指针式万用表的设计与组装.doc

MF47指针式万用表的设计与组装1、目的(1) 了解指针式万用表的结构和工作原理，(2) 掌握常用电子元件的识别，以及判断其好环的方法；(3) 学会指针式万用表的设计，会组装万用表。(4)2、要求（1）根据万用表的工作原理设计和计算万用表的参数；（2）组装一块万用表。（3）学会识别常用电子元件，以及用万用表判别其好坏。3、指针式万用表的结构与参数万用表的组成和工作原理：以MF47型万用表为例介绍其结构与参数4、指针式万用表的电路工作原理指针式万用表由磁电式表头、若干分流电阻和分压电阻、干电池、整流元件组成。下面将四种测量原理电路作简要介绍（1） 直流电流：图示为测量电流的原理图：Rg 为微安表的内阻Rs为分流电阻，被测电流I自“+”端流入，分成两个支路即Ig和Is，最后回到“”端，要测量不同的电流，可以通过改变Rs的阻值来达到。图1测量直流电流原理图 （2）直流电压。图示为测量电压电路图。它与测量电流的电路相比仅差一个分压电阻Rv 被测电压加在+、两端，经过Rv的分压后进入电流回路，改变分压电阻的大小，就可以改变测量电压的量程。图2测直流电压原理图（3）交流电压。要测量交流，附有整流器。图示电路中D1将正弦交流电压转换为单向脉动电压，单向脉动电压的平均值与交流电压的有效值成正比。所以以微安表头的指示也与交流有效值成正比。量程的选择与测量直流电压一样，可以改变分压电阻Rv的值改变被测电压的大小。图3测量交流电压原理图（4）电阻的测量。被测电阻也是连在“+”“”两端，当电阻接入后，表头中就有电流I通过，如图所示：其值I=U/（Rx+Rr+Rg）其中Rx是被测电阻，Rg是从a,b两端看进去的等效电阻。由上式可见电流I与被测电阻Rx有关。表上即可按此关系将电流值换算为相当于Rx的电阻值刻度。被测电阻越小，即电流越大，因此指示越大。测量前因先将接线两端短路，看偏转是否最大，而指示在零，否则可以调节电阻Rg2进行校正。图4测量电阻原理图5、主要参数计算（1）直流电流电路参数计算。一个电流表，满量程就是它的灵敏度。例如一个灵敏度为289A，内阻为1040的表头，这个表头就是一个289A的电流表，在图1中，Ig=289A，Rg=1040。为了使头能够测量不同数量级的电流，我们可以用分流的方法来解决。例如：用Ig=289A，Rg=1040的表头测量电流为1mA的值，就必须并联一个分流电阻，其分流电阻的计算如下：（如图1所示）I=Is+Ig Rg*Ig=Rs*Is所以Rs=Rg*Ig/Is= Rg*Ig/（I Ig），已知Ig=289A，Rg=1040，m代入则Rs=Rg*Ig/Is= Rg*Ig/（I Ig）289*10-6*1040/1000-289*10-6=423如果需要数个电流量程，则可采用闭环式分流电路，如图5所示。例如图5直流电流电路参数计算Ig=289A，Rg=1040的表头，量程分别为1mA、50mA、100 mA 、250mA四个量程的电流，由上式计算可知，最小量程时分流最小，分流电阻最大，因此，设Rs=R1+R2+R3+R4=423，则Rs=423。量程为50mA时的分流可按下式计算：，由图5知：根据式： I=Is+Ig Rg*Ig=Rs*Is此时 分流电阻为Rs=R1+R2+R3=423-R4， Is=50000-289 Rg=1040+R4 代入公式：(423-R4)*( 50000-289)=289*(1040+R4) (R1+R2+R3) *( 50000-289) = 289*(1040+423- (R1+R2+R3)(R1+R2+R3)= 289*(1040+423)/50000=8.46R4=423- R1+R2+R3=423-8.46=415.54其余类推。根据同样的方法有多个量程可以分别算出相应的分流电阻。