電子實作的好夥伴：萬用電錶的基本認識和操作方法

筆者小廣告：喜愛電子製作的同好，本人誠意推介以下電子時鐘套件。套件為筆者與團隊共同開發，屬本地原創，外型與硬件設計以簡約為本，基本功能完善，性價比高。內附詳細焊接及使用說明書，並有YouTube影片作操作示範。要求套件及成品均可，歡迎零售或批發。

*註：套件不附外殼

https://elec-mischief.blogspot.com/2020/01/clock.html

---

我們進行電子實驗或是焊接電路時，需要借助儀器幫忙檢查零件和線路，萬用電錶（Multimeter）就是你其中一位不可或缺的夥伴。說是「萬用」，因為只要一部在手，便能輕易讓你診斷電路故障或得到零件參數。萬用電錶又稱三用電錶，主要功能是量度電阻值、電流和電壓，有些萬用電錶亦可測出電容值、電感、訊號頻率、分貝、電晶體的腳位和增益等（圖一）。它們的功能如此多樣，但入門級價格相宜，數十港元便可購得。

萬用電錶按數值顯示方法分為類比（指針）和數位（數字）兩類（圖二及三）。類比式根據指針在錶盤上偏轉的幅度量度，數位式則直接從   LCD、LED、OLED 等顯示屏顯示數字，準確度高。類比式結構涉及機械部份，加上只憑肉眼看出指針停在刻度尺上的大概位置判斷數值，測量的精確度比數位式為低，讀取數值時也較不方便，使用前又要先進行歸零校正（Zero Correction）。故此類比式萬用電錶的地位亦逐漸被數字式萬用電錶所取代。

（圖一）可測量電晶體腳位及增益的萬用電錶面板

（圖二）類比（指針）式萬用電錶

（圖三）數位（數字）式萬用電錶

或許你已經有使用萬用電錶的經驗，不過你真正了解正確的測量步驟和手法嗎？錯誤操作不但傷害工具，也會影響所量的數值準確度。以下使用類比式萬用電錶作示範，讓你重溫一般的量度方法。

---

歸零校正

正式使用類比式萬用電錶前，應先進行歸零校正，使測值準確。方法是先察看指針是否在左端 DCV, A & ACV 刻度尺的零位上，如有偏移，用一字型螺絲批在零調裝置上微調（圖四及五）。校正可在未開啟電錶時進行。

（圖四）進行歸零校正

（圖五）歸零校正後指針在   DCV, A & ACV 刻度尺的零位

量度電阻值的方法

電阻上的色環已告訴我們它的阻值大小和誤差率，但若然你對著一條條的顏色茫然沒頭緒，不懂看也不懂換算，此時用萬用電錶測量便可瞬速解決問題。

量度電阻精確的阻值必需單獨一枚量度，決不能在複雜的電路中量度，甚或在接上電源的電路中量度，因為這不單導致有錯誤讀數，亦可能引致電錶燒毀（見註一）。另外，若不知道電阻值大約範圍，先把功能範圍選擇開關撥至歐姆檔（Ω）中的最大倍率檔位量起，以圖中的電錶為例是   X10K 檔（圖六）。

（圖六）切換到測量電阻的   X10K 檔

每次切換歐姆檔位後需進行零歐姆調整，才再正式測量阻值。用一隻手將紅黑錶針相碰，另一隻手轉動調校調零旋扭（0 Ω ADJ）（圖七），直至指針指向歐姆刻度尺最右端的   0 Ω 位置（圖八）。

（圖七）進行零歐姆調整

（圖八）零歐姆調整完成

我們把待測電阻兩端接至錶針上（圖九   A 及   B）。注意！兩手不能同時接觸電阻兩端（圖十），因為這個姿勢等於人體內阻和待測電阻並聯，量出的阻值便不準確。

（圖九   A）錶針放在電阻兩端測量

（圖九   B）另一個可接受的測量姿勢，手按在錶針和電阻其中一端

（圖十）錯誤的測量姿勢

接著留意指針指向的刻度。本例子指針停在 W 刻度尺上   1 多些許，乘以倍率   X10K，換算出電阻值稍高於    10 kW（圖十一）。因右端刻度太擠看不清楚，如要進一步讀出較準確的數值，可將倍率檔下調一級（X1K 檔）。經零歐姆調整後再次量度，此時指針將指向較大讀數（較接近錶盤中間）的位置，亦較易看出阻值約   11 kW（圖十二）。若將倍率檔再下調一級（X100 檔），不難想到指針指向更大讀數（靠刻度尺左端），但是亦不易讀取準確數值。

