模擬式萬(wàn)用表的原理與維修

青島市技師學(xué)院 張明磊

目前盡管數(shù)字式萬(wàn)用表以其體積小、重量輕、精度高、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)正在慢慢取代模擬式萬(wàn)用表，但模擬式萬(wàn)用表有指示連續(xù)變化，抗干擾能力強(qiáng)、電流電壓檔無(wú)需電池等優(yōu)點(diǎn)，仍在廣大專業(yè)技術(shù)人員中有很大的擁有量。本文以比較有代表性的MF47、500型萬(wàn)用表為例，簡(jiǎn)要介紹其工作原理后，配以相關(guān)維修實(shí)例，希望能對(duì)廣大同行起到借鑒的作用。

模擬式萬(wàn)用表，是指該儀表直接指示的是被測(cè)電量或電參量的模擬量值。其測(cè)量結(jié)果一般表現(xiàn)為指針沿刻度標(biāo)尺的位移，被測(cè)量的模擬量值可直接從刻度標(biāo)尺上讀出。模擬式萬(wàn)用表的優(yōu)點(diǎn)是顯示直觀，易于顯示信號(hào)變化的傾向，容易判斷信號(hào)與滿度值之差等。盡管相對(duì)于數(shù)字式萬(wàn)用表，有功能少、精度低等缺點(diǎn)，但仍在工程技術(shù)人員中有比較大的擁有量。

1 工作原理簡(jiǎn)介

模擬式萬(wàn)用表在結(jié)構(gòu)上由指示部分、測(cè)量電路、轉(zhuǎn)換裝置三個(gè)部分組成。指示部分又稱為表頭，用來(lái)指示被測(cè)量值的大小，是萬(wàn)用表的核心部分。萬(wàn)用表的靈敏度、準(zhǔn)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(cè)量機(jī)構(gòu)。它利用永久磁鐵的磁場(chǎng)與載流線圈的相互作用來(lái)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。這種測(cè)量機(jī)構(gòu)由于氣隙中有很強(qiáng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，所以測(cè)量機(jī)構(gòu)具有較高的電流靈敏度。輻射強(qiáng)大而均勻的磁場(chǎng)又使讀數(shù)方程為線性，從而使標(biāo)尺刻度均勻分格。較強(qiáng)的磁場(chǎng)也使這種測(cè)量機(jī)構(gòu)具備很強(qiáng)的抗外磁干擾能力。在磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)中，如果可動(dòng)部分是載流線圈，稱為動(dòng)圈式結(jié)構(gòu)。根據(jù)永久磁鐵位于可動(dòng)線圈外部或內(nèi)部，又分為外磁式和內(nèi)磁式。外磁表頭體積大，重量重，磁鋼下部有用于靈敏度調(diào)整的短路軟鐵，可用來(lái)改變表頭滿偏電流。內(nèi)磁表頭體積較小，重量輕，磁場(chǎng)集中，磁能利用率高。大多數(shù)表頭靠寶石軸承支撐動(dòng)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(zhǔn)確度和靈敏度的進(jìn)一步提高。近些年由于技術(shù)的發(fā)展，有一些表頭已改為內(nèi)磁式張絲結(jié)構(gòu)，如SANWA（三和）YX-361TR型萬(wàn)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(dòng)性，使表頭的使用壽命超過(guò)100萬(wàn)次。

轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)由許多固定觸點(diǎn)和活動(dòng)觸點(diǎn)組合而成。當(dāng)固定觸點(diǎn)和活動(dòng)觸點(diǎn)閉合時(shí)電路被接通?；顒?dòng)觸點(diǎn)通常稱為“刀”，固定觸點(diǎn)稱為“擲”，萬(wàn)用表中所用的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，由于它要按照不同的排列組合來(lái)接通相當(dāng)多的量程，所以結(jié)構(gòu)是比較特別的。它有很多層“刀”和“擲”，比如三“刀”九“擲”，說(shuō)明它有三個(gè)活動(dòng)接觸點(diǎn)和九個(gè)固定接觸點(diǎn)，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)中的各“刀”之間是相互同步聯(lián)動(dòng)的，轉(zhuǎn)動(dòng)“刀”的位置可使某些活動(dòng)觸點(diǎn)與固定觸點(diǎn)閉合，從而相應(yīng)的接通所需要的測(cè)量電路。

2 維修要點(diǎn)

2.1 外觀的檢查

對(duì)于待修理萬(wàn)用表的外露部件進(jìn)行檢查，先看表殼有無(wú)嚴(yán)重?fù)p壞，接線柱（或插孔）、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)旋鈕是否有松動(dòng)或斷裂，表面玻璃有無(wú)破碎，電表指針是否平直，機(jī)械調(diào)零器是否完好等。

