模拟式万用表的原理与维修

青岛市技师学院 张明磊

目前尽管数字式万用表以其体积小、重量轻、精度高、便于携带等优点正在慢慢取代模拟式万用表，但模拟式万用表有指示连续变化，抗干扰能力强、电流电压档无需电池等优点，仍在广大专业技术人员中有很大的拥有量。本文以比较有代表性的MF47、500型万用表为例，简要介绍其工作原理后，配以相关维修实例，希望能对广大同行起到借鉴的作用。

模拟式万用表，是指该仪表直接指示的是被测电量或电参量的模拟量值。其测量结果一般表现为指针沿刻度标尺的位移，被测量的模拟量值可直接从刻度标尺上读出。模拟式万用表的优点是显示直观，易于显示信号变化的倾向，容易判断信号与满度值之差等。尽管相对于数字式万用表，有功能少、精度低等缺点，但仍在工程技术人员中有比较大的拥有量。

1 工作原理简介

模拟式万用表在结构上由指示部分、测量电路、转换装置三个部分组成。指示部分又称为表头，用来指示被测量值的大小，是万用表的核心部分。万用表的灵敏度、准确度等一些重要性能，都由表头决定。表头一般采用磁电系测量机构。它利用永久磁铁的磁场与载流线圈的相互作用来产生转动力矩。这种测量机构由于气隙中有很强的磁感应强度，所以测量机构具有较高的电流灵敏度。辐射强大而均匀的磁场又使读数方程为线性，从而使标尺刻度均匀分格。较强的磁场也使这种测量机构具备很强的抗外磁干扰能力。在磁电系测量机构中，如果可动部分是载流线圈，称为动圈式结构。根据永久磁铁位于可动线圈外部或内部，又分为外磁式和内磁式。外磁表头体积大，重量重，磁钢下部有用于灵敏度调整的短路软铁，可用来改变表头满偏电流。内磁表头体积较小，重量轻，磁场集中，磁能利用率高。大多数表头靠宝石轴承支撑动圈（载流线圈），抗震性差，并且由于轴尖存在着摩擦力，还限制了准确度和灵敏度的进一步提高。近些年由于技术的发展，有一些表头已改为内磁式张丝结构，如SANWA（三和）YX-361TR型万用表。用张丝代替轴尖和游丝，可以消除摩擦误差，提高抗冲击、抗震动性，使表头的使用寿命超过100万次。

转换开关由许多固定触点和活动触点组合而成。当固定触点和活动触点闭合时电路被接通。活动触点通常称为“刀”，固定触点称为“掷”，万用表中所用的转换开关，由于它要按照不同的排列组合来接通相当多的量程，所以结构是比较特别的。它有很多层“刀”和“掷”，比如三“刀”九“掷”，说明它有三个活动接触点和九个固定接触点，转换开关中的各“刀”之间是相互同步联动的，转动“刀”的位置可使某些活动触点与固定触点闭合，从而相应的接通所需要的测量电路。

2 维修要点

2.1 外观的检查

对于待修理万用表的外露部件进行检查，先看表壳有无严重损坏，接线柱（或插孔）、转换开关旋钮是否有松动或断裂，表面玻璃有无破碎，电表指针是否平直，机械调零器是否完好等。

然后再粗略检查直流电阻档，先将转换开关拨到R×1档，把正负接线柱端短路，观察指针是否偏转，调节欧姆调零器看能否使指针达到满偏零点，同时观察指针有无卡阻、蹭表盘现象。在检查过程中也可判断电池电量是否不足。

2.2 通电的检查

通电检查必须是在测量机构磁电系未断线的情况下进行。表头能否正常工作，只有经过通电观察，方能确定。通电检查时，用一台正常的万用表进行对比，查找故障点。

2.3 直观法检查

查找万用表的故障也可凭借人的眼、鼻、手等感觉器官直接对故障原因作出判断。运用此法常能迅速查明一些故障，例如连线断开，搭锡短路，元件烧焦、虚焊、熔丝烧断等。

2.4 元器件的测量

在检查表头时，绝对不能用指针表的低电阻档（如R×1档）直接测量，因为指针表的R×1档输出电流达数十毫安，而表头满偏电流仅为数十微安，将导致表头损坏。业余情况下，可用数字万用表的20K电阻档测量，数字表的输出电流较小，能保障测量的安全。若有条件，可用电桥（QJ23，QJ24）测量，但要采取措施限制电源回路中的电流。一般的单电桥都用干电池（4.5V）做为电源，在电源线路中串入可调电阻（先把阻值放在50KΩ以上位置）来限制电流，使待测表头指针不超过满刻度值。

若电阻损坏，可用与原电阻值相等的电阻更换。若损坏的电阻数值不明，又无处可查，可将损坏的电阻两端引出导线接上电阻箱，调节到所需阻值，再按此阻值更换。

对直流电流量程，出现误差有正有负时，首先检查表头的特性，特别是重新安装的表头，检查磁铁有无异样，动圈安装是否端正，极掌与铁芯的气隙是否均匀，以上这些都可造成表头本身特性的改变，若有这些现象应先排除。

对误差很大，而且各档都成比例相同的误差时，应先检查表头灵敏度的参数。若是比例相同的正误差，这是表头灵敏度偏高所造成；若是负误差是表头灵敏度降低所造成。因此在修理万用表时，对表头内阻和灵敏度的数值一定要与原表头相同。

