工程教育初级报告.docx
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工程教育初级报告
万用电表原理
一．万用表的组成
1.表头：
1）用途：
指示被测得数值
2）测量机构：
多采用高灵敏度的磁场系测量机构
（注：
灵敏度即万用表最小量程）
3）满偏电流：
数微安到数百微安，满偏电流越小，表头灵敏度越高。
本表头满偏电流为μà，在一般指针式万用表中属中档灵敏度。
4）选择原则：
灵敏度越高越好
原因：
万用表在用于测量时，要从被测电路中获取能量，用以推动表针偏转，这一能量越小，对被测电路影响越小，测量结果越准确。
2.测量电路
1）用途：
通过测量线路的转换，把各种被测量（电压、电流或电平等）转换成表头偏转的直流微小电流，实现万用表的多功能测量，并且有多种量限（或称满量程）。
2）组成：
多用各种规格的电阻原件组成（如绕线电阻、金属膜电阻、电位器等），在特殊测量中也会用到其它电子器件，如测量交流电压的整流原件，测量电阻的内置电池，测量交流电流的交流电流互感电感。
3.转换开关
1）用途：
是万用表选择不同测量功能和不同量限时的电路切换器件。
2）工作原理：
转换开关通常采用多刀，多掷波段开关或专用的转换开关，通过旋转开关可以使万用表测量线（俗称表笔）与表内不同的测量线路接通，以满足不同的测量要求。
而此次安装的MF-50型万用表，是利用印刷版铜箔作为固定触点，而三头簧片作为旋转触点构成的专用旋转开关，共有18个档位，提供5种不同的测量功能。
二．测量电路原理分析
如上图所示为MF-50型万用表的电路原理
由图可知：
1）.表头灵敏度：
μà
2）内阻（偏转线圈铜阻）：
约1200Ω左右
3）满偏时表头两端电压：
μàХ1200Ω=100mV
注：
该电压并不能使并于表头二端的二极管产生电流，而电容在直流电压作用下相当于开路。
（下面原理分析中，忽略此些器件的存在）
1.直流电流的测量线路（DCA）
此图利用闭路分流法，以达到量程扩展。
图中，表头与W2串联组成——满偏电流μà，内阻为1500Ω的基本表。
测量电路采用环形分流式电路，显然为满足“A点”与“*”间流过100μà时的表头满偏。
则并联电阻总值应为：
R并=μàХ1500Ω/（）μà=7500Ω
其中：
R并=R1+R2+…..+R8
此时，回路环阻总值为9KΩ，在此状态下我们可以求出每一测量档分流电阻的值。
设：
RN为第n档分流电阻总值（单位为Ω）
IN为第n档电流测量满度值（单位为mA）
则当第n电流测量档表头只是满度时应有下式：
（9KΩ-RN）Хμà=（μà）RN
9KΩХμà-μà=μàRN
RN=9KΩХμà/IN
根据上式我们可以求得：
第一档I1为2.5A，可得R1=Ω
第二档I2为250mA，可得R2=3Ω
第三档I3为25mA，可得R3=30Ω
而具体的Rn则为RN与RN-1的差值，即：
Rn=RN-RN-1
于是我们可得：
R1=Ω，R2=Ω，R3=27Ω，余类推。
同样，根据上述分析，我们可以求出环型分流电路中任一点接入时的满偏电流值。
即：
IN=9KΩХμà/RN
式中：
R并=R1+R2+…..+R8
IN为此接入端对应的满偏电流值。
据此可求得：
R5与R6中间“B点”接入时的满偏值为：
250μà
R7与R8中间“C点”接入时的满偏值为：
112μà
2、直流电压的测量线路（DCV）
图中：
直流电压基本测量电路的表头分流接入端为A，此时的满偏电流为100μà，只要在A端串入相应的分压电阻，即可构成不同量程的电压表。
根据前述，制成的电压表对被测电路的影响越小越好，对电压表而言，内阻越大，从电路分走的电流越小。
本直流电压表的表头分流电路接入点电流满度为100μà，因此串入的分压电阻每分得1V电压所需的电阻值为：
1V/100μà=10KΩ，或称电压测量灵敏度为10KΩ/V
此值是表示电压表性能好坏的重要指标，此值越大，电压表性能越好。
如图：
