模擬式萬用表的原理與維修

青島市技師學院 張明磊

目前盡管數字式萬用表以其體積小、重量輕、精度高、便于攜帶等優點正在慢慢取代模擬式萬用表，但模擬式萬用表有指示連續變化，抗干擾能力強、電流電壓檔無需電池等優點，仍在廣大專業技術人員中有很大的擁有量。本文以比較有代表性的MF47、500型萬用表為例，簡要介紹其工作原理后，配以相關維修實例，希望能對廣大同行起到借鑒的作用。

模擬式萬用表，是指該儀表直接指示的是被測電量或電參量的模擬量值。其測量結果一般表現為指針沿刻度標尺的位移，被測量的模擬量值可直接從刻度標尺上讀出。模擬式萬用表的優點是顯示直觀，易于顯示信號變化的傾向，容易判斷信號與滿度值之差等。盡管相對于數字式萬用表，有功能少、精度低等缺點，但仍在工程技術人員中有比較大的擁有量。

1 工作原理簡介

模擬式萬用表在結構上由指示部分、測量電路、轉換裝置三個部分組成。指示部分又稱為表頭，用來指示被測量值的大小，是萬用表的核心部分。萬用表的靈敏度、準確度等一些重要性能，都由表頭決定。表頭一般采用磁電系測量機構。它利用永久磁鐵的磁場與載流線圈的相互作用來產生轉動力矩。這種測量機構由于氣隙中有很強的磁感應強度，所以測量機構具有較高的電流靈敏度。輻射強大而均勻的磁場又使讀數方程為線性，從而使標尺刻度均勻分格。較強的磁場也使這種測量機構具備很強的抗外磁干擾能力。在磁電系測量機構中，如果可動部分是載流線圈，稱為動圈式結構。根據永久磁鐵位于可動線圈外部或內部，又分為外磁式和內磁式。外磁表頭體積大，重量重，磁鋼下部有用于靈敏度調整的短路軟鐵，可用來改變表頭滿偏電流。內磁表頭體積較小，重量輕，磁場集中，磁能利用率高。大多數表頭靠寶石軸承支撐動圈（載流線圈），抗震性差，并且由于軸尖存在著摩擦力，還限制了準確度和靈敏度的進一步提高。近些年由于技術的發展，有一些表頭已改為內磁式張絲結構，如SANWA（三和）YX-361TR型萬用表。用張絲代替軸尖和游絲，可以消除摩擦誤差，提高抗沖擊、抗震動性，使表頭的使用壽命超過100萬次。

轉換開關由許多固定觸點和活動觸點組合而成。當固定觸點和活動觸點閉合時電路被接通。活動觸點通常稱為“刀”，固定觸點稱為“擲”，萬用表中所用的轉換開關，由于它要按照不同的排列組合來接通相當多的量程，所以結構是比較特別的。它有很多層“刀”和“擲”，比如三“刀”九“擲”，說明它有三個活動接觸點和九個固定接觸點，轉換開關中的各“刀”之間是相互同步聯動的，轉動“刀”的位置可使某些活動觸點與固定觸點閉合，從而相應的接通所需要的測量電路。

2 維修要點

2.1 外觀的檢查

對于待修理萬用表的外露部件進行檢查，先看表殼有無嚴重損壞，接線柱（或插孔）、轉換開關旋鈕是否有松動或斷裂，表面玻璃有無破碎，電表指針是否平直，機械調零器是否完好等。

然后再粗略檢查直流電阻檔，先將轉換開關撥到R×1檔，把正負接線柱端短路，觀察指針是否偏轉，調節歐姆調零器看能否使指針達到滿偏零點，同時觀察指針有無卡阻、蹭表盤現象。在檢查過程中也可判斷電池電量是否不足。

2.2 通電的檢查

通電檢查必須是在測量機構磁電系未斷線的情況下進行。表頭能否正常工作，只有經過通電觀察，方能確定。通電檢查時，用一臺正常的萬用表進行對比，查找故障點。

2.3 直觀法檢查

查找萬用表的故障也可憑借人的眼、鼻、手等感覺器官直接對故障原因作出判斷。運用此法常能迅速查明一些故障，例如連線斷開，搭錫短路，元件燒焦、虛焊、熔絲燒斷等。

2.4 元器件的測量

在檢查表頭時，絕對不能用指針表的低電阻檔（如R×1檔）直接測量，因為指針表的R×1檔輸出電流達數十毫安，而表頭滿偏電流僅為數十微安，將導致表頭損壞。業余情況下，可用數字萬用表的20K電阻檔測量，數字表的輸出電流較小，能保障測量的安全。若有條件，可用電橋（QJ23，QJ24）測量，但要采取措施限制電源回路中的電流。一般的單電橋都用干電池（4.5V）做為電源，在電源線路中串入可調電阻（先把阻值放在50KΩ以上位置）來限制電流，使待測表頭指針不超過滿刻度值。

若電阻損壞，可用與原電阻值相等的電阻更換。若損壞的電阻數值不明，又無處可查，可將損壞的電阻兩端引出導線接上電阻箱，調節到所需阻值，再按此阻值更換。

對直流電流量程，出現誤差有正有負時，首先檢查表頭的特性，特別是重新安裝的表頭，檢查磁鐵有無異樣，動圈安裝是否端正，極掌與鐵芯的氣隙是否均勻，以上這些都可造成表頭本身特性的改變，若有這些現象應先排除。

對誤差很大，而且各檔都成比例相同的誤差時，應先檢查表頭靈敏度的參數。若是比例相同的正誤差，這是表頭靈敏度偏高所造成；若是負誤差是表頭靈敏度降低所造成。因此在修理萬用表時，對表頭內阻和靈敏度的數值一定要與原表頭相同。

