好的，我们来详细了解一下指针式万用表的内部结构及其功能。

核心结构：磁电式微安表头

这是指针式万用表的心脏和核心部件。

1. 马蹄形永久磁铁： 产生强大而稳定的磁场。
2. 圆柱形软铁芯： 安装在磁极之间，均匀磁力线并增强磁场强度。
3. 铝框上的线圈： 非常轻巧的线圈绕在铝框上，放置在铁芯与磁极之间的狭窄气隙中。线圈可以绕轴自由转动。
4. 轴和宝石轴承： 线圈和指针固定在轴上，轴的两端有尖形结构，支撑在宝石轴承上，确保转动灵活且摩擦力极小。
5. 游丝：
   • 上游丝和下游丝： 两根螺旋状的游丝（通常采用磷青铜等材料）安装在线圈轴的两端。
   • 双重作用： 提供反作用力 - 当电流流过线圈产生磁场，推动线圈转动时，游丝产生相反的力矩，使指针停在特定位置。电流越大，转动力矩越大，反作用力也越大，指针偏转角度就越大。传导电流 - 电流通过上游丝流入线圈，再通过下游丝流出（或相反方向）。
6. 调零旋钮： 通常位于表盘下方，通过一个偏心凸轮或杠杆机构轻微移动上游丝的外端位置，从而在不通电时精确地将指针调整到机械零位（刻度盘最左端）。
7. 平衡锤： 在线圈框架上装有极精细的小配重（通常是铜片或可调节螺钉），用于精密调整，使整个转动部分的重心与转轴重合，无论表头如何放置，指针都不会因为重力作用而移动，确保读数的稳定性。

测量电路（功能转换部分）

围绕表头，设计了一系列电阻网络和切换开关，将灵敏的表头扩展成多功能的测量仪表。

1. 分流电阻：
   • 目的： 扩大量程测量直流电流。
   • 原理： 电阻值 小于 表头内阻的电阻并联在表头两端。大部分被测电流流过该分流电阻，只有小部分电流流过表头线圈，保护表头并允许测量更大的电流。
   • 实现： 多个不同阻值的分流电阻配以功能/量程选择开关来实现不同的直流电流档位（如 50uA， 250mA, 1A 等）。
2. 倍压电阻（分压电阻）：
   • 目的： 扩大量程测量直流电压。
   • 原理： 电阻值 远大于 表头内阻的电阻串联在表头电路中。被测电压大部分降落在这个大电阻上，只有一小部分加在表头两端。
   • 实现： 多个不同阻值的倍压电阻配以功能/量程选择开关来实现不同的直流电压档位（如 2.5V, 10V, 250V, 500V, 1000V 等）。
3. 交流整流电路：
   • 目的： 测量交流电压。由于表头本质上是直流电流表，必须将交流电转换成脉动的直流电才能驱动指针偏转。
   • 原理： 最常用的是半导体二极管桥式整流电路（或简单的半波整流电路）。将交流电流整流成单方向脉动的直流电流，作用于表头。
   • 刻度： 交流电压档的刻度通常是按正弦交流电的有效值（RMS）标定的。需要配合倍压电阻来实现不同量程。
4. 欧姆档电路：
   • 目的： 测量电阻值。
   • 核心组件：
     • 内部电池： 通常使用1.5V或9V电池，或两者组合。
     • 限流电阻： 控制流过被测电阻和表头的电流大小。
     • 调零电位器： 欧姆调零旋钮连接的电位器。更换量程或电池电压下降时，将表笔短接（相当于测0欧姆），调整此电位器，使指针正好指向欧姆刻度线的零位（刻度盘最右端）。
   • 原理：
     • 选择欧姆档后，内部电池、限流电阻、调零电位器、表头与被测电阻Rx构成一个串联回路。
     • 电流 I = V电池 / (R内 + Rx)。R内 是该档位下（包括表头等效内阻、限流电阻、调零电位器有效阻值）的总内阻。
     • 当Rx=0（表笔短路）时，电流最大，指针满偏至右端0欧处。调节调零电位器使指针精确指向该点。
     • 当Rx→∞（表笔开路）时，电流=0，指针停在左端∞处。
     • 当Rx=R内时，电流为满偏电流的一半，指针指向刻度中央，此处的阻值被称为该档位的中值电阻（或称中心值电阻）。欧姆刻度非线性（刻度疏密不均），中值电阻附近读数相对较准。
     • 不同档位（如 Rx1, Rx10, Rx1k, Rx10k）通过改变限流电阻（或提高电池电压如Rx10k档用9V或15V电池）来改变“R内”，同时中值电阻也随之改变。Rx刻度只需乘以档位倍数即可（指针读数x倍率）。

