万用表设计实验报告

三用表的设计任务单：238号表头满偏电流50HADC.A：引入电流0.18mA表头内阻+附加串联电阻为Rg=3。3KQ一、已知参数：.每人的任务条（每人不同，最后将任务条并设计作业一齐订好上交!）A.直流电流档的引入电流0.18mA（每人不同）B.测量机构总阻值（内阻+附加电阻=电阻Rg3.3K。，每人不同）.公共参数（每人相同）A.测量机构的电流灵敏度：满刻度电流IS50NA（每人不同）DC.A：2.5级1mA10mA5ADC.V：2o5级2。5V10V250V输入阻抗为:1/IsAC.V:5.0级10V 50V250V1000V输入阻抗为；4KQ/v整流系数为：0.441,二极管正向电阻为：600Q交流调节电阻为2K〜3KE.。：2。5级XIX10X100（扩展量程X1K）电阻中心值：22。工作电池：1.6〜L2V二、各量程的元件参数设计：DCoA量程的元件参数设计和分电路调试图：（DDC.A量程的元件参数设计。设计一个多量程环形分流式直流电流表，如下图。设表头内阻为Rg,电流灵敏度为Ig,扩大的电流量程为II、12、13、I弓I,计算各分流电阻RI、R2、R3、R4.1）当电流为I引时，Rs=Rl+R2+R3+R4=Ig*Rg/（I引一Ig）=0.00005*3300/（0.00018-0o00005）=1296。2308。2)当电流为13时，Rl+R2+R3=Ig*(Rg+Rs)/I3=0.00005*(3300+1296o2308)/0o001=229.8115Q3)当电流为12时'Rl+R2=Ig*(Rg+Rs)/I2=0.00005*(3300+1296o2308)/0。01=22.9811Q4)R1=Ig*(Rg+Rs)/11=0.00005*(3300+1296.2308)/5=0。04596Q由2)3)4)可得R2=22o9811-0.04596=22o9351。R3=229.8115-22.9811=206.8304QR4=Rs—(R1+R2+R3)=1296.2308-229.8115=1066.4193Q(2)DC.A量程的分电路调试图。DC.V量程的元件参数设计和分电路调试图：(l)DC.V量程的元件参数设计。设计一个多量程直流电压表电路，如下图。设表头内阻为Rg,电流灵敏度为Ig。先计算R1Rl=Ul/Ig-Rg=2.5/0.00005—3300=467000然后再用一段电路的欧姆定律分别计算R2,R3R2=(U2—UI)/Ig=(10-2o5)70.00005=1500000R3=(U3—U2)/Ig=(250—10)/0.00005=4800000QDC.V量程的分电路调试图：ACoV量程的元件参数设计和分电路调试图：(DAC.V量程的元件参数设计。交流电压的分流电阻计算和直流相似.交流电压的分压电阻电路如下图。设表头内阻为Rg,电流灵敏度为Ig。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=l/Z=l/4000=0o00025A2)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=I*0.435=0.00010875A3)计算分流电阻R=Ig*Rg/(Ik—Ig)=0.00005*3300/(0.00010875-0o00005)=2808.510638Q4)可调电阻RP一般由经验取输入阻抗Z的一半RP=Z/2=2000Q5)计算Uo=Ug+URP+UVDl。式中,Ug是测量机构内阻Rg上的电压;UR是电位器RP上的电压；UVD1是二极管VD1上的压降，硅管UVD1=0.65VoUo=Ug+URP+UVD1=Ig*Rg+RP*Ik+UVD1=0 。 00005 *3300+2000*0.00010875+0o65=1o0325V6)参考上图，计算各分压电阻：R1=(U1-Uo)/I=(10—1.0325)/0.00025=35870QR2=(U2-U1)/I=(50-10)/0o00025=160000QR3=(U3-U2)/I=(250—50)/0o00025=800000QR4=(U4—U3)/I=(1000-250)/0.00025=3000000Q图中C为滤波电容，约为5uF,防止整流后的脉动波形使表的指针不停的小幅摆动，VD2为保护二极管。2)AC.V量程的分电路调试图.。量程的元件参数设计和分电路图:(1)。量程的元件参数设计lo挡基本电路如上图所示是电阻档基本电路，其中RP为调零电位器;RP和Rd组成分流电阻。1)电位器RP触点移到b点，电池电压最高(E=L6V).此时分流电阻为Rb(分流电阻小，分流电流大)。2)电位器RP触点移到a点，电池电压最低(E=l。2V)O此时分流电阻为Rb+RP(分流电阻大，分流电流小)。3)电位器RP触点移到b、a之间，电池电压为标准(E=l。5V),此时分流电阻为Rb及RP的一部分之和。.零支路电阻Rb和RP的计算各档电阻中心值：低倍率挡,RX1 的电阻中心值RZ1=22Q中倍率挡，RX10 的电阻中心值RZ2=220。高倍率挡，RX100的电阻中心值RZ3=2200。最高倍率挡,RX1k的电阻中心值RZ4=22kQ先以电阻测量高倍率档电阻中心值RZ3计算E不同时的电流，以保证Rx=0时能调零。例如,RZ3=2200时,(b点)Imax=lo6V/2200Q=727uA,(a点)Imin=l。2V/2200。=545□A,(c点)I标=1。5V/2200。=682uA。当已知流过表头满刻度电流为Ig,表头内阻为Rg时，计算如下1)当RP指在a点时的总分流电阻Rb+RP；Rb+RP=Ig*Rg/(Imin-Ig)=0。00005*3300/(0。000545-0。00005)=333.33333Q2)当RP指在b点时的分流电阻Rb；Rb=(Rb+RP)*Imin/Imax=333o33333*0.000545/0。000727=249。88537Q3)计算分流电位器RP;RP=(Rb+RP)—Rb=83.44796Q.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确定的。因为电位器RP是变数,设电位器RP触点在中间,阻值为RP/2,接入Rd后，该档的总内阻等于RZ3,因此有Rd=RZ3-(Rg+RP/2)*(Rb+RP/2)/[(Rg+RP/2)+(Rb+RP/2)]=1931.795057Q.