然后再粗略檢查直流電阻檔，先將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)撥到R×1檔，把正負(fù)接線柱端短路，觀察指針是否偏轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零器看能否使指針達(dá)到滿偏零點(diǎn)，同時(shí)觀察指針有無(wú)卡阻、蹭表盤現(xiàn)象。在檢查過(guò)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(cè)量機(jī)構(gòu)磁電系未斷線的情況下進(jìn)行。表頭能否正常工作，只有經(jīng)過(guò)通電觀察，方能確定。通電檢查時(shí)，用一臺(tái)正常的萬(wàn)用表進(jìn)行對(duì)比，查找故障點(diǎn)。

2.3 直觀法檢查

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

2.4 元器件的測(cè)量

在檢查表頭時(shí)，絕對(duì)不能用指針表的低電阻檔（如R×1檔）直接測(cè)量，因?yàn)橹羔槺淼腞×1檔輸出電流達(dá)數(shù)十毫安，而表頭滿偏電流僅為數(shù)十微安，將導(dǎo)致表頭損壞。業(yè)余情況下，可用數(shù)字萬(wàn)用表的20K電阻檔測(cè)量，數(shù)字表的輸出電流較小，能保障測(cè)量的安全。若有條件，可用電橋（QJ23，QJ24）測(cè)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(diào)電阻（先把阻值放在50KΩ以上位置）來(lái)限制電流，使待測(cè)表頭指針不超過(guò)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(shù)值不明，又無(wú)處可查，可將損壞的電阻兩端引出導(dǎo)線接上電阻箱，調(diào)節(jié)到所需阻值，再按此阻值更換。

對(duì)直流電流量程，出現(xiàn)誤差有正有負(fù)時(shí)，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(wú)異樣，動(dòng)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(xiàn)象應(yīng)先排除。

對(duì)誤差很大，而且各檔都成比例相同的誤差時(shí)，應(yīng)先檢查表頭靈敏度的參數(shù)。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(fù)誤差是表頭靈敏度降低所造成。因此在修理萬(wàn)用表時(shí)，對(duì)表頭內(nèi)阻和靈敏度的數(shù)值一定要與原表頭相同。

當(dāng)交流電壓（交流電流）的故障點(diǎn)為整流元件損壞時(shí)，應(yīng)更換新元件。替換時(shí)最好選擇同型號(hào)的。老型號(hào)的萬(wàn)用表大多采用氧化銅整流器做為整流元件。不管采用半導(dǎo)體二極管還是氧化銅整流器，我們都可以用萬(wàn)用表R×1KΩ檔測(cè)量其正反向電阻。測(cè)量硅整流二極管正向電阻時(shí)，表針大約在滿偏值的三分之二處；測(cè)反向電阻時(shí)，表針應(yīng)不動(dòng)。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(shù)值不正常，應(yīng)換新元件。若各檔誤差均成比例但又不是很大時(shí)，可以調(diào)整專用可變電阻，通過(guò)調(diào)整使其達(dá)到允許誤差以內(nèi)。

電阻測(cè)量線路的檢測(cè)，應(yīng)在直流電流量程完好的基礎(chǔ)上進(jìn)行。一般情況下易出現(xiàn)的問(wèn)題是電池電量不足，連接電池正負(fù)極的金屬片表面有污物，可分別通過(guò)更換新電池、用砂紙清理污物加以解決。

萬(wàn)用表的歐姆調(diào)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(guī)格的繞線式電位器。

3 維修案例

MF47型萬(wàn)用表。該表生產(chǎn)廠家較多，但以早期南京電表廠生產(chǎn)的最為出名。最早其品牌為“NANKING”。內(nèi)置1.5V、15V兩種電池。外置鐵提手便于攜帶。內(nèi)部為有機(jī)玻璃板搭焊元件。檔位轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)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(nèi)部背面鑲嵌有鐵板用來(lái)減少外部磁場(chǎng)干擾。該時(shí)期的47型表做工精湛，用料考究。內(nèi)部校準(zhǔn)可調(diào)電阻皆為繞線式，電阻檔相關(guān)電阻也大量采用繞線式電阻，保證了測(cè)量精度，實(shí)為當(dāng)時(shí)之精品。后期表內(nèi)高壓電池由15V變?yōu)?V，品牌變?yōu)椤癗ANJING”，但做工逐漸下降，可調(diào)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(jiàn)的故障為因誤用電阻檔測(cè)電壓導(dǎo)致R40、R41、R42三個(gè)電阻燒壞和0.5A保險(xiǎn)管熔斷。打開(kāi)表殼，一般目測(cè)就可以發(fā)現(xiàn)這幾個(gè)損壞的元件已燒焦。損壞的電阻可用五色環(huán)金屬膜電阻串、并聯(lián)代換。更換0.5A保險(xiǎn)管時(shí)要注意，一定要測(cè)一下新保險(xiǎn)管的電阻值不要大于1Ω，否則會(huì)出現(xiàn)更換后R×1檔調(diào)不到零位的問(wèn)題。

