万用表电路的设计与组装

1、万用表电路的设计与组装万用表电路的设计与组装 王亮 大连大学环化学院 化工10110412041指导老师：徐朋摘要：万用表是一种多功能、多量程的便携式电工仪表，一般的万用 表可以测量直流电流、 交直流电压和电阻。本次试验通过设计熟练掌握万用表的组成结构、原理，明确组成万用表的各种电路的优缺点，能根据给定的技术参数， 主要是表头灵敏度、 内阻、波段开关结构、 各档量程要求等，选择合适的 电路设计万用表线路， 并检验电路。关键词：万用表；设计组装； 检验电路1 .实验部分1. 1实验目的 （1） 了解简单的万用表的简单电路.（2）计算出所有电阻元件 的阻值，并进行组装.（3）对成功组装的万用表的准

2、确度，电压灵敏度等性能指标进行测试1.2 实验原理1. 2. 1指针式万用表的简易电路及使用方法 图1是简易万用表的实验电路。电流，电阻电压等被测信号经过输入电路和变换电路后，变成微安级电流，再流经表头，使指针偏转， 从而指示出被测量值。该万用表有四种功能、 八个档级。档级的转换靠单级多位开关中单级触点位置的改变来实现。B （-）点，接表头负极，是所有测量档的公共接 点，通常 接黑色表笔。A(+)通常接红色表笔， 改变多位开关中单极的位置，可以选择所需的测量功能档。1.2. 2万用表的几个重要参数(1)准确度 万用表示值与被测量真值的一致程度称为万用表的准确度。它反映了测量结果的基本误差的大小

3、。同一块万用表， 不同功能档的准确度也不尽相同。(2)表头灵敏度 万用表所用表头的满量程值I g 称为表头灵敏度。I g 一般为 9. 2 200 A 。值越小，灵敏度越高， 万用表的性能也越好。本次实验取Ig=50 A (3)表头内阻 表头内线圈及上下两层盘丝的直流电阻之和称为表头内阻。万用表表头内阻多在几百到几千欧之间。一般来说， 灵敏度越咼，内阻越大。但灵敏度相同的表头， 内阻也不尽相同。这是因为， 在制造相同表头时，所选用的线圈和盘丝的阻值很难做到完全一致。(4) 直流电压灵敏度 直流电压档的内阻Rv与该档满量程电 压Um的比值称为直流电压灵敏度，用Sv表示。可写成Sv二Rv/Um 电

4、压灵敏度越高，万用表的性能也越(5) 直流电流档的内阻电流表内阻的大小决定于表头内阻及分流电阻的大小。对同一块万用表而言，不同档级的电流表，其分流电阻不同，所以内阻也不相同。电流表的内阻越小， 质量越好。测电流时，将电流表串联在被测电路中，对被测电路会造成两方面的影响：一是它的阻流作用会改变原电路的工作状态；二是增加了被测电路的功耗。为了减少这两方面的影响，内阻越小越好。(6) 欧姆档的中值电阻 欧姆档的内阻称为该档的中值电阻。已知中值电阻Rk的大小可以确定该档的测量范围。若中值电阻为Rk，则该档的测量范围是1/4Rk4 Rk之间。1. 3电阻的计算(1)电流档的设计(计算R1和R2) 将直流

5、电流5mA和50mA档的电路从图1中分离出来， 如图4。R1 是50mA档的分流电阻，R1和R2是5mA档的分流电阻。 所有分流电阻与表头串联成一闭合回路。50mA 挡的电路中， 总电流I m 在R1和R2的连接处分成两 路，一路经R2 R3 RT 表头回到B点，电流为I g，另一路 经R1回到B点，电流为(I m -I g )，因为这两个并联电 路的电压降相等， 所以有Ig (R2 + R3 + RT + Rm) = (Im - Ig)Ig (Rs - R1 + Rm) = (Im - lg) R1 经整理得lmR1 = Ig(Rm + Rs) 式说明，在闭路式分流电流表中，其电流量程与该量