当交流电压（交流电流）的故障点为整流元件损坏时，应更换新元件。替换时最好选择同型号的。老型号的万用表大多采用氧化铜整流器做为整流元件。不管采用半导体二极管还是氧化铜整流器，我们都可以用万用表R×1KΩ档测量其正反向电阻。测量硅整流二极管正向电阻时，表针大约在满偏值的三分之二处；测反向电阻时，表针应不动。氧化铜整流器反向电阻是正向电阻的40倍以上或更大。若数值不正常，应换新元件。若各档误差均成比例但又不是很大时，可以调整专用可变电阻，通过调整使其达到允许误差以内。

电阻测量线路的检测，应在直流电流量程完好的基础上进行。一般情况下易出现的问题是电池电量不足，连接电池正负极的金属片表面有污物，可分别通过更换新电池、用砂纸清理污物加以解决。

万用表的欧姆调零电位器是绕线式的，比较耐用；碳膜式的，较易接触不良。若有条件可更换为同规格的绕线式电位器。

3 维修案例

MF47型万用表。该表生产厂家较多，但以早期南京电表厂生产的最为出名。最早其品牌为“NANKING”。内置1.5V、15V两种电池。外置铁提手便于携带。内部为有机玻璃板搭焊元件。档位转换开关本体为封闭式，与元器件的连接也为搭焊。采用外磁式表头，表壳内部背面镶嵌有铁板用来减少外部磁场干扰。该时期的47型表做工精湛，用料考究。内部校准可调电阻皆为绕线式，电阻档相关电阻也大量采用绕线式电阻，保证了测量精度，实为当时之精品。后期表内高压电池由15V变为9V，品牌变为“NANJING”，但做工逐渐下降，可调电阻被替换为碳膜电阻，电阻档绕线式电阻逐渐减少。塑料提手代替了以前的铁提手。该表最常见的故障为因误用电阻档测电压导致R40、R41、R42三个电阻烧坏和0.5A保险管熔断。打开表壳，一般目测就可以发现这几个损坏的元件已烧焦。损坏的电阻可用五色环金属膜电阻串、并联代换。更换0.5A保险管时要注意，一定要测一下新保险管的电阻值不要大于1Ω，否则会出现更换后R×1档调不到零位的问题。

实例一：一台“NANJING”MF47型万用表，电阻档无反应。拆开表壳，发现R40、R41、R42三个电阻已烧焦，0.5A保险管熔断。用五色环电阻代换损坏电阻，0.5A保险管用阻值小于1Ω的同规格保险管代换，却发现装上电池后，R×1档调不到零位，并且在该档表针指示不稳定。既然表针不稳，说明存在接触不良的问题。经过检查，排除了电池电量不足，电池夹接触不良的嫌疑。后来根据线路，用分段测量电阻法查出“+”表笔插座接线柱与所连接的导线之间阻值较大且不稳定。该万用表四个表笔插座接线柱采用螺栓连接，使用日久，螺栓压接的垫片氧化造成接触不良。清理垫片表面，旋紧螺栓，故障消失。

在万用表的各种故障中，接触不良是比较难处理的一类。因其阻值不定，时好时坏，要求检修者有足够的耐心、平和的心态。在处理此类故障时，分段测量电阻法比较有效。其中，电池夹、档位转换开关、欧姆调零电位器是重点关注对象。

有必要说一下，现在生产的MF47型万用表，内部采用印刷线路板结构，表笔插座接线柱直接焊在线路板上。档位转换开关本体已改为开放式，通过接触弹片与印刷线路板连接。

MF47型万用表四个表笔插座，千万不能插错。例如有一次笔者误将表笔插在“-”和“5A”插座上测交流220V，虽然转换开关档位拨在交流500V档上，但毫无意义，表笔接触测量点时直接短路放了一个火球，烧熔了笔尖。因为0.5A保险管与“+”表笔插座接线柱相连，并未接入“5A”插座回路，所以在此例事故中并没有起到保护作用。

500型万用表是另一款在工程技术人员中拥有量较大的模拟式万用表。以前许多集成电路手册的测试数据都是以该表为基准比照。500型万用表以上海第四电表厂的“星牌”最为有名。该厂早期产品做工用料很不错，采用外磁式表头，黑胶木外壳，档位转换开关为陶瓷结构，使用寿命长。表内部无线路板，元器件都搭焊在两个档位转换开关上。内置1.5V、9V两种电池。后期做工逐渐下降，用料缩水。等该表型号由500改为MF500时，用料缩水已较严重。两个档位转换开关已变为塑料结构，耐用性无法与原陶瓷结构相比。

实例二：一台“星牌”500型万用表，电阻档无反应。检查发现R×1档的9.4Ω、R×10档的91Ω电阻开路损坏，保险管熔断。将损坏元件换新后故障排除。本例中，这两个损坏的电阻外表无异常，与实例一中MF47型万用表的损坏情况有明显区别。这通常是误用电阻档去测量低电压所致。

实例三：一台“星牌”MF500型万用，电阻档无反应。该款表用料已缩水严重，两个档位转换开关已改为塑料结构。检查发现其中一个档位转换开关塑料本体已断裂，造成“刀”与“掷”无法接触。更换档位转换开关后万用表恢复正常。