使用

万用表都有“+”端和“-”端两个输入端(测量孔)(“-”端有的标以“*”，或者标以文

字“COM”，通常称为“公共端”)，同时附带红黑两色测试表笔。使用时，红色表笔接“+”

端，黑色表笔接“-”端(“公共端”)

在进行电流或电压测量时，红表笔接电源的“+”端(或者电路的高电位端)，黑表笔接

电源的“-”端(或者电路的低电位端)。如果接反，一般只是使电表的指针向反方向偏转，不 3 会造成电表损坏。在进行电阻测量时，就不必区分红黑表笔，即是说红黑笔无论接电阻的哪

一端，测量结果都一样，

(2)正确、合理选择档位、量程

万用表进行测量前，必须预先把万用表置于正确、合理的量程档上。这是使用万用表

最重要的操作要领。一旦违反，轻则表毁，重则造成人身伤亡事故。这种恶性事故多数发生

在测量电压时。当万用表处于电流档时，去测量电压，这时万用表必定烧毁无疑。同样，当

万用表处于电阻档时，去测量电源电压，万用表也必毁无疑。这种烧毁是如此之快，在测量

表笔接触电路的一刹那，操作者还没有反应过来，几百元一个的万用表已经烧毁了。操作者

常常因此目瞪口呆，但己无法挽救。

“置万用表于正确的档位”是指，测量什么量，万用表应该宣于那一个量的档上。从

图2-2-2(b)中可见，所有万用表都有测量直流电流、直流电压、交流电流、交流电压和电阻

五个大档，测量直流电压时，必须预先把万用表置于直流电压档上，决不能置于电流或者电

阻档上。测量交流电流时，就应把万用表预先置于交流电流档„„

合理的量程选择是指下面的几层意思：

①量程的预置：在测量某一未知大小的电量时，应该预先把万用表置于该量的最大量

程处：如果己知该量的大概范围，则把万用表预先置于接近于它的最大值量程处。例如在检

修某一日光灯电路时，应该预先把万用表置于交流电压的250 V或500V量程处。又如当要

测量晶体管收合机电路中某一点的电压时，己知该机的电源电压为6V，由此可估计出该点

的电压必在0——6V间，所以应该把万用表置于最接近于它的直流10V处。

②万用表量程的精确选择，这里分两种情况：

a．当待测量是电流或电压(无论交流或直流)时，万用表量程精确选择的基本原则是

使电表的指针尽量接近满刻度。这一原则，对数字式仪表也适用。其原因是，这样能获的最

好的测量准确度。读者通过本实验的数据处理，将会清楚地认识到这一点。

b．当测量电阻时，对模拟式万用表，选择量程的原则是，使电表的指针尽量靠近表盘

的中间。在中学时我们学过，万用表测量电阻时，这时测量电路是通过万用表本身所带的电

池来提供电源的。随着使用时间的增加，电池电压会逐渐降低，特别是在万用表置于R×1

挡测量低电阻时，电源的消耗十分大，电池电压会很快降低。模拟式万用表为了防止电池电

压的降低造成测量精度的变化，特地设置了一个校零电位器。在不同电阻挡测量时。一般该

电位器所处位置(电阻值)都不一样。所以测量电阻时，每换一次量程，都必须校一次零。例

如，当万用表拨到只R×1挡时，测量前，必须校零。当测量过程中发现该量程不甚合适，

逐拨到R×10挡，就必须再次校零。在测量下一个电阻时，如果需要再次返回到真R×1挡，

则不用再校零了。

频繁校零，不但增加电表的磨损，更增加测量时间。为了减少电阻换挡校零的次数，可

先在不校零的情况下用不同的量程档进行粗测，以选择最佳的量程档位。当确信该量程测

量最为合理时(电表指针最接近表盘的中间)，再对该量程校零，最后作精确测量。

⑶正确读数

为了保证正确的读数，模拟式万用表使用时需要注意掌握下面几点：

①万用表应按表盘上规定的方式放置(本实验所用的MF35型万用表使用时必须平放)。

