论文部分内容阅读
摘 要：万用表是电工和无线电制作的必备工具，是电子信息类本科教学中要求掌握的基本仪器之一。针对部分学生对万用表扩展功能使用不规范等问题，总结了一些教学经验和方法。
关键词：万用表；电容；教学改革
Teaching experience from using multimeter
Guan Zheng， Xie Ge， Zhou Kefeng， Chen Zhijian
Yunnan university， Kunming， 650091， China
Abstract： Multimeter is the communications and electronic information specialty professional basis required equipment. It plays an important role in electronic and radio design skills. Combined with the teaching practice， we proposed measures to regulate the operation of the multimeter expansion function.
Key words： multimeter； capacitance； teaching reform
万用表是一种多功能、多量程的测量仪表，一般万用表可测量交/直流电流、交/直流电压、电阻和音频电平等，有的还可以测电容量、电感量及半导体的一些参数。万用表分为指针式万用表和数字万用表，目前以数字万用表的使用为主。
万用表是电工和无线电制作的必备工具，因此在电子信息类本科生的实践教学中属于必须熟练掌握的常用仪表之一，是大学一年级开设的基础电路实验课中的一项教学内容。就学生对万用表的使用情况，以100名电子信息专业大学二年级学生为对象做了问卷调查，统计结果见表1。
表1 万用表使用情况调查统计表
表1主要反映出以下问题：
（1）大部分学生仅掌握万用表的基本测量功能，且操作不规范；（2）学生在学习过程中缺乏灵活性，限制了仪器的使用领域；（3）不理解工作原理，对使用方法死记硬背。
为解决以上问题，我们总结了一些经验和方法。
1 扩展功能教学
基础电路的实验教学中，大多数情况下学生仅使用万用表完成对电阻、电压和电流的基础测量。通过对基本测量功能的扩展，可实现对电容、二极管、三极管等电子元件以及IC芯片的检测[1]。适当加入此类扩展应用，有利于拓展学生的知识面。以使用万用表检测电容为例，大部分学生无法使用万用表检测电容是否正常工作的原因之一，是没有真正理解电容的特性。
大部分数字示波器具备电容档，可直接对电容进行检测。为加强学生对检测对象及万用表的认识程度，课堂教学中应加入基于基础直流电压和电阻测量挡测量的相关内容。
1.1 用电阻挡测量
（1）测量量程的选择。电阻挡测量电容选择量程按照“大小配对”的原则（见表2），即大容量用低阻挡，小容量用高阻挡。
表2 电阻挡位选择表
对于标称值大于1 μF的电容，通常使用电阻挡测量；电容值为220 pF～1 μF的小容量电容器，则使用电压挡测量效果更佳。
（2）表笔连接。检测时，先将电容两极接触进行放电，随后用万用表两只表笔分别接触电容两极，若测量对象为电解电容，则用红表笔接电容正极，黑表笔接电容负极。
（3）观察显示读数。当待测电容处于不同状态时，万用表显示器读数呈现出不同规律（见表3），由此可判断待测电容能否正常工作。
表3 电阻挡测量电容状态判断表
1.2 用电压挡测量电容
（1）测量量程的选择。使用电压挡测量电容时选用2 V直流电压挡。
（2）表笔连接。由于待测电容往往容量较小，为便于观察，常外接电源，如电压标称为E的干电池。被测电容C的一个电极接万用表红表笔，另一极接电源正极，万用表黑表笔接电池负极。
（3）观察读数。当待测电容处于不同状态时，万用表显示器读数呈现不同规律（见表4），由此可判断待测电容能否正常工作。
表4 电压挡测量电容状态判断表
2 功能原理教学方法
对万用表扩展功能的使用，学生往往容易遗忘。表1问卷调查结果表明，在学习过万用表扩展功能的学生中，60%的学生经过一年后不能进行准确操作。经调查，主要原因是在学习过程中只注重操作步骤，而忽略了仪器本身的工作原理。因此在类似教学环节中，教师应着重对实验操作原理进行说明，指导“怎么做”后要补充说明“为什么”。该做法也有利于学生举一反三，灵活应用所学知识。
