之一三用表原理与设计.ppt

1,1.9 指针式万用表 1.9.1指针式万用表的结构和工作原理 1. 结构 =测量机构+测量线路+量程转换开关 （1）测量机构：测量机构采用高灵敏度的磁电系测量机构，其满偏电流为几微安到几十微安，准确度在05级以上。 （2） 测量线路：测量线路能将各种待测电量, 转换为磁电系测量机构能接受的直流电流。 （3） 转换开关：转换开关是万用表实现多种电量、多种量程切换的元件，通常将活动触头称为“刀”，固定触头称为“掷”，万用表需切换的线路较多，因此采用多刀掷转换开关。,2,2.工作原理 （1） 直流电流的测量：万用表测量直流电流采用分流的方法，原理线路见下左图 （2） 直流电压的测量：万用表直流电压测量线路，采用分流的方法，原理线路见右下图,3,（3）交流电压的测量 由于万用表测量机构采用磁电系测量机构，测量交流电压必须采用AC/DC转换装置。原理线路见下图 （4）交流电流的测量 万用表测量交流电流除用AC/DC整流式转换装置外，还要考虑内阻。,交流电压测量电路原理,4,（5） 电阻的测量 万用表电阻测量线路， 通常采用被测电阻与表头 及内附电池串联的电路， 如图所示。 在该电路中流过表头 的电流为： a.当Rx0 (S置于位置1) IX Im b.当Rx(S置于位置2) IX 0 c.当Rx IX E / (RXr),电阻测量原理图,5,欧姆刻度与电流、电压刻度是相反的，而且是不均匀的，如图1-18所示。,若：Rx r 则 Im E/2r 1/2 I0 即仪表电路的总电流等于满偏电流I。的一半。,图118 欧姆表刻度标尺,6,只有在被测电阻等于欧姆中心值时误差才最小。只有在一般被测电阻的0.110倍欧姆中心值范围内读数才较准确。否则将造成很大的读数误差。为此万用表的电阻测量线路都做成多量程电路，为了共用一条标尺，一般都以R1档为基础，按10的倍数来扩大量程。如R1，R10，及100，及1k，及10k等。而各量程档的欧姆中心值Rt(即仪表总内阻)也按10的倍数扩大。 当增大仪表总内阻后，流过表头的电流势必减少，在R0时，不能使指针指到欧姆零刻度。为此在扩大量程同时还需增大表头电流。增大表头电流常用的方法是在高阻档另接入一个电压较高的电池。,7,指针式三用表测量线路的设计,一般给定技术参数有： 一个磁电系测量机构的微安表（表头） ，给出电流灵敏度（一般以满刻度电流给出）和其内阻。 直流电流的测量各量程和引入电流。 直流电压的测量各量程和灵敏度（输入阻抗）。 交流电压的测量各量程和灵敏度（输入阻抗）及整流元件。 电阻的测量则给定各量程的电阻中心值和电阻档的电池参数。,8,现给定设计参数（P204）： DCA 1mA 10mA 5A DCV 2.5V 10V 250V DC V 的输入阻抗为 1/电流灵敏度 ACV 10V 50V 250V 1000V AC V 的输入阻抗为； 4K / v 1 10 100 1 K（扩展档） 电阻中心值：22,9,正确度指标： DC.A ： 2 . 5 级 DC.V ： 2 . 5 级 AC.V ： 5 . 0 级 ： 2 . 5 级,10,指针式三用表设计： 一、直流电流表分流电阻的计算：,Rg,11,12,二、直流电压的分压电阻计算： 1.如图3 设表头内阻为Rg，电流灵敏度为Ig，则表头的压降为Ug = Ig Rg ，扩大电压量程的分压电阻R=,13,2多量程直流电压表 方法A： 对于如图4的多量程直流电压表， 先计算R1 ： R1= 再用一段电路的欧姆定律分别计算R2和R3即可。