MF-47型万用表的组装选修课讲义.doc

MF47A万用表原理、组装、调试与维修编写：柳桂国电气自动化实训基地2010年11月目录1、 电子测量基本知识22、 指针式万用表原理概述63、 MF47A元器件识读84、 手工焊接基本知识125、 MF47A万用表元件的安装136、 直流电流部分电路的分析与调试167、 直流电压部分电路的分析与调试188、 交流电压部分电路的分析与调试199、 欧姆表部分电路的分析与调试2010、 整机组装与调试21一、 电子测量基本知识一、电子测量的基本概念 测量是为确定被测对象的量值而进行的实验过程。电子测量是测量学的一个重要分支。从广义上，凡是利用电子技术进行的测量都可以说是电子测量；从狭义上来说，电子测量是指在电子学中测量有关电的量值。1、电子测量的主要内容（1）电量的测量，如电压、电流、电功率等。（2）电路元件参数的测量，如电阻、电感、电容等。（3）电信号特征的测量，如信号的波形、频率、周期、时间、相位差等。 （4）电路参数的测量，如衰减、增益等。（5）特性曲线的测量，如频率特性、器件特性等。2、电子测量的特点。（1） 测量频率范围极宽；106-1012HZ（2） 电子测量仪器的量程很广；（量程是测量范围的上限值和下限值之差）（3） 电子测量准确度高；（4） 测量速度快；（5）易于实现遥测和长期不间断的测量；（6） 易于实现测量过程的自动化和测量仪器的微机化。二、电子测量仪器1、电子测量仪器的分类（1）专用仪器：是指为某一个或几个专门目的而设计的电子测量仪器，如电视彩色信号发生器。（2）通用仪器：是指为测量某一个或几个电参数而设计的电子测量仪器，它们能用于多种电子测量。（3）按功能分类 信号发生器 信号分析仪器 频率、时间和相位测量仪器 网络特性测量仪器 电子元器件测试仪器 电波特性测试仪器 辅助仪器（4）按被测量的性质分类 、时域测量：测量与时间有函数关系的量。 、频域测量：测量与频率有函数关系的量。 、数字域测量：对数字逻辑量进行测量。 、随机测量：主要是指对各种噪声、干扰信号等随机量的测量。（5）按显示方式分、 模拟式电子测量仪器：主要是用指针方式直接将测量结果在标度尺上指示出来，如各种模拟式万用表和电子电压表等。、数字式电子测量仪器：将被测的连续变化的模拟量转换成数字量之后，以数字方式显示测量结果，以达到直观、准确、快速的效果，如各种数字电压表、数字频率计等。三、测量误差的基本概念1、几个术语（1）真值。被测量本身所具有的真实大小。在不同的时间、空间真值往往是不同的，但在一定的时空条件下，真值是客观存在的，但又是难以准确测量出来的。（2）约定真值。指足够接近一个量的真值的量，从使用它的目的来考虑，它与真值的差可以忽略不计。经常用理论值作为约定真值，简称真值。（3）测量误差。测量结果与真值的差别。2、测量误差的基本表示方法（1）绝对误差定义：被测量的测量值X与其真值A0之差,称为绝对误差,用X表示。X=X-A0 X是一个具有大小、符号和单位的值，反应的是测量结果与真值的偏差程度， 但不能反应测量的准确程度。由于在实际测量中真值是无法确定的，所以用约定真值A来表示,则绝对误差x可用下式表示：X X A修正值。与绝对误差的大小相等，但符号相反的量值。（2）相对误差。绝对误差x 与真值A0之比。相对误差是两个具有相同量纲的量的比值，只有大小和符号，它反应了测量的准确度。（3）实际相对误差。用约定真值代替真值，用A表示为3、测量误差的来源和分类（1）测量误差的来源仪器误差：由于测量仪器及其附件的设计、制造、检定等不完善，以及仪器使用过程中老化、磨损、疲劳等因素而使仪器带有的误差。影响误差：由于各种环境因素（温度、湿度、振动、电源电压、电磁场等）与测量要求的条件不一致而引起的误差。理论误差和方法误差：由于测量原理、近似公式、测量方法不合理而造成的误差。