以万用表测量电容为例，需回答以下问题：
（1）万用表可以用来检测三极管的原因。万用表电阻挡测量电阻时，两只表笔分别接触待测电阻两端，即将标准电阻R0与待测RX串联后接在万用表的V+和COM之间。表内基准电压对R0和RX供电，分压后UR0为基准电压，URX为输入电压。通过测量输入电压，进而计算出RX阻值并显示。因此，当选用电阻挡测量电容时（如图1所示），将待测电阻替换为待测电容CX，如果电容正常工作，随着表内电池对电容的充电，UCX逐渐增加，万用表显示出的电阻值也逐渐增大直至溢出。若电容内部短路，则被测电压UCX=0，测量显示电阻为0；若电容开路，则测量显示电阻溢出。
（2）电阻挡量程的选择依据。根据万用表电阻挡设计，当RX=2R0时显示溢出，因此测量量程受R0控制，R0越大测量量程越大。R0越大，对表内基准电压的分压效果越大，相对CX充电较慢（如图1所示）。因此，为获得较好的观察效果，测量电容选择电阻挡量程时应满足：当电容量较小时宜选用高阻挡，而电容量较大时应选用低阻挡，从而获得合适的充电时间。
图1 数字万用表电阻挡测量电容原理示意图
（3）使用电压挡测量电容的原因。连接后使用电压挡测量电容（如图2所示），RIN为表内电压挡分压电阻。外接电池经过RIN对电容CX充电建立电压VCX；根据电容充电原理：
万用表测量显示的为VIN。随着电池E对电容的充电，VCX逐渐增大，VIN逐渐减小。若电压表测量读数逐渐减小直至稳定，则说明电容充电完成，工作正常；如待测电容CX内部短路，则VIN=E；若内部开路，则VIN=0。
图2 数字万用表电压挡测量电容原理图
3 结束语
通过以上环节，学生在学习数字万用表使用过程中遇到的疑难问题就逐步解决了，掌握测量原理后，具体操作不易遗忘，还可以为后期各类电路技术的学习打好基础，学习兴趣提高，从而收到良好的教学效果。
参考文献
[1] 万用表检测IC芯片的几种简易方法[J].自动化与仪器仪表，2010（5）：85.
[2] 孙立群，郭立祥.万用表使用从入门到精通[M].北京：人民邮电出版社，2009.
[3] 胡斌，吴培生，孟贵华，李萌.万用表使用入门与电路故障检修方法[M].北京：机械工业出版社，2010.
关键词：万用表；电容；教学改革
Teaching experience from using multimeter
Guan Zheng， Xie Ge， Zhou Kefeng， Chen Zhijian
Yunnan university， Kunming， 650091， China
Abstract： Multimeter is the communications and electronic information specialty professional basis required equipment. It plays an important role in electronic and radio design skills. Combined with the teaching practice， we proposed measures to regulate the operation of the multimeter expansion function.
Key words： multimeter； capacitance； teaching reform
万用表是一种多功能、多量程的测量仪表，一般万用表可测量交/直流电流、交/直流电压、电阻和音频电平等，有的还可以测电容量、电感量及半导体的一些参数。万用表分为指针式万用表和数字万用表，目前以数字万用表的使用为主。
万用表是电工和无线电制作的必备工具，因此在电子信息类本科生的实践教学中属于必须熟练掌握的常用仪表之一，是大学一年级开设的基础电路实验课中的一项教学内容。就学生对万用表的使用情况，以100名电子信息专业大学二年级学生为对象做了问卷调查，统计结果见表1。
表1 万用表使用情况调查统计表
表1主要反映出以下问题：
（1）大部分学生仅掌握万用表的基本测量功能，且操作不规范；（2）学生在学习过程中缺乏灵活性，限制了仪器的使用领域；（3）不理解工作原理，对使用方法死记硬背。
为解决以上问题，我们总结了一些经验和方法。
1 扩展功能教学