當交流電壓（交流電流）的故障點為整流元件損壞時，應更換新元件。替換時最好選擇同型號的。老型號的萬用表大多采用氧化銅整流器做為整流元件。不管采用半導體二極管還是氧化銅整流器，我們都可以用萬用表R×1KΩ檔測量其正反向電阻。測量硅整流二極管正向電阻時，表針大約在滿偏值的三分之二處；測反向電阻時，表針應不動。氧化銅整流器反向電阻是正向電阻的40倍以上或更大。若數值不正常，應換新元件。若各檔誤差均成比例但又不是很大時，可以調整專用可變電阻，通過調整使其達到允許誤差以內。

電阻測量線路的檢測，應在直流電流量程完好的基礎上進行。一般情況下易出現的問題是電池電量不足，連接電池正負極的金屬片表面有污物，可分別通過更換新電池、用砂紙清理污物加以解決。

萬用表的歐姆調零電位器是繞線式的，比較耐用；碳膜式的，較易接觸不良。若有條件可更換為同規格的繞線式電位器。

3 維修案例

MF47型萬用表。該表生產廠家較多，但以早期南京電表廠生產的最為出名。最早其品牌為“NANKING”。內置1.5V、15V兩種電池。外置鐵提手便于攜帶。內部為有機玻璃板搭焊元件。檔位轉換開關本體為封閉式，與元器件的連接也為搭焊。采用外磁式表頭，表殼內部背面鑲嵌有鐵板用來減少外部磁場干擾。該時期的47型表做工精湛，用料考究。內部校準可調電阻皆為繞線式，電阻檔相關電阻也大量采用繞線式電阻，保證了測量精度，實為當時之精品。后期表內高壓電池由15V變為9V，品牌變為“NANJING”，但做工逐漸下降，可調電阻被替換為碳膜電阻，電阻檔繞線式電阻逐漸減少。塑料提手代替了以前的鐵提手。該表最常見的故障為因誤用電阻檔測電壓導致R40、R41、R42三個電阻燒壞和0.5A保險管熔斷。打開表殼，一般目測就可以發現這幾個損壞的元件已燒焦。損壞的電阻可用五色環金屬膜電阻串、并聯代換。更換0.5A保險管時要注意，一定要測一下新保險管的電阻值不要大于1Ω，否則會出現更換后R×1檔調不到零位的問題。

實例一：一臺“NANJING”MF47型萬用表，電阻檔無反應。拆開表殼，發現R40、R41、R42三個電阻已燒焦，0.5A保險管熔斷。用五色環電阻代換損壞電阻，0.5A保險管用阻值小于1Ω的同規格保險管代換，卻發現裝上電池后，R×1檔調不到零位，并且在該檔表針指示不穩定。既然表針不穩，說明存在接觸不良的問題。經過檢查，排除了電池電量不足，電池夾接觸不良的嫌疑。后來根據線路，用分段測量電阻法查出“+”表筆插座接線柱與所連接的導線之間阻值較大且不穩定。該萬用表四個表筆插座接線柱采用螺栓連接，使用日久，螺栓壓接的墊片氧化造成接觸不良。清理墊片表面，旋緊螺栓，故障消失。

在萬用表的各種故障中，接觸不良是比較難處理的一類。因其阻值不定，時好時壞，要求檢修者有足夠的耐心、平和的心態。在處理此類故障時，分段測量電阻法比較有效。其中，電池夾、檔位轉換開關、歐姆調零電位器是重點關注對象。

有必要說一下，現在生產的MF47型萬用表，內部采用印刷線路板結構，表筆插座接線柱直接焊在線路板上。檔位轉換開關本體已改為開放式，通過接觸彈片與印刷線路板連接。

MF47型萬用表四個表筆插座，千萬不能插錯。例如有一次筆者誤將表筆插在“-”和“5A”插座上測交流220V，雖然轉換開關檔位撥在交流500V檔上，但毫無意義，表筆接觸測量點時直接短路放了一個火球，燒熔了筆尖。因為0.5A保險管與“+”表筆插座接線柱相連，并未接入“5A”插座回路，所以在此例事故中并沒有起到保護作用。

500型萬用表是另一款在工程技術人員中擁有量較大的模擬式萬用表。以前許多集成電路手冊的測試數據都是以該表為基準比照。500型萬用表以上海第四電表廠的“星牌”最為有名。該廠早期產品做工用料很不錯，采用外磁式表頭，黑膠木外殼，檔位轉換開關為陶瓷結構，使用壽命長。表內部無線路板，元器件都搭焊在兩個檔位轉換開關上。內置1.5V、9V兩種電池。后期做工逐漸下降，用料縮水。等該表型號由500改為MF500時，用料縮水已較嚴重。兩個檔位轉換開關已變為塑料結構，耐用性無法與原陶瓷結構相比。

實例二：一臺“星牌”500型萬用表，電阻檔無反應。檢查發現R×1檔的9.4Ω、R×10檔的91Ω電阻開路損壞，保險管熔斷。將損壞元件換新后故障排除。本例中，這兩個損壞的電阻外表無異常，與實例一中MF47型萬用表的損壞情況有明顯區別。這通常是誤用電阻檔去測量低電壓所致。

實例三：一臺“星牌”MF500型萬用，電阻檔無反應。該款表用料已縮水嚴重，兩個檔位轉換開關已改為塑料結構。檢查發現其中一個檔位轉換開關塑料本體已斷裂，造成“刀”與“擲”無法接觸。更換檔位轉換開關后萬用表恢復正常。