6、程分流电阻的乘积是一常数，其值等于表头灵敏度与闭合回路总电阻之积。根据这一结论，5mA量程的分流电阻R1+R2也可以求出。(2) 直流电压档的设计(计算 R4和R5)直流电压5V档和50V档电路从图1中分离出来，如图5。DB 间电压量程为50V， A B间电压量程为5V，而CB间 可以看成更小量程的电压档，其量程为 0. 15V。据此，可分别求出这两档的内阻。内阻求出之后， 根据Rv=R4+R/，Rv二R4+R5+R/可求出R4和 R5o(3) 电阻档的设计(计算 RT、R6、 R7和R3) 将电 阻档1K和10两档的电路从图1中分离出来，如图6，其中(a) 与(b)都是1K档，不同的是调零电

7、阻RT的工作状态不同。(c)是10档的电路。RT的作用是测量前将欧姆表调至零点。即在测量前，将+ -表笔短接， 使表头满偏，以满足I g=E/Rk。E 是电池电压，在欧姆表的使用过程中，E会不断下降，中 值电阻RK需适时调整，才能使表头随时能够调零E的变化值在1. 2 - 1. 65V之间，RT的大小也应适应E的这种变化。显然，当E =1.2V 时，RT的触点应移至最右端。如图6 (a)。当E 1.65V 时，应移至最左端，如图6 (b)。在(a)与(b)两种状态下，RK会有所变化， 给测量带来 误差，但只要R6足够大，RT的影响就可以忽略， 中值电阻RK 也可以认为是不变的。下面求R6，要想

8、求R6首先要求RK。RK 决定于电池电压和表头灵敏度。在图 6(a)中，E =1. 2V，I m=2 I g =100 A ，得 Rk=12k 而中值电阻Rk即是该档的总内阻， 所以Rk=R6 +R/+ rE 式中R / 1.5 K ， rE =1 (电池内阻可忽略) R6可求 下面计算RT。根据 lg (RT+Rm =(1. 65/Rk-lg) (Rs- RT )， 可求 RT 根 据 Rs二R1+R2+R3+ RT，可求出 R3。根据 Rk =120， Rk =(R6+R/)R7 / (R6+R7+R/) +rE， 可求出R7 (4) 交流电压档的设计(计算 R8和R9) 交流电压 档的分

9、压电阻R8和R9的计算方法，与直流电压档的分压电阻 R4 和R5的计算方法相仿， 分别求出10 V交流电和50 V交流电档 的内阻即可求出分压电阻 R8和R9。1.4实验仪器 万能表组装板；标准电流表； 标准电压表；电阻箱； 导线；滑动变阻器1. 5 实验步骤1. 5. 1电流档的测试 自制万用 表按电流档的设计， 测定50mA的电流。取R仁9，R2+R3+R4=449组装万用表。串联标准电流表。调节滑动变阻器，使两表的指针同向而行，记录6组数据。1. 5. 2电压档的测试 自制万能表按直流电压电路的设计，测定5V的电压。取Rs=4500，R4=47750组装万能表。并联标准电压表。调节滑动变

10、阻器，使两表的指针同向而行，记录6组数据。2. 结果与讨论2. 1原始数据 2. 2 数据处理2. 2. 1 电 流档的测试数据 组装表（50mA/30格） 电流/mA 10. 0 15. 0 18. 3 25. 0 26. 7 31. 7 标准表（30mA/150 格） 电流/mA 4. 6 9. 3 12.4 19. 9 21. 6 27. 4 电流档测定 05101520253035123456 电流/mA 组装表标准表2. 2. 2电压档的测试数据 组装表（5V/30格）电 压N 0. 8 1.7 2. 5 3. 3 3. 8 4. 2标准表（1. 5V/150 格）电压N 0. 02

11、5 0. 055 0. 090 0. 145 0. 160 0. 180电压档测定00. 511. 522. 533. 544. 5123456 电压N 组装表标准表2.3 误差分析本次实验造成误差的主要原因有以下几点：1.组装万用表所用的电阻都是根据给出的标准算出的，但是实际用的电阻与理论计算出的电阻并不完全一致，这必然将导致实际的量程与理论值不符，也必将导致测量结果与标准表的测量结果有出入2. 组装万用表时，电路各连接点的电阻不容忽视，这也给实验造成了一定的影响。3. 测试万用表性能时，所用的电表与组装表的规格相差过大，导致测试数据的可信度 降低4. 表头的本身存在的误差。5. 其它导致误差的因素，3. 感想与体会本次实验， 装，既学会了运用所学理论知识， 决实际间题的综合分析能力。如读数误差等等。让我更加了解万用表的原理与组又提高了我的考虑实际问题、解最重要的是提高了我的独立动手能力，连接