（圖十一）在   X10K 檔位所量出的電阻值

（圖十二）在   X1K 檔位所量出的電阻值

事實上，這枚電阻阻值為   12 kW，電阻的誤差率和萬用電錶靈敏度將影響最後讀數。我們可以多量幾次得出較可靠的數值，如使用數位式萬用電錶則方便多了，經一次測量便可（圖十三）。

（圖十三）使用數位式萬用電錶量得的電阻值

量度直流電壓的方法

要量度電路兩端的直流電壓，萬用電錶需和電路作並接式使用。先把功能範圍選擇開關撥向檢測直流電壓（DCV）的適當檔位，檔位上的數值表示可測量的最大電壓值。與量度電阻值做法相似，如不確定待測電壓的大約值，建議先從最大的檔位開始測量。本例子測量輸入電壓，因已知道兩端電壓範圍在 2.5 -10 V 之間，所以將檔位切換至 10，然後將紅黑錶針放於電路兩端（圖十四）。

（注意：在量度電壓或電流時，不論交流或直流，為防止觸電，手部不應接觸測量棒金屬部份。）

（圖十四）測量直流電壓值時錶針的接法

有時在接上錶針後會看到指針向逆時針轉動，離開刻度尺範圍（圖十五），表示正（紅針）負（黑針）極倒轉了，需要將錶針對調再量度。如使用數位式萬用電錶，則不用再測量，而電壓值以負數表示。

（圖十五）量出負電壓值的情況

從   DCV, A & ACV 刻度尺（最大量程為   10）上看到指針停在刻度約   5.8，表示量出的電壓為   5.8 V（圖十六）。

（圖十六）所量得的直流電壓約   5.8 V

量度直流電流的方法

量度電流時，萬用電錶需和電路應作串接式使用。與量度直流電壓相近，將功能範圍選擇開關撥向檢測直流電流（DCmA）的適當檔位，或先從最大檔位開始測量，例如   250 檔位表示最大可測出   250 mA（圖十七），最後從   DCV, A & ACV 刻度尺讀取電流值（圖十八）。注意若將紅黑錶針對調，會量出負電流值。

（圖十七）測量直流電流時的錶針接法，留意萬用電錶需和電路應作串接式使用

（圖十八）量出直流電流約   30 mA

---

類比式萬用電錶的操作已大致說明，只要多加練習便能熟習測量過程。電錶使用完畢後，請把開關關掉，即將檔位轉至   OFF，以免過於耗電。如電錶沒有   OFF 檔，可置於   ACV 檔的最大檔位。在實際使用時有疑問，請翻閱使用說明書。各位亦可在網上搜尋進階的操作方法和其他參數的測量步驟，在此不作詳述。

註：

1.                   類比式萬用電錶有內置電池，一般在量度歐姆檔時才會使用，因為電阻是被動零件，不能產生電流驅動電錶指針。如外加電源，有可能燒毀電錶。

2.                   測量未知的電壓或電流值，如先用低檔位量度，有機會因超過量度範圍，令針指迅速撥轉，繼而損毀電錶。安全做法是從高檔位開始測量，再因應情況切換較低檔位。

3.                   交流電壓 / 電流的量度方法與直流電壓 / 電流相同，需先選擇適當的交流測量檔位。有些價格較貴的數位式萬用電錶有自動選擇檔位功能，然而要略需等待顯示測量數值。

4.                  並非每台電錶也有交流電流的檔位，若你有測量交流電流的需求，購買電錶時請注意商品的規格說明。

電池還有電嗎？—— 電池電壓的量度方法

相信每個家中也有需要使用乾電池操作的電器，例如是手電筒、電子時鐘等。當發覺這些電器停止運作，或者效率降低時，最常見的原因是它們「沒電」了，通常更換電池後電器便回復正常工作。在丟棄一枚舊電池時前，大家有否想要測試它的壽命是否真的到了盡頭，還是仍可繼續作出點滴貢獻呢？

我們不妨使用萬用電錶測量舊電池的電壓。萬用電錶分為指針式和數位式兩類，以下使用指針式萬用電錶講述。或許你認為只要把電錶切換至適合的直流電壓檔位，將紅黑錶針分別接至電池正負極，便可測出電池電壓（圖一）。然而以這種方式量度不太正確，因為你大有機會看見電池近乎滿電的錯覺。原因是什麼呢？

圖一

現在假設電池接駁一個燈泡並點亮一段時間，電池內的化學物質消耗，使電池產生的電量下降，輸出的電流減少，燈光愈來愈暗。我們也可以理解為電池內阻提高，影響輸出電流（使用歐姆定律即可解釋）。使用電錶直接量度電池兩端電壓，我們以電路圖表達（圖二）：