请各位计算出其它的电阻。（2）直流电压电路的参数计算。在万用表中，直流电压档通常把电流档的分流电阻作为表的内阻，并且为不同量程的分压电阻Rs共用，以图6a为例，我们将测量电压的电流从1mA点引入，而且将电路简化为图6b所示。此时，它实际上电压的灵敏度为I=1mA，表头电压降为1*（1040/423）=1*300=300mV的电压表。测量电压绝大多数都是采用降压的方式来限制通过仪表的电流，多档电压表的基本电路如图6b所示。图中Rg=300,Ig=1mA。（例U1=10V，U2=50V） 图6直流电压参数计算分压电阻值可按下列公式计算Ru1=U1/IsRs代入数据后，Ru1=U1/IsRs=10/1*10-3-300=9700Ru2=(U2-U1)/ IsRs=40/1*10-3-300=40K在万用表中，常常用每伏特的电阻值来表示电压灵敏度，即：/V=1/Ig=1/1*10-3=1000/V（3）交流电压电路参数的计算。万用表测量交流仅限于测量正弦波。由于表头为直流，必须使交流电压整流为直流后方可测量。在万用电表中，采用半导体二极管作为整流元件。图8所示为交流电压测量电路为单向半波整流电路。电流为单向脉动电流，半波单向脉动电流为交流有效值的0.45倍，因此灵敏度为1mA的测量机构，就相当于流过交流有效值的Iv=I/0.45=2.22mA的交流电流。设U1=10V，U2=250V 则Ru1=U1/Iv=10/1*10-3-300=4200Ru2=(U2-U1)/ IvRs=240/2.22*10-3-300=108K图8测量交流电压原理图(4) 直流电阻电路参数计算。在图9所示测量电阻电路中，若将1、2两点短路，这时仪表指示恰好满刻度值。即：Imax=U/（Rg+Rr）将1、2两点断开，串入被测电阻 Rx，此时回路中的电流为I=U/（Rg+Rr+Rx），若Rx= Rg+Rr，则回路中的电流I减小到Imax/2，即表头指针恰好指在标尺的中间位置，我们称它为中值电阻，用RT来表示。当选定RT后便可对标尺进行电阻值刻度。例如：当Rx=0时，指针偏转在满刻度；当Rx=RT时，指针偏转在中心；当Rx=2RT时，指针偏转在1/3处；当Rx=5RT时，指针偏转在1/6处；当Rx=时，指针不动。因此电阻值在标尺的刻度上是自右向左递增的，其刻度分布是不均匀的，右半刻度比较稀疏，左半刻度紧密，欧姆计通常是用干电池作为电源的，干电池用久后两端的电压会下降，这样当Rx=0时指针将在0的左边，为了消除这种测量误差，必须在欧姆计测量电路中加一个调零电阻，如图9所示中的Rs3。若允许干电池的最低电压为1.2V，设计时电源按Umin=1.2V，Rs3的触点移到a点计算，当换用新电池后（Umax=1.6V）可调节Rs3的触点，使Rx=0时指针仍可以在满刻度的位置上。设电阻中心值RT=1200，试计算电阻测量电路中各参数的数值。Imin=Umim/RT=1.2/1200=1mA （Rs3的触点在a端）Rr= RTRs/Rg=1200-1040*423/(1040+423)=900 根据前面电流表计算中知，Rs=423,Rs1=8.46,Rs2=414.54 ,取Rs2 =100,Rs3=Rs2-Rs2=414.54-100=314.54。图9 直流电阻电路6、MF47万用表的原理图7、万用表的组装（1）万用表元件清单（2）万用表组装图（3）万用表的组装1）组装前清点、检查元器件，做好组装前准备工作。2）熟悉理解万用表原理图和印刷线路板图。3）按图纸和说明组装万用表（焊接和组装）（4）万用表的调试调试前必须保证焊接无误，核对元器件安装位置是否正确，焊点无虚焊。8、思考题：（1） 万用表有什么功能？（2） 万用表的红笔与表内干电池的哪一个极相连接？（3） 万用表的交流电流档不用整流元件行吗？为什么？（4） 什么叫指针式万用表的欧姆中心值？