,方法B：用电压灵敏度的方法来计算分压电阻，如已知Ig=200A，则电压灵敏度为: 1/Ig = 5K/V,14,三、交流电压的测量及元件计算： 1半波整流的AC/DC转换器 用磁电系测量机构测量交流电量时，必要有将交流转换成直流的AC/DC转换器。指针式三用表中常用的AC/DC转换器是二极管整流电路，而且常用半波整流电路。如下图5。,图5,15,由上图5 可见：,I = 2.3I0,I0 = I /2.3=0.435I,16,图6,17,2交流电压的分压电阻 交流的分压电阻计算与直流相似，可： （1） 根据给定的交流电压灵敏度（输入阻抗Z）计算出交流引入电流（二极管前）I =1/Z 。 （2） 据图6，由交流引入电流I 计算出半波整流后的（二极管后）的电流Ik= I0.435 （3） 计算分流电阻R= Ig Rg / (Ik Ig) （4） 可调电阻RR一般由经验取输入阻抗Z的一半。 （5） 计算Uo = UR+URR+UD1 UD1为二极管上D1的降，硅管约为0.65V。,18,（6） 参考图6，计算分压电阻： 方法A：参考图6中的R为磁电系表头分流电阻。D2为保护二极管。,(7) 为保证半波整流的电流流过表头时不波动，一般最后在表头上并联一个小于10微法的电容！,方法B：可以由（4）直接计算分压电阻，如： 方法C：可以由已知的交流档输入阻抗直接计算分压电阻。,19,四、欧姆档的电阻计算： 1. 欧姆档基本电路如图7中：电位器RW触点移到b点时E=1.6V，此时分流电阻为Rb。电位器RW触点移到a点时 E=1.2V，此时分流电阻为Rb+RW 。当E为标准电压（E=1。5V）时，电位器RW触点在RW中间。,图7,20,2. 调零支路电阻Rb和RW的计算： 各档电阻中心值： 如 RX1 的电阻中心值RZ1 = 22 RX10 的电阻中心值RZ2 = 220 RX100 的电阻中心值RZ3 = 2200 以电阻测量值最大的一档电阻中心值RZ3计算E不同时的电流，它能满足其它档的要求： 如 RZ3=2200 时 （b 点） Imax = 1.6V / 2200 = 727 （a 点） Imin = 1.2V / 2200 = 545A （c点） I标 = 1.5V / 2200 = 682A,21,当已知流过表头满刻度电流为Ig ，表头总内阻为Rg时： A计算RW 指在a点时的总分流电阻 Rb+RW ： Rb+RW =IgRg / （Imin Ig） B计算RW 指在b点时的分流电阻Rb ： Rb =（Rb + RW ）Imin / Imax CRW = （ Rb+RW） Rb,22,3. 串联电阻Rd的计算： 串联电阻Rd是由低压高倍率的电阻中心值RZ3 决定的。因为电位器RW是变数，设RW在中间为 RW ，接入Rd后，该档的总内阻同样要等于电阻中心值RZ3，因此有：,23,4.各倍率电阻的计算如图8： （1） 设R16为中心电阻RZ1 = 22时的并联电阻，考虑电池内阻r0一般为0.91.1, 从端口看： RZ1 r0= RZ3 / R16 则有R16=（RZ1 r0）RZ3 / RZ3（RZ1 r0） （2） 设R17为中心电阻RZ2 = 220时的并联电阻 同样有R17=（RZ2RZ3） /（RZ3 RZ2） （3） 设R18为中心电阻RZ2 = 2200时的并联电阻 则有 R18=（RZ3RZ3） /（RZ3 RZ3） = （RZ3RZ3） / 0 = ,24,（4） 设R1K为测量最高倍率档（ 1K ）串联电阻，由于其电阻中心值太大，至使灵敏度降低到端口短接（RX=0）时也无法调零，故需增加电源电压。由于最高倍率档电