人身误差：由于测量人员感官的分辨能力、反应速度、视觉疲劳、固有习惯、缺乏责任心等原因，而在测量中使用操作不当、现象判断出错或数据读取疏失等而引起的误差。测量对象变化误差：测量过程中由于测量对象变化而使得测量值不准确，如引起动态误差。（2）测量误差的分类根据测量误差的性质，测量误差可分为随机误差、系统误差、粗大误差三类。随机误差定义: 在同一测量条件下（指在测量环境、测量人员、测量技术和测量仪器都相同的条件下），多次重复测量同一量值时（等精度测量），每次测量误差的绝对值和符号都以不可预知的方式变化的误差，称为随机误差或偶然误差，简称随差。随机误差主要由对测量值影响微小但却互不相关的大量因素共同造成。这些因素主要是噪声干扰、电磁场微变、零件的摩擦和配合间隙、热起伏、空气扰动、大地微震、测量人员感官的无规律变化等。系统误差定义：在同一测量条件下，多次测量重复同一量时，测量误差的绝对值和符号都保持不变，或在测量条件改变时按一定规律变化的误差，称为系统误差。例如仪器的刻度误差和零位误差，或值随温度变化的误差。产生的主要原因是仪器的制造、安装或使用方法不正确，环境因素（温度、湿度、电源等）影响，测量原理中使用近似计算公式，测量人员不良的读数习惯等。系统误差表明了一个测量结果偏离真值或实际值的程度。系差越小，测量就越准确。系统误差的定量定义是：在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差。即粗大误差： 粗大误差是一种显然与实际值不符的误差。产生粗差的原因有：测量操作疏忽和失误 如测错、读错、记错以及实验条件未达到预定的要求而匆忙实验等。测量方法不当或错误 如用普通万用表电压档直接测高内阻电源的开路电压测量环境条件的突然变化 如电源电压突然增高或降低，雷电干扰、机械冲击等引起测量仪器示值的剧烈变化等。结论：含有粗差的测量值称为坏值或异常值，在数据处理时，应剔除掉。3、测量结果的表征准确度表示系统误差的大小。系统误差越小，则准确度越高，即测量值与实际值符合的程度越高。精密度表示随机误差的影响。精密度越高，表示随机误差越小。随机因素使测量值呈现分散而不确定，但总是分布在平均值附近。精确度用来反映系统误差和随机误差的综合影响。精确度越高，表示正确度和精密度都高，意味着系统误差和随机误差都小。四、课外作业1、什么是测量？什么是电子测量？2、按具体测量对象来区分，电子测量包括那些内容？3、按不同的分类方式，电子测量的基本方式有那些？4、什么叫绝对误差和相对误差，分别说明。二、指针式万用表的基本原理一、万用表概述 万用表的基本原理是利用一只灵敏的磁电式直流电流表（微安表）做表头，如下图。当微小电流通过表头，就会有电流指示。但表头不能通过大电流，所以，必须在表头上并联与串联一些电阻进行分流或分压，从而测出电路中的电流、电压和电阻。二、MF47A技术指标1、直流电压：0-0.25V-1V-10V-50V-500V-1000V-2500V； 2、交流电压：0-10V-50V-250V-500V-1000V-2500V； 3、直流电流：0-50A-0.5mA-5mA-500mA-5A； 4、电阻：0-2K-20K-200K-2M -40M； 5、音频电平：10dB-22dB； 6、hFE（晶体管放大倍数）：0-300； 7、电感：20H-1000H（50HZ）； 8、电容：0.001F-0.3 F 。（1）（2）（4）（3）（5）（6）（7）234561三、面板部件功能1、表头刻度：（右图）、电阻档刻度（第一条黑色刻度线）。、交流电压、直流电压、直流电流档（第二条黑色刻度线）。、交流10V档（第三条红色刻度线）。、晶体管放大倍数HFE(第四条绿色刻度线）。、电容档（第五条红色刻度线）。、电感档（第六条红色刻度线）。、音频电平档（第七条红色刻度线）。2、电阻档调零电位器。3、HFE插孔。4、转换开关。5、表笔插孔 。 6、在1000V档测2500V交直流电压。