如何计算欧姆表各档的电阻值？例：下图示为欧姆表原理图电路，已知直流电压源Us=1.5V，电阻R1+R3=4K,R2=11 .2K,表头满偏电流为100A，等效电阻Rg=1K，试求：1） 当Rx=0时，表头中的电流IA=？2） 当Rx=时，表头中的电流IA=？3） 设欧姆表的中心电阻为RT，当Rx=RT时，IA=？4） 当IA=70.5A时，则Rx =？5） 当电池电压下降到1.25V时，应调节零点，将欧姆表输出端短路，调R3使欧姆表头指示为0，即IA=100A，此时R1+R3=？（5） 为什么指针式万用表直流电流档采用闭路式分流器？如何计算闭路式分流器各档量程的电阻值？例如：图示为一多量程电流表电路，表头满刻度电流为200A，。内阻为490，若量程为10mA、50mA、100mA和500mA，求R1、R2、R3和R4的值。（6） 什么是电压灵敏度？（7） 为什么万用表电压档采用的共用式附加分压电路？如何计算分压电阻的阻值？例：图示为一多量程直流电压表电路，表头的满刻度电流为50A，R5为一可变电阻器，用来调节使表头部分的等效电阻为2.5K，若电压表的量程分别为2.5V、10V、50V和250V时，求R1、R2、R3和R4之值。9、总结报告总结报告的主要内容包括设计、计算、组装调试总结、收获和体会。附： 1、时间安排：第一天：集中讲授：万用表工作原理。第二天：学生查找资料：了解电压表、电流表欧姆表的工作原理。第三天：学生自学并答疑工作原理及参数计算。第四天：学生自学并答疑参数计算方法并计算相关数据。第五天：教师检查各位学生的分析情况。第六天：集中讲授：各元器件的识别及应用方法第七天：教师指导学生安装万用表。第八天：教师指导学生安装并调试。第九天：综合调试，并写实习报告。第十天：实习答辩，交实习报告。2、常用电子元器件的识别1、 电阻常用电阻有多种规格，有合成电阻器，薄膜电阻器、线绕电阻器等，本次实验中，用普通的碳膜电阻，电阻大小可用几种方法指示电阻的大小。1）、直标法：电阻的大小直接标出主要参数和技术指标。2）文字符号法。将需要标志的主要参数与技术性能，用文字、数字符号有规律地组合在产品表面上的方法。其规律是：阻值的整数部分写在阻值单位的标志符号前面，例4.7K标志符号为4K73）色码法。用不同颜色的带环或点，在产品表面上标志出主要参数的方法。色环电阻是用45条色带打印在电阻体上，以表示阻值和允许的偏差。例如:固定电阻器的色码色环标示识别，主要应用于圆柱型的电阻器上，如：碳膜电阻、氧化膜电阻、精密电阻、耐冲击电阻、保险丝电阻、实芯电阻、实芯电阻、保险丝电阻、绕线电阻、突波电阻。在早期，一般当电阻的表面不足以用数字表示法时，就会用色码色环标示法来表示电阻的阻值，公差，规格。电阻器上的色码色环，主要分成两部分： 第一部分：靠近电阻前端的一组是用来表示阻值，两位有效数的电阻值，用前三个色环来代表其阻值，如：39，39K，39M。三位有效数的电阻值，用前四个色环来代表其阻值，如：69.8，698，69.8K，一般用于精密电阻的表示。 第二部分：靠近电阻后端的一条色环用来代表公差精度。 第一部分的每一条色环都是等距，自成一组，易于区分第二部分的色环。带有四个色环的其中第一、二环分别代表两位有效数的阻值；第三环代表倍率；第四环代表误差，带有五个色环比四色环多了一个有效数字。TOKEN 的第五条色环如为黑色，一般用来表示为绕线电阻器，第五条色环如为白色，一般用来表示为保险丝电阻器。如果电阻体只有中间一条黑色的色环，则代表此电阻为零欧姆电阻。电阻色环色码识别首先，从电阻的底端，找出代表公差精度的色环，金色的代表5%，银色的代表10%。 再从电阻的另一端，找出第一条、第二条色环，读取其相对应的数字，以上边图为例，前两条色环都为红色，故其对应数字为红2，红2，然后，再读取