自制万用电表实验

爱好者手头若有一只完好的磁电式直流微安表（或毫安表）表头，仿照以下方法计算设计，就能很容易地制成一只实用的万用电表，它的测量范围和准确度可以和简单的工厂产品相比，能够满足一般业余测量需要。

先将微安表表头，以标准电表（可用一般万用电表的直流电流最小一档）为准，测出它的灵敏度I\(_{0}\)。例如按图1所示电路，把电位器从阻值最大处渐渐减小，使被测表头偏转到达满刻度，从标准电表上得知这只微安表的灵敏度，即满刻度的电流值IO=87微安（这是笔者实验时所用表头的灵敏度，以下所举的各数值都是以它为根据计算的），同时并把它的表盘刻盘10％、20％……90％各处的数值加以测试，以了解它的直线性。这只表头各处电流值最大偏差不超过5％，说明它是准确好用的。

然后，再用图2电路测定出它的内阻R\(_{MO}\)（注意：表头不可直接用万用表电阻档去测量它的内阻）。先不接通开关，调节电位器使表头指针到达满刻度，然后闭合开关，表头指针必然下降。这时调节电阻箱（可用有滑臂抽头的2～5千欧线绕电阻代替），使表头指针指在表盘中心。这时电阻箱的阻值便是这只表头的内阻RMO，在这里R\(_{M}\)0=1420欧。测量时使用的电池电压愈高，电位器阻值愈大，准确度也愈高。所用电池最好在6伏以上，电位器也要用100千欧以上的。

先确定出电表要具备的测量档范围。一般可将直流电流分为三档，即1毫安、10毫安及100毫安。直流电压分为三档，即10伏、100伏及500伏。直流电阻分为二档，即R×1及R×10。交流电压分为三档，即10伏、100伏及500伏。以上共计11档，已可满足一般使用需要。电表的结构采用图3的电路，优点是比较简单易制。电路中的转换开关选用2刀11掷的，也可以用两层的波段开关改制，或者利用香蕉插孔做成为插接式的。直流电阻档的调零点电位器（图3中的R\(_{S5}\)）为500欧的线绕式电位器，它串联在电流档的分流器中，同时也作为分流器的一部分。这种方法可使因电池电压下降而引起的测量误差较小。电池可以采用1.5伏小型干电池。交流档的整流器采用仪表用氧化铜整流器（半波），或用两只半导体二极管（如2AP1或2AP9）也可以。

①直流电流档 首先在表头上串联一只电阻R\(_{O}\)=80欧，作用一方面是使表头内阻成为整数，即RM=R\(_{M}\)0＋RO=1420十80=1500欧，便于计算；另一方面在以后还可以调节这只电阻来微调电表的灵敏度。但是所加电阻不要过大，以免降低万用电表的灵敏度。串联了这只电阻以后，就可以计算并联在表头上的分流器。为了使并联分流器之后表头回路的灵敏度IM为整数值，这里取I\(_{M}\)=200微安。这个电流数值取得小些，分流器阻值就要大些，这样在测量时电表会影响被测电路中的电流。若取得大些，那么电压档的倍增器电阻值就要小些，这样在测量时又会影响电路，使测量数值偏低。所以一般选取分流器的总电阻值约与表头内阻相当，使通过电路中的电流增加一倍左右。

表头回路的灵敏度确定以后，所加分流器的总电阻R\(_{S}\)在回路中的关系是

回路内虽然还接有测量交流电压时用的整流器，它的反向电阻很大，在这里可以略去不计。

分流器的总阻值R\(_{S}\)确定后，就可以计算各分档的分流器阻值了。它只是与各档的电流值成反比例关系，与表头内阻无关。所以100毫安I1档分流器R\(_{S1}\)的阻值与分流器总阻值RS的关系为

以下1毫安I\(_{3}\)档RS1+R\(_{S2}\)+RS3=R\(_{S}\)×IMI\(_{3}\)=1155×0.0002;0.01=231欧，那么，RS3=（R\(_{S1}\)+RS2+R\(_{S3}\)）-（RS1+R\(_{S2}\)）=231-23.1=207.9欧。当然RS4+R\(_{S5}\)=RS-（R\(_{S1}\)+RS2+R\(_{S3}\)）=1155-231=924欧。由于电阻档的调零点电位器RS5用的是50O欧，那么R\(_{S4}\)=924－500=424欧。

②直流电压档 因为I\(_{M}\)=200微安是已经确定了的，那么各档倍增器RV的电阻应用R′V=\(\frac{E}{I}\)\(_{M}\)来计算。所以E1（10伏）档倍增器电阻值应有

所以这档串联一只R\(_{V1}\)=49.3千欧的电阻就可以了。E2（100伏）档应有R′\(_{V2}\)=E2I\(_{M}\)=100;0.0002=500千欧。减去E1档已有的阻值之后，这档倍增器R\(_{V2}\)的阻值应为450千欧。按照同样方法计算出E3（500伏）档倍增器R\(_{V3}\)应取2兆欧。

③直流电阻档 这档采用一只E=1.5伏的干电池作为电源。当电池用旧后，电压将降低到E小=1.2伏，这时把调零点电位器R\(_{S5}\)调节到图3中的（A）处，电表应当还能进行测量，即供给IM=200微安，电表指针指到满刻度。因此电阻R×10档电路中的电阻r′\(_{1}\)0（它是这一档的内阻）应为：