四、基本测量原理1、直流电流测量原理如右图所示，通过转换开关，使万用表内的表头（磁电式）并联一个适当的电阻(称分流电阻)进行分流就可以扩展电流量程。例1：某表头满量程是50微安，表头内阻1千欧，现在要求扩展电流量程为5毫安，分流电阻R的阻值应选择多少欧姆?根据所学知识得： （其中n为量程扩大倍数，Rg为电流表的内阻。所以：因此，只要用一个10.10的电阻与满量程为50uA内阻为1k的表头相并联即可组成最大测量范围为5mA的电流表。同理，也可组成测量范围为50mA、500mA或5A的电流表。2、测量直流电压(V)的原理如图所示，通过转换开关，使万用表内的表头串接一个适当阻值的电阻(倍增电阻)进行降压，就可以扩展电压量程。例如，有一块50uA、内阻1千欧的表头，现要使它成为最大量程为5V的电压表，问需串接一个多大阻值的电阻?根据所学知识得： （其中n为量程扩大倍数，Rg为电流表的内阻,R为图中的降压电阻。所以：所以，要扩大直流电压的量程，需串联一个电阻就能达到目的。3测量交流电压(V)的原理因为万用表表头是直流电表，所以测量交流电压时，首先得将交流电压变换为直流电压，然后再通过表头指示，如图所示。 图中交流电变换为直流电是由D1和D2完成的。扩展交流电压的方法与直流电压量程扩展原理相似，这里就不重复。4测量电阻()的原理如图所示，在表头上并联和串联适当的电阻，同时串接一节电池，电池的负极为万用表的正表笔。当用万用表的表笔去测量电阻时，流过被测电阻的电流，其大小随着被测电阻的阻值变化而改变，且与流过表头的电流成比例，因而可以测量出被测电阻的阻值。在图中W是零欧姆调整电位器。表头内阻Rg、电位器W、R2、R1串并联后的总阻值称为表头中心等效电阻，改变表头中心等效电阻的阻值(实际只改变R1的阻值)就能改变电阻测量的量程。三 MF-47A元器件识读一、电阻的识别电阻器是用于稳定、调节、控制电压或电流的大小，起到限流、降压、偏置、取样，调节时间常数等作用的常用电子元件。1、电阻器的命名方法及图形符号（1）按国家标准GB247081的规定命名2、图形符号2、电阻器的分类（1）按工作特性及功能分为：固定电阻器，可变电阻器，特殊电阻器。（2）固定电阻按材料分为：碳膜电阻器，金属膜电阻器，线绕电阻器，实芯电阻器等。（3）特殊电阻按功能可分为：敏感电阻器，水泥电阻器，熔断电阻器等。（4）敏感电阻器可分为：压敏电阻器，热敏电阻器，光敏电阻器等等。3、电阻器的特性参数（1）标称值：是指电阻器上所标示的名义阻值，都必须符合标出阻值系列。常用的标称阻值系列有E6、E12、E24。允许误差系列代号标称阻值系列5%E241.01.11.21.31.51.61.82.02.22.42.73.03.33.63.94.34.75.15.66.26.87.58.210%E1201.21.51.82.22.73.33.94.75.66.88.220%E61.01.52.23.34.76.8（2）额定功率：指在电路中长时间工作不损坏，或不显著改变其性能所允许消耗的最大功率。（3）阻值精度（允许偏差）实际阻值与标注阻值的相对误差： 普通的：5 10 20 精密的： 2 1 0.5 0.001%4、电租器的标注方法（1）直标法：把元件参数直接标在元件的表面，适合体积较大的元器件。 例1：RXYC50T1K510 R电阻 X线绕 Y被釉 C防潮 50功率50W T可调 1K51.5K 允许偏差10（2）文字符号法用元件的形状及其表面的颜色区别元件的种类。 例：黑色电阻 棕色电容 淡蓝色电感 电阻的基本标注单位是欧姆（），电容的基本单位是皮法（PF），电感的基本单位是微亨（H） 1103K106M 1F106F109nF=1012PF 1H103mH106mH对于10以上的基本标注法是，前两位表示有效数字，第三位表示数值的倍率。 