圖二

藍框為電池整體部份，為方便表達，電池內阻亦一同繪出，標示為   R_B。E 則為電池原來電壓，假設這枚是   1.5 V AA 電池，E = 1.5 V。 R_M 為電壓錶的內阻，其阻值相較   R_B 高很多，設為   1 MΩ。量度電池電壓，即   ab 間的電壓差（V_ab），並留意電路中   R_B 和   R_M 串聯。

前文談到電池內阻隨使用時間提高。如果電池使用初期   R_B 為   1 Ω，當電池電量逐漸秏盡後   R_B 增至   10 Ω（以上只是假設情況）。現分別計算   ab 間的電壓差   V_ab：

電池使用初期

當   R_B = 1 Ω，電路電流   I = E / (R_M + R_B) = 1.5 V / (1 MΩ + 1 Ω) ≈ 1.4999985 µA。

V_ab = I x R_M = 1.4999985 µA x 1 MΩ ≈ 1.4999985 V

電池使用後期

當   R_B = 10 Ω，電路電流   I = E / (R_M + R_B) = 1.5 V / (1 MΩ + 10 Ω) ≈ 1.499985 µA。

V_ab = I x R_M = 1.499985 µA x 1 MΩ ≈ 1.499985 V

從以上結果可以看到，因受電錶的高內阻   R_M 支配，令量出的電池電壓也接近   1.5 V。從電錶看到電池電壓沒有明顯變化。亦較難分辨電池電量是否足夠。

---

相對準確的量度方法，是用一個負載（例如電阻）接至電池兩端，電錶並聯負載量度電池電壓如圖三，電路圖參見圖四：

圖三

圖四

R_L 為新加入負載的阻值。若現設為   20 Ω，再次計算   ab 間的電壓差（V_ab）：

電池使用初期

當   R_B = 1 Ω，電路電流   I = E / [(R_M // R_L) + R_B] = 1.5 V / [(1 MΩ // 20 Ω) + 1 Ω] ≈ 1.5 V / 21 Ω ≈ 0.0714 A

V_ab = I x (R_M // R_L) ≈ 0.0714 A x (1 MΩ // 20 Ω) ≈ 0.0714 A x 20 Ω ≈ 1.428 V

電池使用後期

當   R_B = 10 Ω，電路電流   I = E / [(R_M // R_L) + R_B] = 1.5 V / [(1 MΩ // 20 Ω) + 10 Ω] ≈ 1.5 V / 30 Ω ≈ 0.05 A

V_ab = I x (R_M // R_L) ≈ 0.05 A x (1 MΩ // 20 Ω) ≈ 0.05 A x 20 Ω ≈ 1 V

從以上計算可知，加入負載電阻量度電壓明顯看到電池電壓的變化。

---

欲想物盡其用，可取出原本用於低內阻電器的電池，因該電池電壓下降再不能推動電器運作（如小型馬達等）。可嘗試將該電池放於高內阻電器中繼續使用（如電子鐘等）。

以下可用歐姆定律證明說法。

當   R_L 增加，設為   1 kΩ，重覆以   R_B = 10 Ω 計算   V_ab：

電路電流   I = E / [(R_M // R_L) + R_B] = 1.5 V / [(1 MΩ // 1 kΩ) + 10 Ω] ≈ 1.5 V / 1,009 Ω ≈ 0.00149 A

V_ab = I x (R_M // R_L) ≈ 0.00149 A x (1 MΩ // 1 kΩ) ≈ 0.00149 A x 999 Ω ≈ 1.489 V

現在電池電壓浮升接近   1.5 V，所以可在這部電器使用，至於能再「捱」多少時間，便要視乎電池內未耗掉的化學物質數量，別以為能不斷用於更高內阻的電器中。

註：

1.           以上論述的電池為非可充電的電池。

2.           須注意，某些電池因質量問題，電量耗盡或長久置放會漏出化學液體損壞電子產品。

觸電概念速談 / 靜電的危害？/ 站在高壓電纜上的小鳥

圖片來源：http://imgfave.com/view/3209846 

我們都知道高壓電纜是碰不得的，即使手未觸及但與電纜距離很近時，也有可能遭受電擊，嚴重更會致命。冬天或天氣乾燥時人們經歷最多的靜電，產生的電壓可達數百至上萬伏特時，你會驚訝為什麼鮮有聽聞因靜電令人死亡的新聞嗎？

