万用表的设计与装调

1、万用表的设计与装调,一.实验简介,万用表是一种多用途，多量程的电工仪表。其类型分为数字式和指针式两种。,数字式万用表：读数直观、准确，目前在各行业中应用广泛。 指针式万用表：又称模拟表。,二.实验任务,在规定学时内完成一台指针式万用表的设计、装配及调试任务，并要求分流器为所有量程共用。,1.给定条件：,2.档位设计要求：,0.75mA；2.5mA；5mA；25mA,(2)直流电压测量量程分3档,5V；15V；50V,(3)交流电压测量量程分2档,10V；250V,表头满偏转电流I0=500A；表头等效内阻r0=300,(1)直流电流测量量程分4档,(4)直流电阻测量量程分3档,R1； R10；

2、 R100,(5) 直流电流0.75mA档和直流电压5V档共用,3.误差要求：,电压、电流档误差（相对误差）5%,电阻档误差（相对误差） 8%,三.实验目的,1.初步了解电路设计的思路。 2.通过该大型实验，巩固电路理论知识并提高综合 应用和实际动手能力。 3.能做到正确使用万用表，读懂实际万用表电路， 具备初步的维修能力。,四.原理及设计过程,表头作用：指示被测量对象的数值。 测量电路作用：把被测值变换为适合表头工作的电压 或电流值。 转换开关作用：改变内部测量电路的连接，实现不同 档位的切换或同一档位不同量程之间的切换。,指针式万用表的组成：一个磁电系微安表头，一些附加分流、分压电阻等组成

3、测量电路，以及一个转换开关。,1.表头参数(满度电流I0,等效内阻r0)的测定,(1)满度电流测定,步骤：,1)测试前,将各表机械零点调整准确。 2)根据I0大小初步估算选择适当的限 流电阻和电源电压，缓慢调节使两 表中有一表先至满偏。,两种情况：,a.标准表先满偏(如I标准=500mA,I测量495mA)读数偏小,b.被测表先满偏(如I标准=495mA,I测量500mA)读数偏大,根据误差计算公式：,ra=(被测表读数标准表读数)/标准值100%,a情况： ra=(495-500)/500100%= -1.0%,b情况： ra=(500-495)/500100%= +1.0%,(2)等效内阻

4、的测定,a.K1闭合，K2打开，调整E，R1使表 头指针满偏,b.保持E，R1不变，合上K2,c.调整R2,使表头指针位于表盘刻度 中心I0/2 (假设总电流I = I0不变) 则R2=r0,为保证总电流I=I0保持不变(合上K2时),需满足一定条件,在E，R1恒定时，若保持总电流I 不因R2支路接入而变化， R1越大 越好 一般取 R1100 R2,2.测量电路及参数计算,(1)直流电流测量电路,II0,I = I1 + I2 I0 + I2,分流器的形式：开路置换式和闭路抽头式,闭路抽头式,In I1 I2 I3为所需扩大 的电流量程设计值,实验中取 In=1.5I0=750A,In为最小

5、档一般取值 略大于I0,计算分流总电阻Rpn,I0 r0=Rpn(In-I0),计算各分流电阻,对Ik量程有：,K=n-1,3,2,1,R1=Rp1,R2=Rp2-Rp1,Rn=Rpn-Rp(n-1),(2)直流电压测量电路,UI0r0,U = U1 + U2 I0r0 + U2,测量电路的形式：单个式倍率器和叠加式倍率器,叠加式倍率器,I=In=750A,定义：1/I为电压表的灵敏度，单位：/V 物理意义：每产生1V压降所需电阻值,(3)交流电压测量电路,整流电路：全波整流和半波整流,全波整流,半波整流,整流结果：形成方向不变,大小不断变化的周期性脉动电流,整流电路电流平均值与有效值的关系：

6、,半波整流 I均=0.45I有效 或 I有效=2.22I均,全波整流 I均=0.9I有效 或 I有效=1.11I均,半波整流电路,已知电压表的灵敏度为1/Ieff,RD:整流二极管的正向电阻值 一般为5001k,实际中用 Re1= Ueff - UD - Ieff(Rpnr0)/Ieff 来计算,UD为管压降，硅管为0.7V，锗管为0.3V,(4)直流电阻测量电路,a. 原理简述,a,b端短路时,a,b端接电阻Rx时,a,b端开路时(Rx),I 0,标记刻度,I与Rx是非线性的,欧姆表刻度是不均匀的,Rx= Rc+r0时,设RT= Rc+r0为中心阻值,调节Rc使表头满偏,例如以电流为参考，来

7、刻度欧姆表标尺刻度,Rx= RT= Rc+r0 I= I0/2,Rx= 1/2RT I=2 I0/3,Rx= 2RT I=I0/3,Rx= 4RT I=I0/5, ,b.零欧姆调节,RcRg,Ri= Rg+Rc,c.欧姆表量程的扩展,理论上，任何一个欧姆表测量电阻的范围都可以是0， 但由于刻度规律的非线性，误差较小的范围在RT/1010RT,设计要求,直流电阻测量共3档量程分别为R1;R10;R100 电源电动势E=1.5V,要求其下降到1.2V时,仍能够短路调 零，正常工作。,在系列值中，取RT=15 则,R1 RT=15,R10 RT=150,R100 RT=1500,确定Rc取值,RT=1500=Ri,设R0滑动头c点以上部分为x,I0(r0 + x) = (I - I0)(Rpn- x),解出x,Rg = (r0 + x)(Rpn- x),解出Rg,Ri= Rc+Rg,Rc= Ri-Rg,解出Rc,分别解出E=1.5V和E=1.2V 时Rc的取值，取算术平均值为本次设计值Rc,R10档,R1档,RT=Ri=150=Rc21500 解出Rc2,R