使用萬(wàn)用表檢測(cè)元件的教學(xué)方法

官 錚 謝 戈 周克峰 陳志堅(jiān)

云南大學(xué) 云南昆明 650091

萬(wàn)用表是一種多功能、多量程的測(cè)量?jī)x表，一般萬(wàn)用表可測(cè)量交/直流電流、交/直流電壓、電阻和音頻電平等，有的還可以測(cè)電容量、電感量及半導(dǎo)體的一些參數(shù)。萬(wàn)用表分為指針式萬(wàn)用表和數(shù)字萬(wàn)用表，目前以數(shù)字萬(wàn)用表的使用為主。

萬(wàn)用表是電工和無(wú)線電制作的必備工具，因此在電子信息類(lèi)本科生的實(shí)踐教學(xué)中屬于必須熟練掌握的常用儀表之一，是大學(xué)一年級(jí)開(kāi)設(shè)的基礎(chǔ)電路實(shí)驗(yàn)課中的一項(xiàng)教學(xué)內(nèi)容。就學(xué)生對(duì)萬(wàn)用表的使用情況，以100名電子信息專(zhuān)業(yè)大學(xué)二年級(jí)學(xué)生為對(duì)象做了問(wèn)卷調(diào)查，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 萬(wàn)用表使用情況調(diào)查統(tǒng)計(jì)表

表1主要反映出以下問(wèn)題：

(1)大部分學(xué)生僅掌握萬(wàn)用表的基本測(cè)量功能，且操作不規(guī)范；(2)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中缺乏靈活性，限制了儀器的使用領(lǐng)域；(3)不理解工作原理，對(duì)使用方法死記硬背。

為解決以上問(wèn)題，我們總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)和方法。

1 擴(kuò)展功能教學(xué)

基礎(chǔ)電路的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，大多數(shù)情況下學(xué)生僅使用萬(wàn)用表完成對(duì)電阻、電壓和電流的基礎(chǔ)測(cè)量。通過(guò)對(duì)基本測(cè)量功能的擴(kuò)展，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電容、二極管、三極管等電子元件以及IC芯片的檢測(cè)[1]。適當(dāng)加入此類(lèi)擴(kuò)展應(yīng)用，有利于拓展學(xué)生的知識(shí)面。以使用萬(wàn)用表檢測(cè)電容為例，大部分學(xué)生無(wú)法使用萬(wàn)用表檢測(cè)電容是否正常工作的原因之一，是沒(méi)有真正理解電容的特性。

大部分?jǐn)?shù)字示波器具備電容檔，可直接對(duì)電容進(jìn)行檢測(cè)。為加強(qiáng)學(xué)生對(duì)檢測(cè)對(duì)象及萬(wàn)用表的認(rèn)識(shí)程度，課堂教學(xué)中應(yīng)加入基于基礎(chǔ)直流電壓和電阻測(cè)量擋測(cè)量的相關(guān)內(nèi)容。

1.1 用電阻擋測(cè)量

(1)測(cè)量量程的選擇。電阻擋測(cè)量電容選擇量程按照“大小配對(duì)”的原則(見(jiàn)表2)，即大容量用低阻擋，小容量用高阻擋。

表2 電阻擋位選擇表

對(duì)于標(biāo)稱(chēng)值大于1 μF的電容，通常使用電阻擋測(cè)量；電容值為220 pF～1 μF的小容量電容器，則使用電壓擋測(cè)量效果更佳。

(2)表筆連接。檢測(cè)時(shí)，先將電容兩極接觸進(jìn)行放電，隨后用萬(wàn)用表兩只表筆分別接觸電容兩極，若測(cè)量對(duì)象為電解電容，則用紅表筆接電容正極，黑表筆接電容負(fù)極。

(3)觀察顯示讀數(shù)。當(dāng)待測(cè)電容處于不同狀態(tài)時(shí)，萬(wàn)用表顯示器讀數(shù)呈現(xiàn)出不同規(guī)律(見(jiàn)表3)，由此可判斷待測(cè)電容能否正常工作。

表3 電阻擋測(cè)量電容狀態(tài)判斷表

1.2 用電壓擋測(cè)量電容

(1)測(cè)量量程的選擇。使用電壓擋測(cè)量電容時(shí)選用2 V直流電壓擋。

(2)表筆連接。由于待測(cè)電容往往容量較小，為便于觀察，常外接電源，如電壓標(biāo)稱(chēng)為E的干電池。被測(cè)電容C的一個(gè)電極接萬(wàn)用表紅表筆，另一極接電源正極，萬(wàn)用表黑表筆接電池負(fù)極。