事實上，觸電的危險程度不單取決於電源電壓的高低，其他考慮因素還包括身體的內阻、觸電時間長短、電的頻率、個人身體狀況等。人體積存的靜電，在接觸門柄或與另一人握手時，令高電壓靜電快速洩放，此時可以聽到跳火的嚦拍聲，有時更看見綠光，還有手像被拮了一下。但因電流流過身體的時間極短，對人體影響不大，只是我們大多被突如其來的觸電感覺嚇了一下。當然，接觸過大的電壓還是會有生命危險（如大自然的閃電）。

說回高壓電纜，平日不少雀鳥也悠然自得地站在架空電纜上歇息，牠們怎麼不會因觸電受傷呢？讓我們利用中學物理科所學到的歐姆定律（V = I x R）作簡單解釋，並且假設一些特殊情況，看看鳥兒能否避過燒焦的命運。

（A）情境一：站在電纜上歌唱的小鳥

發電廠產生電能後，透過架空電纜及地底電纜輸電給每戶單位使用，以下只考慮架空電纜輸電。我們可用電路簡圖（圖一）表示電的傳輸：

圖一

要注意的是，實際上電是以交流電傳輸的。為簡化情況，我們可視發電廠為乾電池，輸出直流電。另外，各單位用電負荷，例如用作點燈、開空調等電器，因有不同內阻，並且是並聯的，可用電阻   R_A, R_B…R_n 代表其不同的耗電量（n 為用電單位數目），而連接正電的導線便代表架空電纜。

現在有一隻飛得累的小鳥，打算站在電纜上休息一會，並順道飽覽優美的景色。（圖二）

圖二

所有物體也有大小不同內阻，小鳥亦然。試想一下，牠兩隻腳與電纜接觸，等同和電纜某一小段並聯。設小鳥內阻為   R_Bird，電路圖便如圖三：

圖三

電纜是良好導體，內阻很低，相較小鳥內阻而言，可忽略不計。細看圖三，無需計算也知道電大量流過電纜而非小鳥身體。電流對小鳥沒有影響，這解釋了牠不會觸電的原因。

當然，現實裡電纜是有內阻的，想像一下電纜由許多小電阻值的電阻串聯而成。假設電纜由發電廠至單位   A 長    1,000 米，內阻   10 Ω（電纜其餘長度存在的內阻忽略不計），分佈平均。並設小鳥雙腳之間距離近，即所橫跨的電纜短，只距離   10 厘米，計算出此段   10 厘米（0.1 米）的電纜阻值為：

0.1 / 1,000 x 10 Ω = 0.001 Ω

我們再假設其他數值幫助計算和比較。設發電廠傳輸電壓   1,000 V，小鳥身體內阻   20 kΩ，另外假設電只供應給兩個單位，而且有相同用電負荷，各為   100 Ω。I_Total 為總電流，I_Bird 為流經小鳥身體的電流。電路圖修改如下（圖四）：

圖四

試計算   I_Bird。

電路的總電阻阻值 = 9.999 Ω + 0.001 Ω + (100 Ω // 100 Ω) ≈ 60 Ω

（原本應計算小鳥內阻與   0.001 Ω 並聯值，但數值變化太小則忽略之。）

I_Total = 1,000 V / 60 Ω ≈ 16.67 A

小鳥跨過   bc 兩端（即   0.001 Ω）所產生的電壓值：

0.001 Ω x 16.67 A = 0.01667 V（由於小鳥內阻與   0.001 Ω 並聯後的數值，相比   0.001 Ω 變化太小，因此忽略不計。）

流過小鳥的電流   I_Bird：

0.01667 V / 20 kΩ ≈ 0.00000083 A（即    0.83 µA）

從以上計算可知，流過小鳥的電流十分小，所以不足以對牠構成傷害。

（B）情境二：愛玩「大字馬」的長腳鳥

到此，小鳥的故事還未完結。剛才說小鳥雙腳之間的距離近，因此與牠並聯的電纜內阻值小。我們大膽幻想世上存在奇特的鳥類，雙腳很長很長，可橫誇整條電纜。牠試圖在電纜上表演「大字馬」（圖五），看看貪玩的後果如何？

圖五

假設長腳鳥的身體內阻與剛才的普通小鳥相同，即是   20 kΩ。牠大字型站在相同的電纜上，得出以下電路圖（圖六）。此時長腳鳥與阻值   10 Ω 的電纜並聯。試計算流過長腳鳥的電流   I_BigBird 大小。