A端与“*”间的等效电阻值为Ω2M4M4M7.5M
80mm2.5A45mm50mm130mm150mm90mm110mm90mm刷版的安装
（1）照上页图，用三根合适长度的硬导线将印版上应连接的点连起来。
（2）将电阻按图示位置孔距弯脚，插入印版并紧贴印版焊牢。
装焊顺序为：
先装印版边缘的电阻，后装近中心孔的电阻。
当装好所有电阻检查无误后，奇根剪去电阻脚。
（3）将二极管按图示位置同样操作，注意极性。
（4）将电容插入印版并贴紧焊牢并剪去电容脚。
（5）根据引线去向选择合适长度的导线焊至印刷版相应的点位：
4、整机装配
（1）将表壳内晶体管测试端按图与“+”端和“*”端用导线进行连接；
（2）电池座（－）极与“+”端用导线进行连接；
（3）表头（－）极线直接接至“*”端；
（4）将焊好的印刷版装入表壳，仔细微调印版位置，使旋转开关轴正好位于印版孔中间，拧上三枚自攻螺丝；
（5）将印刷版引出线分别焊至合适的位置；
（6）将表头（+）极线接至5号引线位置；
（7）将三头簧片电刷安装到旋转开关轴上，加上垫圈，拧上螺母。
试旋动开关，使电刷的三个触点正好对准印版中间，并且三点压力均匀，再用尖头钳拧紧螺母；
（8）装上电池，Ω表可短路调零。
四．制作万用表中的相关问题
1.如遇触电事故应如何急救
①快速断开电源；
②若电源无法切断则就近选择木质等绝缘体使触电者脱离带电器；
③脱离后立即拨打急救电话；
④若触电者停止呼吸则立即施用心脏复苏、并正确进行人工呼吸。
2.焊接过程中的几种情况
①焊点过大，运用倒转引流法
②焊点过小，重新上锡再焊
③锡不附在钢板上，电阻上有脏东西，加锡加热摩擦或拆下重装
注：
主要加热电阻，次要加热钢板。
千万不要把锡落在印刷版中间的铜片上，以防转动拨动开关时不平整。
3．当连接多股导线时可先将全部导线的头并在一起，用钳子拧紧，整股上锡后，再进行整股焊接。
4.全部安装完成后，表棒短接，指针没有发生偏转，无法调零
可能的情况有：
W2电位器，欧姆调零电位器，拨动开关，表棒及周围，表头或电阻发生短路，特别是拨动开关的电刷很容易接触不良，可用老师提供或同学做好的万用表来进行检查，我的原因是拨动开关装反了以致造成上述情况。
注意：
在调整拨动开关的电刷使其与印刷版完全接触时应注意力道，须按住电刷与塑料板结合处，以防脱落。
5.检测欧姆档时，表笔短接后各档均无法达到满偏。
研究思考询问之后得知其原因为所用电池电量不足，使得空载电压降低，以至电池内阻增大，欧姆表无法无法达到满偏。
购买一节新的优质电池即可解决问题。
6.检测欧姆档时，其余档均检测正常，而只有R×10K档无法满偏。
研究分析万用表电路原理图后，发现R×10K档的中值电阻为100KΩ,，电阻测量线路内阻也为100KΩ。
故为使表头达到满偏，只能由15V的电池串入R23并利用R×1KΩ档的环形分流电阻接入端提供电势差，满足要求。
因此如果15V的电池与金属片接触不良，则此档无法满偏。
7.检测欧姆档时，将两红黑表笔短接后没有现象，而当波动开关调至直流电压档时却出现了满偏。
打开盒盖查询，发现此时波动开关指向HFE档，但三头簧片电刷并未与波动开关的金属接触部分对齐，产生了错位，经调整后便可正常检测。
五．万用表的校准
100μà测量端的校正：
方法：
被校表置电流档，负表笔接校准仪黑夹子，正表笔100μà端接校准仪红夹子。
校准仪置DCI，100μà档，外控。
接通电源，调节外控盒“粗、中、细”调电位器，使校准仪显示80μà。
仔细调节印刷板上电位器W2，使被测表电流也为80μà。
注意：
（1）无输入时，预先调整表头机械零点
（2）读书时务必将被测表放水平，且视线应在法线方向
（3）调整中可能会引起基准表的读数变化，此时应多次重复上述过程，直至准确为止。
六．万用表其它各档的校验
1、直流电压测量档校验
a.校验方法：
被测表置DCV与校验仪DCV外控并联连接，调节外控盒“粗、中、细”调电位器，按要求测试。
b.注意事项：