所以这档只要串联一只r\(_{1}\)0=5.3千欧就可以了。电阻R×1档电路中的电阻应为：

因此需要并联一只电阻r\(_{l}\)，使电路的电阻等于这个数值即可。利用计算并联电阻方法，可以求得这只电阻数值为：

④交流电压档 这档采用仪表用氧化铜半坡整流器或两只半导体二极管接成半波整流电路。在半波整流电路中，电表流过的直流电流（平均值）只是输入交流电（有效值）的0.45倍，所以交流档满刻度时的电流应有I～=\(\frac{I}{_{M}}\)0.45=0.0002;0.45=440微安。因此E1～（10伏）档的电阻应为\(\frac{E}{_{1～}}\)I～=10/0.00044≈23千欧。由于氧化铜整流器或半导体二级管的内阻约为500欧，加上表头与分流器并联电阻是652欧，它们的总阻值有1.1千欧，所以这一档串联一只R\(_{1～}\)将近22千欧的电阻即可。依此类推，E2～（100伏）档应为E\(_{2～}\);I～=

直流电流及直流电压各档的刻度绘制比较容易，即将表头原来的刻度盘等分刻度就可以了，零点是在表盘左侧。

电阻档的分度不是等分的，可以用下列公式求出各电阻值应按百分度绘出的位置：

其中r\(_{x}\)是应绘在表盘上的电阻值；r′是电阻档的内阻，n表示表盘上按百分度的位置。按百分刻度表盘的右侧“100”是“0”欧的位置。例如R×l档的内阻r′=600欧，rx为600欧时，用上式可以求得这个电阻值的位置应该绘在表盘的50％处。依此方法可以绘出其他各阻值应当处在的位置。

交流档分度也不是等分的，它没有一定的关系式，这是由于整流器为非线性的关系，电压愈小，刻度将愈低于直流电压分度。所以最好的方法是在校验好满刻度的数值之后，也就是以满刻度为基准，调准各倍增器，再进行其他位置的分度。这样做法交流分度可以画得很准确。笔者采用两只半导体二极管2AP9（1Z1）作为整流器，交流档分度基本上是等分度的，可以与直流电压档合用一个刻度。

各档所用的电阻都应当经过仔细测量选定，务求找到与计算数值相同的电阻。分流器上各个数值小的电阻要用有绝缘外皮的电阻丝绕制，阻值很低的，如R\(_{S1}\)，也可用铜漆包线代替，绕成为迭层式的。这些电阻阻值较小，若用万用电表去测定，误差较大，有条件的应当使用直流电桥来测量。最好各电阻先选用稍大一点的阻值，在校准电表过程中再适当减小，以求准确。阻值较大的分流器，如不用电阻丝绕制，可用炭膜电阻代替，不过数值应当尽可能准确，可以用几只电阻串联或并联搭配成所需的阻值。电阻档调零点电位器的总阻值也应当测定。其他倍增器中的各电阻，都可采用炭膜电阻。不过炭膜电阻的准确度都较差，所以应当仔细挑选，必要时可用两只电阻串联，其中一只选取阻值稍低于计算值的，然后串联上一只数值小的电阻，配成恰当的电阻。也可以将一只稍低于计算值的炭膜电阻，用锉刀的棱角将电阻上原有的槽纹开大一些，使它的阻值增加到恰当的数值。所有的电阻调准工作，可在校准万用表的同时进行。

先将配装好分流器的电表头与标准表校准，使用的电路与图1相同。若各分流器电阻都是经过精确测定的，校准时就无需再调动了。如果电表指针偏低，可以减小与电表串联的电阻R\(_{O}\)；偏高就要增加它的阻值。如果分流器电阻是没有经过精确测定的话，就要先调整分流器中阻值大的电阻RS4，使表头回路的灵敏度与计算值L\(_{M}\)相同，电流偏高时要将这只电阻阻值减小，反之则加大。苦其他分流电阻的阻值都留有富裕时，就会使IM偏高一些，须调准各分流电阻，使I\(_{M}\)趋于合适。然后再从较大的电阻逐个调准，并须反复校验，使各档都达到准确。

电压档的校准方法；是将制成的电表与标准表并联，接通适当的电压来进行。当然直流档要用直流电源；交流档要用交流电源。自制电表读数偏大时，要加大倍增器电阻值；读数偏小时则减低倍增器电阻值。校准应当从小档开始进行。

电阻档的校准，要先校准大档，后校准小档。最好用标准电阻进行校试。如果没有标准电阻，也可用经过准确的万用电表校对过的电阻来校试，不过这样误差要大些。校验前要将试笔短接调整零点，然后先用一只与表盘的中心电阻值相同或相近的电阻进行校验。R×10档可以调节r\(_{1O}\)。如果读数偏大，就要减小r10；偏低则要加大。不过在调动之后还要重新调整零点，反复进行多次，才能达到准确。校验R×1档时，就要调动并联电阻r\(_{1}\)。因为它是并联上去的，所以读数偏大时是要加大r1；幅小时则要减小r\(_{l}\)。

关于制作工艺问题，以前有过介绍（见1963年第4期“自制袖珍万用电表”），这里就不多谈了。(永为)