例：电阻：100表示1010010 103表示1010310K 电容：103表示10103PF0.01F 电感：820表示82100=82H对于10个基本标注单位以下的元件，第1位、第三位表示有效数字，第二位用字母“R”表示小数点。例：电阻：3R9表示3.9，电容：3R5表示3.5PF，电感：6R8表示6.8H（3）色标法：在圆柱形元件（主要是电阻）体上印制色环，在球形元件和异形器件上印制色点，称为色码标注法。国际通用色码标注法颜色黑棕红橙黄绿蓝紫灰白金银有效数字0123456789倍率100101102103104105106107108109101102允许偏差（）120.50.250.1510、四色环电阻的识别 例：下图的颜色为红、黑、橙、棕 标称阻值2010320K 允许偏差1、五色环电阻的识别 例：下图的颜色依次为黄、紫、黑、橙、绿 标称阻值470103470K 允许偏差为0.5%5、课后练习1、说明下列贴装文件上文字的含义 黑色6R8 棕色103 淡蓝色2R4 黑色103 棕色4R7 黑色4752、用四色环标注下列电阻 6.8K5 475 5105 9.1K103、用五色环标注下列电阻 2.00K1 39.01 0.050.5 178M104、已知电阻上色标，写出对应的阻值和允许偏差。 “橙白黄 金” “棕黑金 金” “绿蓝黑棕 棕” “灰红黑银 棕” “黑绿黑银 棕” “黄紫黑黄 金”二、清点元器件1、 电阻：数量 28，根据上面的识别方法，将28只电阻识读后插在对应的元件清单上，注意保管好自己的元件。根据元件清单的电阻值，识读所有的电阻，并将电阻插在对应的元件清单上。2、 可调电阻：数量 23、 二极管：1N4007 6只4、 保险丝夹：2只5、 电容：2只6、 保险丝：1只7、 连接线：4根电源线、1根短路线注意！其他配件按照元件清单上清点，有缺少或损坏应及时报告老师！否则计入考核！附MF47A元器件明细表元件名称文字符号参数/数量元件名称文字符号参数/数量电阻R10.47(1/2)电阻R23141K电阻R25（1/2）R2420K电阻R350.5R2520K电阻R4555R266.75M（1/2）电阻R515KR276.75M（1/2）电阻R630K分流电阻R280.025电阻R7150K压敏电阻YM127V电阻R8800K二极管D1 D2 D3D4 D5 D61N4007电阻R984K电位器WH110K电阻R10360K电位器WH2500电阻R111.8M电容C110F/16V电阻R122.25MC20.01F电阻R134.5M（1/2）晶体管插座1电阻R1417.3K晶体管插片6电阻R1555.4K表棒插座4电阻R161.78K档位旋钮1电阻R17165（1/2）保险丝夹2电阻R1815.3（1/2）FU2Cm0.5A电阻R196.5V型电刷1电阻R204.15K面板表头462A电阻R2120K表棒1付电阻R222.69KJ1（短路线）1根电源线5根电池夹4四、手工焊接基本知识一、 焊接基础知识1、焊接机理与工艺要素焊接的定义：连接电子元器件及导线的主要手段。浸焊，波峰焊，再流焊，电子束焊接，超声波焊接，手工烙铁焊接。2、手工焊接的工具及材料工具直热式电烙铁：内热式和外热式（课件）；感应式电烙铁（俗称焊枪）；恒温式电烙铁；吸锡电烙铁。材料：铅锡焊料（铅的熔点327，锡的熔点是231，铅锡合金熔点183度，合金比例为锡/铅63/37）；银焊料；铜焊料。3、手工焊接的基本操作方法电烙铁的握法：正握法、反握法、握笔法手工焊接的步骤：五步法准备施焊、加热焊件、熔化焊料、移开焊锡丝、撤离电烙铁4、 电烙铁加热和撤离准确的加热方法（图1），焊盘和引脚同时加热；不准确的加热方法：只加热焊盘（图2）、只加热引脚（图3）准确的撤离方法，沿水平45度方向迅速撤离。（图4）图1 图2 图3 图4图一二 、焊点质量1、焊点质量要求 电气性能良好；具有一定的机械强度；焊点上的焊料要适量；焊点表面应光亮且均匀；焊点不应有毛刺、空隙2、不良焊点分析五、MF-47A万用表元件的安装一、短路线J1的安装 将短路线截取对应的长度安装在电路板J1位置。