摘 要： 本文针对在大学物理实验过程中学生初次使用万用表出现的常见问题，分析了万用表引入的利弊与注意事项。 关键词： 指针式万用表 大学物理实验 应用
1.引言
万用表作为最常见的便携式电子测量仪表，价格低廉、功能强大，在生产生活和教学科研中应用广泛［１－４］。理工科大学生，有必要了解万用表的工作原理并熟练掌握其基本应用。万用表根据其工作原理和显示方式不同可分为数字式和指针式，数字式万用表虽然读数方便，但测量和显示都需要电池或电源，指针式万用表虽然读数稍显复杂，但除了电阻、三极管电流放大倍数等个别功能外，绝大部分功能不需要电源即可完成，更加低碳环保。指针式万用表内部结构简单，成本低，维护简单［４］，更适合实验室广泛使用，本文主要分析了指针式万用表在大学物理实验的应用。
2.万用表与大学物理实验
大学物理实验尤其是电磁学部分的实验中，经常需要测量直流电压电流等电路参数，采用磁电系的伏特表安培表精确度高、操作简单，但也存在体积大、量程范围少、功能单一等缺点。随着扩招后学生人数的增加，实验仪器使用频率也随之增加，伏特表安培表难以满足广大学生物理实验的需求。体积小、量程范围大、功能齐全、质优价廉的万用表也被应用到大学物理实验中。然而，由于中学阶段实践性学习的缺乏或是中学学校客观条件的限制，即使是理工科学生，在低年级的阶段，没有进行电子工艺实习等实践环节之前，除了极个别学生，由于指针式万用表相对功能单一的伏特表安培表而言，操作和读数比较复杂，大部分学生并不能熟练使用指针式万用表。
大学物理实验中，有必要初步了解指针式万用表的结构原理，掌握指针式万用表的使用方法（主要针对MF47型万用表的直流电压和电流挡）和安全使用注意事项。
3.万用表的结构与接法
指针式万用表由表头、测量电路和转换开关组成。表头是一只高灵敏度的磁电系直流电流表，万用表的主要性能指标取决于表头的性能。表头的灵敏度是指表头指针满刻度偏转时流过表头的直流电流值，这个值越小，表头的灵敏度愈高。测量线路是用来把各种被测量转换到适合表头测量的微小直流电流的电路，能将各种不同的物理量（如电流、电压、电阻等）、不同的量程，经过一系列的处理（如整流、分流、分压等），转变成微小直流电流送入表头进行测量。转换开关用来选择各种不同的测量线路，以满足不同种类和不同量程的测量要求。转换开关有一个或两个，标有不同的功能和量程［４］。
对指针式万用表直流电压是表头通过串联不同的电阻构成，利用串联电路的分压特性来得到不同的直流电压量程，因而直流电压挡位尤其是大量程，其内阻较大（例如MF47万用表的DCV1000V档高达9MΩ），如果该挡并联在电路当中，对原电路的影响较小，而串联到电路当中，则通过的电流很小，基本相当于开路。直流电流挡位为表头并联电阻构成，利用并联电路的分流特性来得到不同的直流电流量程，因而直流电流挡位内阻很小，串联到电路当中，对原电路的影响一般较小，近似于一连接导线，但如果并联到电路中，大部分电流将通过万用表。
万用表测量时应水平放置，并进行机械零点调节。一般应将万用表红表笔接入“+”插孔，黑表笔接入“-”插孔，如有大电流或大电压，红表笔接入相应大量程插孔。
测量直流电压时，万用表与待测电压并联，例如测量某电路中a、b两点电压Uab，应试探性地将黑表笔接a，接红表笔接b，若指针向顺时针偏转，则电压值记为正值，由于万用表逆时针偏转即反偏会损坏指针，因此试探性连接时发现指针反偏，应立即将表笔换向连接，同时电压值记为负值。测量直流电流时，万用表串联入待测点，电流正负值选择方式与电压测量时相似。不管是直流电压还是电流挡，都应先选大量程，只有发现其大小确实小于下一量程，才能将切换到下一量程。注意在切换功能或量程前，应将万用表表笔断开。
4.万用表的量程与读数
必须根据万用表的转换开关指示的功能和量程选用相应的刻度盘读数。读数时视线应于刻度盘盘面垂直，指针、刻度线（或估读数据理论上的刻度线）和指针在刻度盘镜面内的像，三条线在同一平面上。读数还应估读一位。对直流电压电流档位而言，待测物理量和指针偏转角度是线性关系，因而刻度线是均匀的，估读也较容易。对MF47型万用表而言，直流电压电流挡读数为刻度盘中部0―10、0―50和0―250这一区域的刻度线，若满量程为10、50和250直接利用这三个刻度线即可；若为其他量程，可以选择该量程为这三个刻度线慢量程的整十倍，或整十分之一读数，这样读数换算最简单，例如用1000V量程，那么读满刻度为10的数据，再乘以100即得所测电压大小。
初学者往往忽视指针式万用表接入电路后对原电路的影响。即使正确地使用万用表测量数据，也会产生误差，不仅是万用表本身精确度等级带来的误差，而且有万用表接入电路改变了原电路，后者往往被初学者忽略。而某些情况下，这种改变不仅会出现误差，而且会产生错误的数据。因此不能迷信万用表的精确度等级，而应根据万用表和电路本身的参数分析误差，并避免出现错误的数据。
对直流电压测量而应，可以采用补偿法减小万用表分流的影响，从而减小误差［1］。
5.万用表的安全使用
万用表的不当使用，往往造成电气故障甚至人身安全事故。例如当万用表挡位为电流时，错误地用来测量电压，即使是较低的直流电压，由于万用表电流挡内阻极小，也很可能会造成万用表保险管熔断和表头损坏，如用来测量AC220V市电电压，会造成万用表保险管爆裂和表头损坏。另外测量高压是如用手接触到表笔金属部分，会发生触电事故。
万用表使用尤其是测量高压时要避免接触其金属部分，不用电流挡来测电压。万用表不用时应打到“OFF”挡（例如MF47型）或交流电压量程最大挡（例如MF30型）。
虽然新型的指针式万用表采用了多重保护电路，但在大学物理实验过程中，仍然必须坚持让学生正确使用指针式万用表，这样才能切实保护学生的人身安全和培养学生良好的实验习惯。
6.结语
熟练掌握指针式万用表的正确实验方法，不但是理工科学生完成好物理实验的项目保证，而且有利于后续相关实践性环节的开展。
参考文献：
［1］吴凌燕，纪明霞.应用万用表准确测量直流电压的方法［J］.计量与测试技术，2010，11：55-56.
［2］贺吉凡.使用万用表时的注意事项［J］.实用汽车技术，2008，12.
［3］黄岭.浅谈万用表测量前的知识储备［J］.黑龙江科技信息，2011，12：72.
［4］贾利英.万用表在电学实验中的应用［J］.机械管理开发，2011，2：163-164.