辅助结构和元件

• 功能/量程选择开关（拨盘/旋钮）： 选择需要测量的物理量（DCV, ACV, DCA, Ω）以及对应的测量范围。通过复杂的多路切换结构控制接入不同的电阻网络。
• 表盘（刻度盘）：
  • 多种刻度线：直流电压/电流（均匀刻度）、交流电压（均匀刻度，与DCV共用）、电阻（不均匀刻度，反向刻度 - 右小左大），可能还有晶体管放大倍数（hFE）、电平（dB）等专用刻度。
  • 反射镜： 部分高级表盘在刻度线下有弧形反射镜面，使用时调整视线，使指针与其在镜中的影像重合后再读数，可避免视差（因视角不同造成的读数偏差）。
• 接线柱（插孔）：
  • 公用端/COM（Common）： 黑色表笔插入此处。大多数测量（电压、电流、电阻）中，此端连接被测电路的低电位端或公共地。
  • 正极插孔： 红色表笔插入此处。用于测量电压（+）、电阻时接高电位端或被测电阻任意一端（注意极性识别问题）。
  • 专用插孔： 部分表有高压插孔（如1000V~2500VDC），最大电流档插孔（如10A），专门用于测量高电压或大电流。
• 欧姆调零旋钮： 专门用于电阻测量前校准零位。
• 机械调零螺丝： 在面板上或表壳侧面，用于微调表头指针的机械零位（无电流时指在电压电流刻度的0位）。通常需要小螺丝刀调节，与调零旋钮是分开的。
• 外壳： 保护内部精密部件。
• 保险丝： 在电流测量路径中串联快断保险丝（尤其在最大电流档），在意外过流时保护表头及电路。
• 表笔： 红、黑测试引线。

主要功能

指针式万用表的核心功能是测量以下基本电学量：

1. 直流电压： 测量电子线路、电池等的直流电位差。量程通常从毫伏级到千伏级（如 0.25V~1000V）。
2. 交流电压： 测量市电、变压器输出等的交流有效值（RMS）。量程通常从几伏到几百伏（如 10V~500V）。精度和对非正弦波的有效值表征较差于数字表。
3. 直流电流： 测量电路中流过的直流电流大小。量程通常从微安级到安培级（如 50uA~10A）。
4. 电阻： 测量元器件、导线的阻值或电路的通断。量程范围宽（几欧姆到几十兆欧姆）。
5. 特殊扩展功能： 通过内部特殊电路或附件，部分指针表还具备：
   • 电平测量（dB）： 在交流电压档的基础上增加一条dB刻度线，用于测量音频信号或电信传输电平（相对于一个基准功率的分贝值）。
   • 晶体管放大倍数（hFE）测量： 通过专用插孔和内部偏置电路测量小功率三极管的直流电流放大倍数（β）。
   • 电池检测（Load）： 在低压档串联一个电阻，模拟一定负载电流来检测电池的实际容量（如测9V电池的刻度）。

指针表的核心特点和局限性

• 特点：
  • 直观显示趋势： 指针的连续偏转能清晰展现被测量的连续变化过程和方向（如电容充放电、信号波动、测量时指针摆动方向和速度），对观察动态过程极有价值。
  • 无需内部电源（除测电阻）： 测电压和电流时无需电池供电。
  • 耐高压： 表头本身能承受较高瞬间电压冲击。
  • 零位清晰： 欧姆档调零后指针归零稳定、易于判断。
  • 中低阻值测量便捷： 在Rx1档判断通断、估测低阻值非常直观快速。
  • 定性判断好： 如判断PN结单向导电性（二极管好坏）、电解电容漏电程度（欧姆档指针回摆）等，有时优于数字表。
• 局限性：
  • 测量精度较低： 受限于刻线读数精度（通常为1%-5%）、视差、线性度。
  • 输入阻抗较低： 尤其低电压档（如10V档可能只有20kΩ/V），测量高阻电路时会分流电流，影响被测电路工作状态，远低于数字表（通常10MΩ固定）。
  • 读数不方便： 存在视差问题，多量程多刻度线读取时需注意倍率和对应刻度。
  • 响应速度慢： 指针的机械惯性导致对快速变化的信号响应迟钝，不能捕获瞬时值。
  • 高阻值测量困难： 欧姆档最高档位有限（通常到Rx10k或Rx100k），且精度差。
  • 极性要求： 测直流电压/电流时，必须红正黑负，否则指针会反向偏转会打表（冲击表头导致指针弯曲或损坏游丝）。
  • 易受振动影响： 机械结构在振动环境下读数可能抖动。
  • 相对脆弱： 跌落或过载易导致机械损伤（如游丝变形、指针弯曲、宝石轴承碎裂）。

总结：

指针式万用表的核心是极其精密的磁电式微安表头及其保护/支撑机构。依靠复杂的电阻网络和功能开关，配合整流电路和内部电池（电阻档），将微小电流驱动表头指针偏转的基本原理扩展为测量直流电压、交流电压、直流电流和电阻的实用工具。其核心优势在于直观显示连续变化的动态过程，但精度、输入阻抗和便捷性已不如现代数字万用表。在观察趋势、定性判断（尤其二极管/电容等）、特定低阻值测量以及无需供电的电压测量等场景下仍有其独特价值。理解其内部结构有助于更准确地使用和维护这种经典仪器。