二、电阻的安装本套件的线路板上元件安装面都有符号进行标注，只要正确读取每个电阻的值，就可以顺利完成电阻的对应安装，实际在学生进行安装时，错得最多的就是读不出色环电阻的阻值，结果无法找到相应的元件，对于这种情况，建议制作者找一数字万用表对准备安装的电阻进行测量，然后再找准位置进行安装。还有种方法这里我们说明一下，有些学生拿到电阻插一个焊一个，结果装到最后发现错了，只能一个个去找，而且在线测量很难测准阻值，反复的几次拆装元件后，把线路板上的铜皮都搞掉了，这样就会影响制作产品的成功率，最好的方法是：先把所有1/4W的电阻全部对号入座，因为元件包中每个元件都只有一个，一旦装错电阻，肯定好几个元件都会错误，当把所有元件全部插好后，便可以检查是否有错插现象，若有，只须拔下来换一下便可，等全部电阻无误后，再进行焊接，这样不容易错。这里有一个电阻焊接时需注意，即R28，实际是一根铜线，很多人在制作时都说找不到R28，因此这里特别说明一下。将电阻按编号的顺序1-28号安装在对应的电路板上，为了防止识读和安装错误，将电阻分为4组，每组7个电阻将第一组电阻R1-R7插入对应的位置上，施焊之前逐一检查，确定准确无误后方可施焊，可以用互查的方法。将第二组电阻R8-R14插入对应的位置上，施焊之前逐一检查，确定准确无误后方可施焊，可以用互查的方法。将第三组电阻R15-R21插入对应的位置上，施焊之前逐一检查，确定准确无误后方可施焊，可以用互查的方法。将第四组电阻R22-R28插入对应的位置上，施焊之前逐一检查，确定准确无误后方可施焊，可以用互查的方法。三、三极管插座的安装套件中提供的这个插座是塑料盒子和里面的金属片分开的，装时，先要将金属片装入塑料座中，然后才能焊到线路板上去。安装时一定要注意方向，插入后，其底部要折弯，具体见下图：四、选择开关弹簧片的安装具体安装方式见下图：五、调整电位器与表针插座的安装在对元件进行焊接时，其中四个表针插座、一个调整电位器和一个三极管插座必须是装于焊接面，这一点制作时一定要注意。安装安成后焊接面照片见下图：须要特别说明的是，在焊接表针插座等面积较大的元件时，最好选用60W的电烙铁，否则功率太小的话，非常容易造成虚焊。制作好的万用表线路板元件面的样子照片见下图：六、电池与表头接线说明这款万用表用两种电池作为供电，常用的为一节5号电池，另一节9V重叠电池是测量10K档电阻时才用，两者与线路板的接线，以及表头引线与线路板的接线见下图：七、其他元件的安装1、二极管的安装，将D1-D6（1N4007）插入对应的电路板上，注意二极管有正负极性，如图所示。2、电容的安装，注意电解电容C1有正负极性，通常长脚微正，C2为涤纶电容，无正负极性。3、压敏电阻的安装（YM1），只需装入电路板对应的位置，无正负极性之分。4、电位器的安装，先装WH2，WH1要装在电路板的另一面（有焊盘的一面）5、熔断器管座的安装，注意开口方向，可以用熔断器管子装入试试，看是否有方向。6、表棒插座的安装，表棒插座和WH1一样，要装在电路板的反面，一定要垂直，否则整机无法安装，切记！7、在电路板B+和B-的位置安装两个测试口（可以用镀锡铜丝做成羊眼圈）六、直流电流部分电路的分析与调试一、电路分析 直流电流测试的电路如图，图中R1、R2、R3、R4分别为500mA、50mA、5mA、0.5mA的分流电阻，可以通过转换开关控制电流的档位。R19和R22为分流电阻，和表头的内阻（2.5K）串联为万用表的表头等效内阻，数值为5.2K。D3、D4为保护表头。FU为熔断器，起短路保护作用。IX为被测电流，注意测试时万用表的正极要搭在被测电路二极管的正极上。二、安装调试1、将V型电刷装入转换开关内，再将装配好的电路板装入表盒中，注意插管正对插孔，电路板嵌入卡口中。