實(shí)例一：一臺(tái)“NANJING”MF47型萬(wàn)用表，電阻檔無(wú)反應(yīng)。拆開(kāi)表殼，發(fā)現(xiàn)R40、R41、R42三個(gè)電阻已燒焦，0.5A保險(xiǎn)管熔斷。用五色環(huán)電阻代換損壞電阻，0.5A保險(xiǎn)管用阻值小于1Ω的同規(guī)格保險(xiǎn)管代換，卻發(fā)現(xiàn)裝上電池后，R×1檔調(diào)不到零位，并且在該檔表針指示不穩(wěn)定。既然表針不穩(wěn)，說(shuō)明存在接觸不良的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)檢查，排除了電池電量不足，電池夾接觸不良的嫌疑。后來(lái)根據(jù)線路，用分段測(cè)量電阻法查出“+”表筆插座接線柱與所連接的導(dǎo)線之間阻值較大且不穩(wěn)定。該萬(wàn)用表四個(gè)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(wàn)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(shí)好時(shí)壞，要求檢修者有足夠的耐心、平和的心態(tài)。在處理此類故障時(shí)，分段測(cè)量電阻法比較有效。其中，電池夾、檔位轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、歐姆調(diào)零電位器是重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。

有必要說(shuō)一下，現(xiàn)在生產(chǎn)的MF47型萬(wàn)用表，內(nèi)部采用印刷線路板結(jié)構(gòu)，表筆插座接線柱直接焊在線路板上。檔位轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)本體已改為開(kāi)放式，通過(guò)接觸彈片與印刷線路板連接。

MF47型萬(wàn)用表四個(gè)表筆插座，千萬(wàn)不能插錯(cuò)。例如有一次筆者誤將表筆插在“-”和“5A”插座上測(cè)交流220V，雖然轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)檔位撥在交流500V檔上，但毫無(wú)意義，表筆接觸測(cè)量點(diǎn)時(shí)直接短路放了一個(gè)火球，燒熔了筆尖。因?yàn)?.5A保險(xiǎn)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(méi)有起到保護(hù)作用。

500型萬(wàn)用表是另一款在工程技術(shù)人員中擁有量較大的模擬式萬(wàn)用表。以前許多集成電路手冊(cè)的測(cè)試數(shù)據(jù)都是以該表為基準(zhǔn)比照。500型萬(wàn)用表以上海第四電表廠的“星牌”最為有名。該廠早期產(chǎn)品做工用料很不錯(cuò)，采用外磁式表頭，黑膠木外殼，檔位轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)為陶瓷結(jié)構(gòu)，使用壽命長(zhǎng)。表內(nèi)部無(wú)線路板，元器件都搭焊在兩個(gè)檔位轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)上。內(nèi)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(hào)由500改為MF500時(shí)，用料縮水已較嚴(yán)重。兩個(gè)檔位轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)已變?yōu)樗芰辖Y(jié)構(gòu)，耐用性無(wú)法與原陶瓷結(jié)構(gòu)相比。

實(shí)例二：一臺(tái)“星牌”500型萬(wàn)用表，電阻檔無(wú)反應(yīng)。檢查發(fā)現(xiàn)R×1檔的9.4Ω、R×10檔的91Ω電阻開(kāi)路損壞，保險(xiǎn)管熔斷。將損壞元件換新后故障排除。本例中，這兩個(gè)損壞的電阻外表無(wú)異常，與實(shí)例一中MF47型萬(wàn)用表的損壞情況有明顯區(qū)別。這通常是誤用電阻檔去測(cè)量低電壓所致。

實(shí)例三：一臺(tái)“星牌”MF500型萬(wàn)用，電阻檔無(wú)反應(yīng)。該款表用料已縮水嚴(yán)重，兩個(gè)檔位轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)已改為塑料結(jié)構(gòu)。檢查發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)檔位轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)塑料本體已斷裂，造成“刀”與“擲”無(wú)法接觸。更換檔位轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)后萬(wàn)用表恢復(fù)正常。