数字万用表的特殊使用技巧 万用表是如何工作的

一、数字万用表的结构
数字万用表是由数字电压表配上相应的功能转换电路构成的，它可对交、直流电压交、直流电流、电阻、电容以及频率等多种参数进行直接测量。数字电压表通常使用一块集成电路芯片,它将A/D 转换器与能够直接驱动显示器的显示逻辑控制器集成在一起，在其周围配上相关的电阻器、电容器和显示器,组成数字万用表表头。它只测量直流电压，其它参数必须转换成和其自身大小成一定比例关系的直流电压后才能被测量。数字万用表的整体性能主要由这一数字表头的性能决定。数字电压表是数字万用表的核心，A/D 转换器是数字电压表的核心，不同的A/D转换器构成不同原理的数字万用表。功能转换电路是数字万用表实现多参数测量的必备电路。电压、电流的测量电路一般由无源的分压、分流电阻网络组成；交、直流转换电路与电阻、电容等电参数测量的转换电路，一般采用有源器件组成的网络来实现。功能选择可通过机械式开关的切换来实现，量程选择可通过转换开关切换，也可以通过自动量程切换电路来实现。
二、用二极管档和200MΩ档判别三极管
1．将万用表开关置于二极管档，因数字万用表的二极管档有2.7V左右的电压输出，利用PN结的单向导电性，判断b极及判断NPN、PNP型三极管。
（1）假设三极管的某一极为b极，将红表笔接在假设的b极上，将黑表笔分别接另外两个极测其电阻，如果两次测得电阻均为低阻且大致相等，此时再对换表笔测其电阻是否均为高阻且相等，则红笔接的就是要找的b极，并判断是NPN型管。
（2）如果红表笔接假设的b极，照上述方法测量，结果均为高阻值且相等，对换表笔测其电阻均为低阻且相等，则黑表笔所接为b极，并且为PNP管。
（3）如果上述方法测得结果一个为低阻值，一个为高阻值，则原假设的b极是错的，必须假设另一脚为b极，直到满足要求。当三次测得的结果没有相等的阻值，则三极管是坏管。
2．将万用表开关置于电阻200MΩ档，对于NPN型管，先假设其一极为c极，把红表笔接在假设的c极上，黑表笔接e极，或用手捏住b极和c极，但不能相碰。这样是为了在bc间接入偏置电阻给三极管的基极加上一正向电流，使三极管导通。记下此时的阻值，然后将红、黑表笔对换重测，也记下其阻值，比较两次阻值的大小，哪次阻值小，说明哪次假设是正确的，则该次红表笔所接是c极。反之，对于PNP型管，黑表笔所接是c极。
注意：数字万用表与机械万用表的红、黑表笔相反。
三、利用电容档测量电感
1．根据电路原理，电容的容抗电感的感抗XL= 2πf L 。 如果合理地利用电容—容抗— 电压( C—XC—V ) 的转换任务,可用数字万用表的电容档测量电感。 令待测电感的电抗与相应电容的容抗XC相等，即XL=XC，则有同时，待测电感与相应电容上的电压的大小相等，利用电容- 容抗- 电压( C—XC—V ) 转换器完成电感—感抗—电压( L—XL—V ) 的转换。在不改变任何电路的情况下，直接将待测电感L 接入数字万用表电容档的电容输入插口XC，进行电感的测量。虽然数字万用表的屏幕上显示的是电容值，但它是与被测电感电抗大小相等的容抗所对应的电容值。将此显示电容值转换为实际测量的电感值，才算真正地完成了测量电感的的工作。
2．电感的显示值转换为被测电感值。数字万用表电容档的测量依赖于表内交流测量信号。测量各种型号的数字万用表电容档的测量信号，无论是3 位半数字万用表还是4位半的数字万用表只要电容档的最大量限为20μF，其测量信号均为频率f=400Hz ,电压U=30mV(但具有大电容测量功能的数字万用表不在此列例如UT70B 电容档的最大量限40000μF，测量信号采用超低频信号)。将f=400Hz 代入公式：
可以得到数字万用表电容档测量电感的显示值C与测量电感值L的转换公式      
其中电容C 的单位是μF，电感L的单位是H。电感的测量范围从8mH～20H。
四、测量大于20μF的电容
常见的数字万用表，其电容档的测量值最大为20μF，现无需对数字万用表原电路做任何改动，就可以用数字万用表的电容档测量大于20μF的电容。
此方法的测量原理是以两只电容串联公式C串＝C1C2/(C1+C2)为基础的。由于容量大小不同的两只电容串联后，其串联后的总容量要小于容量小的那只电容的容量，因此，如果待测电容的容量超过了20μF，则只要用一只容量小于20μF的电容与之串联，就可以直接在数字万用表上测量了。根据两只电容串联公式，很容易推导出C1＝C2C串/(C2-C串)，利用此公式即可算出被测电容的容量值。下面举一测试实例，说明运用此公式的具体方法。
被测元件是一只电解电容器，其标称容量为220μF，设其为C1。选取一只标称值为10μF的电解电容作为C2，选用数字万用表20μF电容档测出此电容的实际值为9.5μF，将这两只电容串联后，测出C串为9.09μF。将C2＝9.5μF、C串＝9.09μF代入公式，则：