2、用连接导线将测试口端和表头连接起来，注意正负极性并且正负连线间不能短路，以免烧坏表头。3、将万用表转换开关置直流电流档。4、将表棒插入输入插管，图示所示的被测电路测试，注意二极管应该加正向电压，结果填入下表观察测试结果是否计算值相近，若误差很大，则电流表安装有问题。电源电压（R=1K）1V5V10V20V30V计算值I（mA）测量值I（mA）相对误差（）三、常见故障 检测无电流，检查电路安装是否完整，断开表头，将红黑表棒短接，用万用表检测AB两端的电阻为2.5K左右，若电阻为无穷大，说明电路有开路，若电阻为零，说明电路有短路，按电路图逐一检查。 检测有电流，但电流值和计算值相差很大，检查各个档位的电阻是否有装错，因为阻值读错，会导致分流不准确。七 直流电压部分电路的分析与调试一、电路分析如图所示，红虚线框内的是测量直流电压的降压电阻，蓝虚线框内是被测电压。R5、R6、R6、R8分别为1V、2.5V、10V、50V量程的分压电阻，此时表头的等效内阻同直流电流测量部分，为5.2K。二、 电路的调试1、 按上图所示，将万用表转化开关置直流电压档，E为直流稳压电源，分别将直流输出电压调至下表中的值，用数字电压表和安装表测试电压值，比较两者之间的绝对误差，两者之间的误差应该很小，如果误差的，说明安装表有误。电源电压0.7V2V4.5V9V20V30V数字表测安装表测绝对误差 2、思考：将转化开关置直流电压档250V，稳压输出为30V，测试电压值，观察结果能否测试？如果不能测试，请说明原因三、常见故障不能测电压。电路有短路，对照上图和整机原理图，逐一检测电路是否通路，直到排除故障为止，可以先考虑排除表头故障，再检查电刷是否接触良好，最后再用万用表检查电路，可以迅速找出故障所在位置。电压不准确。重点检查R22和R5、R6、R7、R8的阻值是否正确。八 交流电压部分的电路分析与调试一、电路组成 电路如图所示，黑色虚线框内为交流电流测量的分压电阻，R9、R10、R11、R12、R13分别为10V、50V、250V、500V、1000V量程的分压电阻，D1为半波整流元件，D2为泄放交流电负半周的电能，以保护电流表在负半周时不受损坏。二、电路调式1、仔细识读上图，250V、500V、1000V为什么有两个引出端子？原因是 测量直流电压250V、500V、1000V的分压电阻和同档位的交流电压共用，所以在上一课中不能测量直流250V以上档位的电压，因为电路没有安装完成 。2、将转换开关置250V交流电压档，测试工作台的电源电压 ， 置500V档，测试工作台的电源电压为 ，置1000V档，测试工作台的电源电压为 。 结论： 。3、D1作用 半波整流元件，将被测交流电压半波整流送至表头。 。 D2作用 保护表头，泄放交流负半波的 能量 。4、常见故障： 电压无指示： 检查熔断器是否烧断，如果烧断，则表明电路有短路，如果没有烧断，则表明电路有断路，根据上图，逐一检查各部分，直到排除故障位置。 误差很大： 误差大，表明分压电阻安装有误，重点检查R9、R10、R11、R12、R13是否数值读错，引起安装错误。九 欧姆表部分电路的分析与调试一、电路组成电路如图所示，图中WH1为调零电位器，R21为限流保护电阻，YM1为压敏电阻，以保护电阻挡误测高电压时，引起电流过大烧坏表头，电阻R15、R16、R17、R18分别为R1、R10、R100、R1K电阻档的分流电阻，此时的电池电压为1.5V,R23为R10K档的分流电阻，由图中可以看出，此时的电池电压为12V。BUZZ为短路报警，图中的喇叭为蜂鸣器，在短路时发出声音。用于方便检测电路通断。 二、电路调试1、将万用表置欧姆档，按整机原装配下图的标记，引出1.5V电源正负极线，将稳压电源调至输出1.5V，用连接连接欧姆表电池引出线（下图），完成下表前4项的测试。电阻值可以由电阻箱或者现成的电阻提供。用数字表测试同样的阻值填表2、按整机装配下图的标记，引出9V电源的