指针式万用表的设计与组装Word格式.docx

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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289μA，内阻为1040Ω的表头，这个表头就是一个289μA的电流表，在图1中，Ig=289μA，Rg=1040Ω。

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=289μA，Rg=1040Ω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+IgRg*Ig=Rs*Is

所以Rs=Rg*Ig/Is=Rg*Ig/（I－Ig），已知Ig=289μA，Rg=1040Ω，Ｉ＝１mＡ　代入

则Rs=Rg*Ig/Is=Rg*Ig/（I－Ig）＝289*10-6*1040/[1000-289*10-6]=423Ω

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=289μA，Rg=1040Ω的表头，量程分别为1mA、50mA、100mA、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=423Ω，则Rs=423Ω。

量程为50mA时的分流可按下式计算：

，由图5知：

根据式：

I=Is+IgRg*Ig=Rs*Is

此时分流电阻为Rs=R1+R2+R3=423-R4，Is=50000-289Rg’=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=8.46Ω

R4=423-R1+R2+R3=423-8.46=415.54Ω

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’=300Ω,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/Is’－Rs’代入数据后，Ru1=U1/Is’－Rs’=10/1*10-3-300=9700Ω

Ru2=（U2-U1）/Is’－Rs’=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：

Ω/V=1/Ig’=1/1*10-3=1000Ω/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=4200Ω

Ru2=（U2-U1）/Iv－Rs’=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。

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0Ω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=1200Ω，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=RT－Rs//Rg=1200-1040*423/（1040+423）=900Ω

根据前面电流表计算中知，Rs=423Ω,Rs1=8.46Ω,Rs2=414.54Ω,

取Rs2’=100Ω,Rs3=Rs2-Rs2’=414.54-100=314.54Ω。

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=4KΩ,R2=11.2KΩ,表头满偏电流为100μA，等效电阻Rg=1KΩ，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=70.5μA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=100μA，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？

图示为一多量程电流表电路，表头满刻度电流为200μA，。

内阻为490Ω，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？

图示为一多量程直流电压表电路，表头的满刻度电流为50μA，R5为一可变电阻器，用来调节使表头部分的等效电阻为2.5KΩ，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：

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4K7

3）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4～5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：

39Ω，39KΩ，39MΩ。

三位有效数的电阻值，用前四个色环来代表其阻值，如：

69.8Ω，698Ω，69.8KΩ，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，再读取第三条倍数色环，黑1，所以，我们得到的阻值是22Ω。

如果第三条倍数色环为金色，则将小数点往左移一位。

如果第三条倍数色环为银色，则将小数点往左移两位。

二、电容器（多种电容：

瓷介电容、云母电容、电解电容等等）

本实验中共用到两种电容

1）云母电容

2）电解电容：

容量大，常用于阻容耦合用，有正负极（长腿的为正极，焊接反了后会爆炸，在焊接时要注意）

三、电位器（可变电阻）

本实验中共用了五个电位器，分别是3个1K，一个2K和1个10K。

标称值方法：

102表示：

10*102，即1K

202表示：

20*102，即2K