萬用表的前世今生
發布時間:2020-10-15 來源:卓晴 責任編輯:wenwei
【導讀】第一個用於檢測電流的指針表被稱為檢流計(galvanometer),發明於1820年。配合使用惠斯通電橋(Wheatstone Bridge)可以將待測量未知的電阻和電壓與已知電壓、電阻進行比較,進而測量相關的電壓、電流、電阻等。在實驗室使用這種方式進行測量費時費力,方不方便。這個裝置繁瑣複雜,不易攜帶。

▲ 檢流計
檢流計隻能大體反映出是否存在電流,但無法給出電流大小的精確數值。而采用活動線圈機構(D''Arsonval/Weston傳動機構)的電流表則可以顯示電流的大小。
使(shi)用(yong)精(jing)細(xi)漆(qi)包(bao)線(xian)繞(rao)製(zhi)的(de)空(kong)心(xin)線(xian)圈(quan)懸(xuan)掛(gua)在(zai)永(yong)磁(ci)鐵(tie)磁(ci)極(ji)內(nei),在(zai)通(tong)過(guo)直(zhi)流(liu)電(dian)流(liu)後(hou)可(ke)以(yi)產(chan)生(sheng)旋(xuan)轉(zhuan)力(li)矩(ju)從(cong)而(er)帶(dai)動(dong)指(zhi)針(zhen)轉(zhuan)動(dong)。被(bei)設(she)計(ji)成(cheng)圓(yuan)環(huan)狀(zhuang)的(de)磁(ci)場(chang)使(shi)得(de)通(tong)有(you)電(dian)流(liu)線(xian)圈(quan)所(suo)受(shou)到(dao)的(de)安(an)培(pei)力(li)與(yu)角(jiao)度(du)無(wu)關(guan),配(pei)上(shang)一(yi)根(gen)孱(chan)細(xi)的(de)金(jin)屬(shu)彈(dan)簧(huang)絲(si)產(chan)生(sheng)回(hui)複(fu)力(li)矩(ju),這(zhe)使(shi)得(de)指(zhi)針(zhen)轉(zhuan)動(dong)的(de)角(jiao)度(du)與(yu)線(xian)圈(quan)通(tong)過(guo)的(de)電(dian)流(liu)之(zhi)間(jian)成(cheng)正(zheng)比(bi)。這(zhe)種(zhong)裝(zhuang)置(zhi)被(bei)稱(cheng)為(wei) D''Arsonval 傳動機構,現在仍然被廣泛使用在各類指針式模擬電子表頭中。

▲ D''Arsonal 傳動機構
基於活動線圈機構的電流表不再需要惠斯通電橋便可輕易便捷測量電流大小。在此基礎上,通過增加分流電阻、串聯電阻以及穩定的直流電源,便可以測量不同檔位範圍的電壓、電流、電阻了。
在19世紀二十年代,隨著電子管設備越來越被廣泛使用,萬用表就孕育而生了。據說第一個現代意義上的萬用表是英國郵電局的工程師,Donald Macadie在1920年發明的。
在他的工作中,為了維修通訊設施中,需要不斷測量電路中的電壓、電流、電阻等。他實在受不了需要同時攜帶多種電表的麻煩,於是就研製出可以測量電壓、電流和電阻的萬用表,當時被稱為安伏歐萬用表(Avometer)。

▲ Donald Macadie的萬用表
安伏歐萬用表采用活動線圈機構指針電流表,外配精密分壓電阻和分流電阻,使用檔位開關和插座來選擇測量類別和流程範圍。
Macadie將他設計的Avometer轉讓給自動繞線和電氣設備公司(ACWEEC,建於1923年),當年就變成商品銷售了。Avometer,在改進型8 之前還隻能測量直流電壓、電流信號。
在當時還流行一種懷表式的電壓表,外殼是金屬的,比Avometeryaobianyixuduo。tadewaiketongchanglianjiebiaotoudefuji。zhegejianhuasuiranfangbianlecaozuo,danyeshidedangshihenduocuxindayidedianzigongchengshichilehenduobeidianjidekutou。
這種表通常也比較簡陋,比如說明書上隻是標明33Ω/V,刻度盤往往不是均勻的,沒有指針調零螺絲等。

▲ 懷表式電壓表
指針式的萬用表通常需要從被測量電路吸收一定的電流驅動旋轉線圈,比如一個滿量程50微安的表頭,常用到的高靈敏度表頭。在測量時,指針如果滿偏,則需要從被測電路中續收50微安電流,這會影響一些高阻抗電路的測量結果,使得讀出的數值低於正常值。
使用真空電子管來提高萬用表的輸入阻抗是非常必要的,它們被稱為真空管萬用表(VTVM ,VVM)。這種電子真空管萬用表通常具有1MΩ以上的輸入阻抗,它利用了真空管陰極跟隨輸出(電壓串聯負反饋)電路來提高輸入阻抗,這樣便使得萬用表在測量時對被測電路不會產生顯著的 影響。

▲ 真空管萬用表
在數字(集成)萬用表發明前,高阻抗模擬晶體管電路,或者場效應三極管(FETs)beiyongyutidaizhenkongdianziguanyongyuwanyongbiaoshebei。xiandaideshuziwanyongbiaoshiyonggaozukangdejichengdianlu,shuruzukangkeyidadaohuozhechaoguoyuanlaizhenkongdianziguanwanyongbiao。

▲ 現代數字萬用表
現在的萬用表又增添了 henduofujiadegongneng,birucelianggonglvdefenbeibiao,celiangdianrong,sanjiguanzengyi,pinlv,zhankongbi,xianshibaochideng。wanyongbiaoshangdefengmingqikeyizaiceliangdianlutongduanshifachushengxiang,geichuxunjiedeceliangfankui。peiheyixieteshudechuanganqi,wanyongbiaohaikeyiceliangwendu、光度等,並帶有計算機的接口。有的還可以進行語言讀出測量值的功能。
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