(3)觀察讀數(shù)。當(dāng)待測(cè)電容處于不同狀態(tài)時(shí)，萬(wàn)用表顯示器讀數(shù)呈現(xiàn)不同規(guī)律(見(jiàn)表4)，由此可判斷待測(cè)電容能否正常工作。

表4 電壓擋測(cè)量電容狀態(tài)判斷表

2 功能原理教學(xué)方法

對(duì)萬(wàn)用表擴(kuò)展功能的使用，學(xué)生往往容易遺忘。表1問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果表明，在學(xué)習(xí)過(guò)萬(wàn)用表擴(kuò)展功能的學(xué)生中，60%的學(xué)生經(jīng)過(guò)一年后不能進(jìn)行準(zhǔn)確操作。經(jīng)調(diào)查，主要原因是在學(xué)習(xí)過(guò)程中只注重操作步驟，而忽略了儀器本身的工作原理。因此在類(lèi)似教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師應(yīng)著重對(duì)實(shí)驗(yàn)操作原理進(jìn)行說(shuō)明，指導(dǎo)“怎么做”后要補(bǔ)充說(shuō)明“為什么”。該做法也有利于學(xué)生舉一反三，靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。

以萬(wàn)用表測(cè)量電容為例，需回答以下問(wèn)題：

(1)萬(wàn)用表可以用來(lái)檢測(cè)三極管的原因。萬(wàn)用表電阻擋測(cè)量電阻時(shí)，兩只表筆分別接觸待測(cè)電阻兩端，即將標(biāo)準(zhǔn)電阻R0與待測(cè)RX串聯(lián)后接在萬(wàn)用表的V+和COM之間。表內(nèi)基準(zhǔn)電壓對(duì)R0和RX供電，分壓后UR0為基準(zhǔn)電壓，URX為輸入電壓。通過(guò)測(cè)量輸入電壓，進(jìn)而計(jì)算出RX阻值并顯示。因此，當(dāng)選用電阻擋測(cè)量電容時(shí)(如圖1所示)，將待測(cè)電阻替換為待測(cè)電容CX，如果電容正常工作，隨著表內(nèi)電池對(duì)電容的充電，UCX逐漸增加，萬(wàn)用表顯示出的電阻值也逐漸增大直至溢出。若電容內(nèi)部短路，則被測(cè)電壓UCX=0，測(cè)量顯示電阻為0；若電容開(kāi)路，則測(cè)量顯示電阻溢出。

(2)電阻擋量程的選擇依據(jù)。根據(jù)萬(wàn)用表電阻擋設(shè)計(jì)，當(dāng)RX=2R0時(shí)顯示溢出，因此測(cè)量量程受R0控制，R0越大測(cè)量量程越大。R0越大，對(duì)表內(nèi)基準(zhǔn)電壓的分壓效果越大，相對(duì)CX充電較慢(如圖1所示)。因此，為獲得較好的觀察效果，測(cè)量電容選擇電阻擋量程時(shí)應(yīng)滿足：當(dāng)電容量較小時(shí)宜選用高阻擋，而電容量較大時(shí)應(yīng)選用低阻擋，從而獲得合適的充電時(shí)間。

圖1 數(shù)字萬(wàn)用表電阻擋測(cè)量電容原理示意圖

(3)使用電壓擋測(cè)量電容的原因。連接后使用電壓擋測(cè)量電容(如圖2所示)，RIN為表內(nèi)電壓擋分壓電阻。外接電池經(jīng)過(guò)RIN對(duì)電容CX充電建立電壓VCX；根據(jù)電容充電原理：

萬(wàn)用表測(cè)量顯示的為VIN。隨著電池E對(duì)電容的充電，VCX逐漸增大，VIN逐漸減小。若電壓表測(cè)量讀數(shù)逐漸減小直至穩(wěn)定，則說(shuō)明電容充電完成，工作正常；如待測(cè)電容CX內(nèi)部短路，則VIN=E；若內(nèi)部開(kāi)路，則VIN=0。

圖2 數(shù)字萬(wàn)用表電壓擋測(cè)量電容原理圖

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上環(huán)節(jié)，學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)字萬(wàn)用表使用過(guò)程中遇到的疑難問(wèn)題就逐步解決了，掌握測(cè)量原理后，具體操作不易遺忘，還可以為后期各類(lèi)電路技術(shù)的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)興趣提高，從而收到良好的教學(xué)效果。

[1] 萬(wàn)用表檢測(cè)IC芯片的幾種簡(jiǎn)易方法[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2010(5):85.

[2] 孫立群,郭立祥.萬(wàn)用表使用從入門(mén)到精通[M].北京:人民郵電出版社,2009.

[3] 胡斌,吳培生,孟貴華,李萌.萬(wàn)用表使用入門(mén)與電路故障檢修方法[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.