圖六

電路的總電阻阻值 = 10 Ω + (100 Ω // 100 Ω) ≈ 60 Ω

（原本應計算長腳鳥內阻與   10 Ω 並聯值，但數值變化太小則忽略之。）

           I_Total = 1,000 V / 60 Ω ≈ 16.67 A

長腳鳥跨過   ac 兩端（即   10 Ω）所產生的電壓值：

         
           10 Ω x 16.67 A = 166.7 V（由於長腳鳥內阻與 10 Ω 並聯後的數值，相比   10 Ω 變化太小，因此忽略不計。）

流過長腳鳥的電流   I_BigBird：
           
           166.7 V / 20 kΩ = 0.008335 A（即   8.335 mA）

我們不知長腳鳥能承受多大電流而不致受傷，但相信牠已有觸電感覺，如不致命，大概也感到麻痺和疼痛。若天氣潮濕或長腳鳥的身體被水淋濕，此時牠的身體內阻會變低，流過牠身體的電流會更大，令牠遭到更嚴重的電擊。

即使長腳鳥身體十分乾燥，有另外一種情況也會令流過牠的電流加大，那就是當住戶同時使用更多電器。當一個單位使用電器愈多，即愈多電器內阻並聯，令電阻值降低，增加   I_Total 值，I_BigBird 便按比例增加。

（C）情境三：捨身為人的小鳥

最後，我們邀請最初出場的小鳥，叫牠站在電纜上。突然，電纜因不明原因在小鳥腳下斷裂。但這小鳥是隻反應快而且甚有人性的動物，在斷纜的電光火石間，牠試圖用雙腳勾著斷纜的兩端，希望繼續令供電正常（圖七）。牠的做法明智嗎？留意現在牠的身體和電纜串聯，電路圖如圖八。

圖七

圖八

計算流過小鳥的電流   I_Bird。

電路的總電阻阻值 = 10 Ω + 20 kΩ + (100 Ω // 100 Ω) = 20,060 Ω

I_Bird = I_Total = 1,000 V / 20,060 Ω = 49.85 mA（因串聯電路關係，流過小鳥電流同為 49.85 mA。）

 而小鳥在兩腳之間的電壓值應為：

49.85 mA x 20 kΩ = 997 V

以這個大電流及高電壓通過小鳥身體，牠必定承受不了而觸電死亡。讓我們對牠表達沉痛哀悼。

以上各種例子和電路分析不一定需要逐次計算，只要熟習歐姆定律，理解電壓、電阻和電流值之間的關係便能幫助快捷思考，推算出大概結果。

腦袋經過一輪計算工作，來一場小休也不錯。讓我和大家分享在網絡和書本上找到有關觸電的奇聞，以完結本篇文章。以下內容（修改自原文）信不信由你：

1. 【身體帶電的人】1983 年有一名女護士，一覺醒來後發現自己身體帶電。先是起床梳洗時一觸摸到水龍頭，手臂有一陣像觸電一樣的麻痛，後來與人接觸，對方遭到強烈「電擊」感覺。更甚是當她穿著塑拖鞋行走時，鞋與地面間發出「吱吱」的放電聲。不過，這種身體帶電現象只維持一天，翌日醒來後便回復正常。
2. 【不怕觸電的人】中國廣州有一名電工人，從當學徒起未有戴絕緣手套工作，因為他不怕觸電。不僅雙手各拿著   220 V 電源插座上的火線和中線時神態自若，有人拿試電筆在他身上測試，真的發現他全身帶電。
3. 【電擊死後變超人】1987 年一名   37 歲前蘇聯女子曾因遭到   380 V 電擊死亡，竟在死亡兩天復活，更從此能用肉眼透視人體的內臟，還能透過柏油路面看清地層中的土質情況。
4. 【一生遭雷擊七次的人】在   1942-1977 年這   35 年間，美國公園管理員蘇利文先生 (Roy Sullivan) 經過七次電擊。雖然電擊造成他身體不部位受傷但仍生還，成為人類有記錄以來被閃電擊中次數最多的人，列入健力士世界記錄大全。
5. 【觸電成癮的人】來自印度的   54 歲達斯綽號「通電宗師」，他本是吸毒者。在一次意外觸電後體會到興奮感覺，自此上了癮，每天最少要「觸電」三次，每次只會與電線輕觸數秒，為免「樂極生悲」被電焦。

奇聞資料來源：

• （第   1-3 段）傅民杰編譯（1989）。《中外奇聞薈萃》。北京：水利電力出版社。
• （第   4 段）王培智譯（1998）。《物理解析》。台灣：財團法人徐氏基金會。
• （第   5 段）《蘋果日報》台灣版。擷取自網頁https://tw.lifestyle.appledaily.com/daily/20040720/1094979/