萬用表的前世今生

作者：卓晴  TsinghuaJoking
來源：微信

第一個用于檢測電流的指針表被稱為檢流計（galvanometer），發(fā)明于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。這個裝置繁瑣復雜，不易攜帶。

▲ 檢流計

檢流計只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(shù)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。

使用精細漆包線繞制的空心線圈懸掛在永磁鐵磁極內，在通過直流電流后可以產生旋轉力矩從而帶動指針轉動。被設計成圓環(huán)狀的磁場使得通有電流線圈所受到的安培力與角度無關，配上一根孱細的金屬彈簧絲產生回復力矩，這使得指針轉動的角度與線圈通過的電流之間成正比。這種裝置被稱為 D'Arsonval 傳動機構，現(xiàn)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

基于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(lián)電阻以及穩(wěn)定的直流電源，便可以測量不同檔位范圍的電壓、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(xiàn)代意義上的萬用表是英國郵電局的工程師，Donald Macadie在1920年發(fā)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，于是就研制出可以測量電壓、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范圍。

Macadie將他設計的Avometer轉讓給自動繞線和電氣設備公司(ACWEEC，建于1923年），當年就變成商品銷售了。Avometer，在改進型8 之前還只能測量直流電壓、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Avometer要便宜許多。它的外殼通常連接表頭的負極。這個簡化雖然方便了操作，但也使得當時很多粗心大意的電子工程師吃了很多被電擊的苦頭。

這種表通常也比較簡陋，比如說明書上只是標明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(xù)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(shù)值低于正常值。

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(lián)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(shù)字（集成）萬用表發(fā)明前，高阻抗模擬晶體管電路，或者場效應三極管（FETs）被用于替代真空電子管用于萬用表設備。現(xiàn)代的數(shù)字萬用表使用高阻抗的集成電路，輸入阻抗可以達到或者超過原來真空電子管萬用表。

▲ 現(xiàn)代數(shù)字萬用表

現(xiàn)在的萬用表又增添了 很多附加的功能，比如測量功率的分貝表，測量電容，三極管增益，頻率，占空比，顯示保持等。萬用表上的蜂鳴器可以在測量電路通斷時發(fā)出聲響，給出迅捷的測量反饋。配合一些特殊的傳感器，萬用表還可以測量溫度、光度等，并帶有計算機的接口。有的還可以進行語言讀出測量值的功能。

參考資料[1]

Multimeter - History: https://www.liquisearch.com/multimeter/history

萬用表的前世今生原來是這樣的。下次能說下示波器的前世今生嗎？

學習了，謝謝樓主

干了這么多年電學計量，才了解到這些

學習了，又漲知識了

學習了，謝謝樓主

漲知識了，謝謝分享

這個知識以前還真沒學過，謝謝樓主的分享！