②读数时，视线应保持与表盘相垂直。现在中高档的万用表的表盘上都安装有一个圆

弧形的反射镜。这时，读数应在指针和它在镜中的像重合时进行。这样做的目的，是为了避

免不同的人对表针的同一位置有不同的读数。

③选择表盘上合理的刻度线进行读数。对模拟式万用表来说，它能测量交直流电流电

压和电阻五个量，对每一个量又有好几个量程。为了使电表面板尽量简洁，除了电阻挡有专

用的刻度线外，交直流的电流和电压的不同量程档常常共用一条刻度线。读数时除了必须选 4 择对应量的刻度线外，还应选择尽量容易读数的刻度线来读。

例如当用MF35万用表测量交流220 v电压时，如果把万用表置于交流250 v量程挡，

这时电表指针处于图2—2—14所示位置。为了读出待测电压的正确数值，首先要找到正确

的刻度线。仔细观察表盘可以看到，它的最上面的一条到度线的左边标有望

VA记号，这

表示该刻度线是用作交直流的电流电压测量用的，注意它是多种分度的。表盘的中间刻度线

的左边记有

符号，这表示该刻度线是专门为电阻测量设立的。显然，当把万用表置于交

流250 v挡进行交流电压测量时，读数应按最上面的刻度线来进行。其次要注意到，最世上

面刻度线标有三组不同的读数值，它们分别表示满量程分别按10、25和50来分度。显然，

当万用表置于交流10v挡进行测量时，用满量程为10的读数线来读最方便。对于表盘上没

有对应读数线的量程，例如，交流250V挡时，显然，用满刻度为25的读数线最方便。这

时只要把该刻度线上的值乘上10就是了。当然也可用满刻度为10的读数线来读数，然后把

每个刻度线上的值乘上25。显然，这样要麻烦些。在图2-2-14的示例中，交流电压的测量

值应该为230 v。万用表在测量交直流电流和电压的其他量程时的读数方法也都如此，不再

赘述。

电阻挡设置了专用的读数线，由于测量电路本身结构原理上的原因，电阻刻度线比较特

殊。首先它的零点在表盘刻线的右边．而不像电流、电压刻度线那样在左边。其次它的读数

线是不均匀的，越到左边，刻度线越挤，分辨率越差。在刻度线的右边，能读出的测量值的

有效数字的位数也少。只有在中间部分，能读出的测量值的有效数字的位数最多，也就是说

中间部分的测量准确度最高。事实上，根据模拟式力用表的设计原理，工厂对万用表的各电

阻挡的标定时，都是以中间的电阻值(称“中值电阻”)为基准进行的。所以电阻测量则，

以中间部分的读数测量最精确。注意电阻测量读数时，要把刻度线上的值乘上该挡所示的倍

率。

(4)读数时、必须在刻度线的最小分度值后再进行估读

这里，最小分度值所提供的是测量值的可靠数字的最低位，估读数是可疑数字。估读的

原则是：测量者按照可以明显辨别的原则，尽量读得更精细一些，估读数也可达二位，一般

要读到最小分度的1/10或1/5。实验测量结果最后要保留到拿一位，则由不确定度所在的位

决定。

(5)实验完毕，万用表应置于交流电压档的最大量程处

万用表不用时应置于交流电压档的500V或1000V处。原因有二：

①高电压档是万用表最安全挡位。用万用表检修电灯照明和仪器仪表的电源故障是经常

遇到的工作，任务常常很急。急切中即使有经验的操作人员也合忘记在测量前必须预先置合

理的档的原则，错误地直接用万用表去测量市电电压。如万用表平时已置于交流电压500v

处，这种错误就不会造成事故。相反如果平时万用表随意置挡，这时恰处于电流挡或电阻挡，

则这种错误就立刻变成事故，瞬间就造成很大的经济损失。

②万用表的两个测试笔常常因各种偶然因素而短路。如果平时万用表置于电阻挡，长时

间的短路会造成电表内的十电池迅速耗电而发生漏液，电解液流淌到万用表机体内，引起元