各倍率电阻的计算：各倍率电阻的电路如下图所示。1)设R1为中心电阻RZ1=22。时的并联电阻，考虑电池内阻ro一般为0。9~1。Q,从端口看RZl—ro=RZ3〃R.取ro=lQ,则有R16=(RZl-ro)*RZ3/[RZ3-(RZl-ro)]=(22—1)*2200/(2200-(22-1))=21。202386Q2)设R2为中心阻值RZ2=220Q时的并联电阻，同样有R17=RZ2*RZ3/(RZ3—RZ2)=220*2200/(2200-220)=244.444444Q3)设R3为中心阻值RZ2=2200。时的并联电阻，则有R18=RZ3*RZ3/(RZ3-RZ3)=^4)设Rik为测量最高倍率档(RX1k)串联电阻，由于其电阻中心值太大，致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。由于最高倍率档电阻中心值RZ4=22kQ,比高倍率挡大十倍，因而电源电压也大十倍,选电源EE为15V的层叠电池，同时无分流电阻(R3=8),可见最高倍率挡也无法分流电阻，工作电流与高倍率挡相同.则高倍率挡串联电阻Rlk=RZ4—RZ3—REE=22000—2200—1000=18800Q式中REE为电源EE的内阻，约为IkQ.(2)。量程的分电路调试图三、总线路图DCoV挡DCoAACoVQ挡四、校验图及达到的精度等级:DCoA校验图和校验精度等级的表格:接入电流源电流端接入电流A电流表输出电流uA理论输出电流口A1155050.05/316o6750/3^16.66710/333.33100/3^33.333120o015050o00.01/316.6750/3-16。6670.02/333.33100/3心33°333130o0015050.00.001/316.6750/3^16.6670o002/333o33100/3-33。333I引0o000185050o00o0000616.6750/3^16.6670o0001233.33100/3心33。333DCoA准确度等级为土k%=0.03/50*100%=。。06%<2.5%,满足要求。DC.V校验图和校验精度等级的表格：接入电压源电压端接入电压V电流表输出电流uA理论输出电流口AU12.55050.02.5/316.6750/3仁16。6675/333o33100/3心33。333U2105050o010/316o6750/3^16.66720/333o33100/3^33.333U32505050.0250/316o6750/3仁16。667500/333.33100/3^33.333DCoV准确度等级为±k%=0o03/50*100%=0。06%<2.5%,满足要求。ACoV校验图和校验精度等级的表格:1）.10V交流电压挡检校：（合上1）Ul/V电流表示数实验值/HA理论输出电流PA绝对误差/uA最大绝对误差/PA1051.3250.0lo32lo7910/314.8750/3^16。667—Io7920/333o09100/3^33.333—0o24AC-V10V挡准确度为：土k%=1.79/50*100%=3。58%<5%,满足要求。2）.50V交流电压挡校验（合上2）U2/V电流表示数实验值/uA理论输出电流uA绝对误差/uA最大绝对误差/uA5051o7550.01.75lo7550/316.8350/3^16.6670.16100/334o27100/3=33.3330.94AC.V50V挡准确度为:±k%=1.75/50*100%=3.5%<5%,满足要求。3）.250V交流电压挡校验（合上3）：U3/V电流表示数实验值/uA理论输出电流uA绝对误差/uA最大绝对误差/uA25051o8950.01.891.89250/317.2150/3七16。6670o54500/334.52100/3^33o3331.19AC.V250V挡准确度为：土k%=1。89/50*100%=3。78%<5%,满足要求°4）.1000V交流电压挡校验（合上4）U4/V电流表示数实验值/uA理论输出电流HA绝对误差/uA最大绝对误差/uA100051o9050o0lo901.901000/317o2650/3^16.6670o592000/334o56100/3^33.333lo23AC.V1000V挡准确度为：±k%=l。90/50*1()0%=3。8%<5%,满足要求.Q校验图和校验精度等级的表格：1).L2V档调零图中心电阻值/Q电流表输出电流/“A2249o9422049.94220049o9422000/2)olo6V档调零图中心电阻值/Q电流表输出电流/UA2250o9722050.97220050o9722000/4)o22Q校验图:RX/Q电流表示数实验值/uA理论值/uA绝对误差/nA最大绝对误差/PA2223o46250o541.031132o2933.33lo0366llo7312.500o85o539o54400.46no7.828.330o51仪表准确度为:±k%=l.03/50*100%=2o06%<2。5%,满足要求。5)o220Q校验图RX/Q电流表示数实验值/uA理论值/uA绝对误差/PA最大绝对误差/uA22024.54250.460.811032o6933o330o6466012o2912.500o215539.20400o811008o1978.330o133仪表准确度为:±k%=0o8/50*100%=1o6%<2.5%,满足要求。6)o2200C校验图:RX/电流表示数实验值/u理论值/uRX/电流表示数实验值/u理论值/u绝对误差/U最大绝对误差/uQAAAA220024.76250.240.57110032.9333.330o4660012o4312o500o0755039.43400o57110008.2978o330o033仪表准确度为:士k%=0.57/50*100%=l。14%<2o5%,满足要求。7).220000校验图:RX/kQ电流表示数实验值/uA理论值/uA绝对误差/uA最大绝对误差/uA2224.17250.830o931132o5533o330.786611.5912.500