基础电路的实验教学中，大多数情况下学生仅使用万用表完成对电阻、电压和电流的基础测量。通过对基本测量功能的扩展，可实现对电容、二极管、三极管等电子元件以及IC芯片的检测[1]。适当加入此类扩展应用，有利于拓展学生的知识面。以使用万用表检测电容为例，大部分学生无法使用万用表检测电容是否正常工作的原因之一，是没有真正理解电容的特性。
大部分数字示波器具备电容档，可直接对电容进行检测。为加强学生对检测对象及万用表的认识程度，课堂教学中应加入基于基础直流电压和电阻测量挡测量的相关内容。
1.1 用电阻挡测量
（1）测量量程的选择。电阻挡测量电容选择量程按照“大小配对”的原则（见表2），即大容量用低阻挡，小容量用高阻挡。
表2 电阻挡位选择表
对于标称值大于1 μF的电容，通常使用电阻挡测量；电容值为220 pF～1 μF的小容量电容器，则使用电压挡测量效果更佳。
（2）表笔连接。检测时，先将电容两极接触进行放电，随后用万用表两只表笔分别接触电容两极，若测量对象为电解电容，则用红表笔接电容正极，黑表笔接电容负极。
（3）观察显示读数。当待测电容处于不同状态时，万用表显示器读数呈现出不同规律（见表3），由此可判断待测电容能否正常工作。
表3 电阻挡测量电容状态判断表
1.2 用电压挡测量电容
（1）测量量程的选择。使用电压挡测量电容时选用2 V直流电压挡。
（2）表笔连接。由于待测电容往往容量较小，为便于观察，常外接电源，如电压标称为E的干电池。被测电容C的一个电极接万用表红表笔，另一极接电源正极，万用表黑表笔接电池负极。
（3）观察读数。当待测电容处于不同状态时，万用表显示器读数呈现不同规律（见表4），由此可判断待测电容能否正常工作。
表4 电压挡测量电容状态判断表
2 功能原理教学方法
对万用表扩展功能的使用，学生往往容易遗忘。表1问卷调查结果表明，在学习过万用表扩展功能的学生中，60%的学生经过一年后不能进行准确操作。经调查，主要原因是在学习过程中只注重操作步骤，而忽略了仪器本身的工作原理。因此在类似教学环节中，教师应着重对实验操作原理进行说明，指导“怎么做”后要补充说明“为什么”。该做法也有利于学生举一反三，灵活应用所学知识。
以万用表测量电容为例，需回答以下问题：
（1）万用表可以用来检测三极管的原因。万用表电阻挡测量电阻时，两只表笔分别接触待测电阻两端，即将标准电阻R0与待测RX串联后接在万用表的V+和COM之间。表内基准电压对R0和RX供电，分压后UR0为基准电压，URX为输入电压。通过测量输入电压，进而计算出RX阻值并显示。因此，当选用电阻挡测量电容时（如图1所示），将待测电阻替换为待测电容CX，如果电容正常工作，随着表内电池对电容的充电，UCX逐渐增加，万用表显示出的电阻值也逐渐增大直至溢出。若电容内部短路，则被测电压UCX=0，测量显示电阻为0；若电容开路，则测量显示电阻溢出。
（2）电阻挡量程的选择依据。根据万用表电阻挡设计，当RX=2R0时显示溢出，因此测量量程受R0控制，R0越大测量量程越大。R0越大，对表内基准电压的分压效果越大，相对CX充电较慢（如图1所示）。因此，为获得较好的观察效果，测量电容选择电阻挡量程时应满足：当电容量较小时宜选用高阻挡，而电容量较大时应选用低阻挡，从而获得合适的充电时间。
图1 数字万用表电阻挡测量电容原理示意图
（3）使用电压挡测量电容的原因。连接后使用电压挡测量电容（如图2所示），RIN为表内电压挡分压电阻。外接电池经过RIN对电容CX充电建立电压VCX；根据电容充电原理：
万用表测量显示的为VIN。随着电池E对电容的充电，VCX逐渐增大，VIN逐渐减小。若电压表测量读数逐渐减小直至稳定，则说明电容充电完成，工作正常；如待测电容CX内部短路，则VIN=E；若内部开路，则VIN=0。
图2 数字万用表电压挡测量电容原理图
3 结束语
通过以上环节，学生在学习数字万用表使用过程中遇到的疑难问题就逐步解决了，掌握测量原理后，具体操作不易遗忘，还可以为后期各类电路技术的学习打好基础，学习兴趣提高，从而收到良好的教学效果。
参考文献
[1] 万用表检测IC芯片的几种简易方法[J].自动化与仪器仪表，2010（5）：85.
[2] 孙立群，郭立祥.万用表使用从入门到精通[M].北京：人民邮电出版社，2009.
[3] 胡斌，吴培生，孟贵华，李萌.万用表使用入门与电路故障检修方法[M].北京：机械工业出版社，2010.