C1＝C2C串/(C2-C串)＝9.5 9.09/(9.5-9.09)≈211(μF)图1 用电压档测量电容的电路图
注意，无论C2的容量选取为多少，都要在小于20μF的前提下选取容量较大的电容，且公式中的C2应代入其实测值，而非标称值，这样可减小误差。将两电容串联起来用数字万用表实测，由于电容本身的容量误差及测量误差，只要实测值与计算值相差不多即可认为待测电容C1是好的，根据测量值即可进一步推算出C1的实际容量。
五、用电压档检测电容器漏电流
数字万用表直流电压档不仅用来测电压，还可以用来检测电容器。用电压档测电容实际上是一种间接测量法，此法可测量220pF～1μF的小容量电容器，并且能精确测出电容器漏电流的大小。
1．测量方法及原理。测量电路如图1所示，E为外接的1.5V干电池。将数字万用表拨到直流电压2V档，红表笔接被测电容Cx的一个电极，黑表笔接电池负极。2V档的输入电阻Ri＝10MΩ。由于Ri两端的电压就是仪表输入电压VIN，所以Ri实际上还具有取样电阻的作用。设被测量电容器的漏电流为ID，仪表最后显示的稳定值为VC（单位是V），则 
现举例说明：
例一：被测电容为一只1μF/160V的固定电容器，使用DT930FD型数字万用表的2V/DC档（＝10MΩ）按图1连接好电路。最初，仪表显示1.521V，然后显示值慢慢减小，大约经过1min左右，显示值稳定在0.0027V。据此求出被测电容器的漏电流：      被测电容器的漏电流仅为0.3nA，说明质量良好。
例二：被测电容器为一只0.022μF/63V涤纶电容，测量方法同上。由于该电容的容量较小，测量时，VIN（t）下降很快，大约经过4秒左右，显示值就降低到0.0019V，算出漏电流为：
漏电流很小，说明质量较好。
2．注意事项
（1）测量之前应把电容器两引脚短路，进行放电，否则可能观察不到读数的变化过程。
（2）在测量过程中两手不得碰触电容电极，以免仪表跳数。
（3）测量过程中，VIN（t）的值是呈指数规律变化的，开始时下降很快，随着时间的延长，下降速度会越来越缓慢。当被测电容器Cx的容量小于几千皮法时，由于VIN（t）一开始下降太快，而仪表的测量速率较低，来不及反映最初的电压值，因而仪表最初的显示值要低于电池电压E。
（4）当被测电容器Cx大于1μF时，为了缩短测量时间，可采用电阻档进行测量。但当被测电容器的容量小于200pF时，由于读数的变化很短暂，所以很难观察得到充电过程。
六、利用蜂鸣器档直接检测交流通路
一般数字万用表不能直接测量电容、功放、运放、交流通路等电路。但如果将数字万用表的压电陶瓷片的两端焊下一脚,如图2 串联接入一双孔插座A、B，并将A、B固定于电池盒盖上，双孔外露，则可给数字万用表增加许多新的功能。图2 数字万用表蜂鸣器的改装图
1．测量交流通路。交流通路中直流是无法通过的，因此, 使用万用表较难直接测量和判断交流通路是否损坏，而使用改动后的万用表测量则简单多了，只须将A、B表笔接在交流通路的始端和末端，如果蜂鸣器鸣响则表示交流通畅，反之则说明电路中有断路。使用以上方法测量都须将万用表的“ +”、“—”插孔短接，使用A、B 插孔测量。如需测量直流通路, 可将短路线插在A、B 插孔处，按照一般的万用表测量方法测量即可。
2．作为信号发生器使用，可以用于检测多级放大电路故障。方法为：（1）将待测电路接通电源，使其处于工作状态；（2）将A、B 表笔任一根接地，另一根接在放大电路最后一级放大的输入端；（3）用示波器测量或扬声器看末级是否有1kHz的输出信号，如果有被放大的信号输出，则说明故障在上一级放大电路中，否则可判定故障就在本级。
七、用数字万用表作测温仪
许多万用表都没有测温档，而每次实验课都需要记录温度，在PCB制板时需要对温度进行控制，而用水银温度计又容易损坏。笔者通过外接简单的测温电路就可以测量温度。测量电路包含温度—电压变换电路，高精度基准电压源。其中温度电压变换电路由集成温度传感器,集成运算放大器,电阻等组成。高精度基准电压源由集成稳压器，电容和电阻器等组成。作用是补偿273.2K与0℃差异，实现量纲转换。通过调试使测量电路的电压灵敏度为1mv/℃。然后，将数字万用表转换开关置于电压200mV档，用数字万用表直接显示所测量的温度值即可。
八、结语 
近年来，研究高深技术及软件开发的人越来越多，与此相反，能钻研设备使用技巧的人却比以前减少了。俗语说:熟能生巧，笔者将对数字万用表生产与实践制作经验及体会介绍给工作在生产一线的各位读者及实验室教师，希望与大家共同学习，相互交流，以便掌握更多仪器设备的使用技巧，达到事半功倍的效果。