（1）使用万用表电流档测量电流时，应将万用表串联在被测电路中，因为只有串联连接时才能使流过电流表的电流与被测支路电流相通。
测量时，应断开被测支路，将万用表红、黑表笔串接在被断开的两点之间。
特别应注意电流表不能并联接在被测电路中，这样做极易烧毁万用表。
（2）当选取用直流电流的档时，万用表红表笔应插在测量插孔内，量程开关可以置于直流电流档的任意量程上。
（3）高压测量时单手操作。
（4）相对误差=（测量值-标准值）/标准值Х100%
（5）当│相对误差│>%时，应及时查找原因。
c.测量数据：
档：
校验1V、2V的准确度
校验仪显示：
被校表显示：
1V，相对误差：
%校验仪显示：
被校表显示：
2V，相对误差：
%
10V档：
校验8V的准确度
校验仪显示：
被校表显示：
8V，相对误差：
%
50V档：
校验40V的准确度
校验仪显示：
被校表显示：
40V，相对误差：
%
2、交流电压测量档校验
a.校验方法：
被测表置ACV与校准仪ACV外控并联连接，调节外控盒“粗、中、细”调电位器，按要求测试。
b.注意事项：
（1）测交流电压的方法与测量直流电压相似，所不同的是因交流电没有正、负之分，所以测量交流时，表棒也就不需分正、负。
（2）读数时，数字应看标有交流符号“AC”的刻度线上的指针位置。
（3）高压测量单手操作。
（4）相对误差=（测量值-标准值）/标准值Х100%
（5）当│相对误差│>4%时，应及时查找原因。
c.测量数据：
10V档：
校验4V、8V的准确度
校验仪显示：
V被校表显示：
4V，相对误差：
%
校验仪显示：
V被校表显示：
8V，相对误差：
%
50V档：
校验40V的准确度
校验仪显示：
V被校表显示：
40V，相对误差：
%
3、直流电流测量档校验
a.校验方法：
被测表置DCI与校准仪DCI外控串联连接，调节外控盒“粗、中、细”调电位器，按要求测试。
b.注意事项：
（1）万用表串接在电路中。
（2）出现“超载”报警时，检查联结良好后按复位键继续校验。
（3）大电流校验时间不能过长。
（4）相对误差=（测量值-标准值）/标准值Х100%
（5）当│相对误差│>%时，应及时查找原因。
c.测量数据：
档：
校验1mA、2mA的准确度
校验仪显示：
被校表显示：
1mA，相对误差：
%
校验仪显示：
被校表显示：
2mA，相对误差：
%
25mA档：
校验20mA的准确度
校验仪显示：
被校表显示：
20mA，相对误差：
%
250mA档：
校验200mA的准确度
校验仪显示：
被校表显示：
200mA，相对误差：
%
4、电阻测量档校验
a.测量方法：
用标准电阻作为被测对象进行测量，在取下列标称值时，表针偏转应在表头1/2附近。
b.注意事项：
1、先进行欧姆调零，将表棒搭在一起短路，使指针向右偏转转，随即调整“Ω”调零旋钮，使指针恰好指到0。
2、每次换档，都应重新将两根表棒短接，重新调整指针到零位，才能测准。
3、由于“Ω”刻度线左部读数较密，难于看准，所以测量时应选择适当的欧姆档。
使指针在刻度线的中部或右部，这样读数比较清楚准确。
4、Ω表为非线性刻度，相对误差计算不同于前述，此处不作计算。
Х1Ω档：
标称值：
10Ω，实测值：
10Ω；
Х10Ω档：
标称值：
100Ω，实测值：
100Ω；
Х100Ω档：
标称值：
1KΩ，实测值：
Ω；
Х1KΩ档：
标称值：
10KΩ，实测值：
Ω；
Х10KΩ档：
标称值：
100KΩ,实测值：
Ω；
5.在校验中碰到的问题
在校验直流电流测量档时误差超过了规定的范围，可能的原因是100uA测量档没有校正或是R4电阻与270欧姆值相差太大（制作前应仔细检查各器件以防制作过程中遇到各种麻烦）。
用好万用表
应用测试一：
100μà电流表内阻测定：
一．测试内容:
1、按左图连接好电路。
2、测试开关K置“分”，调节电源电压使电流表满度（9V左右）。
3、开关置“合”，调节测试板上电位器，使电流表为50μà。
4、开关置“分”，用自己的万用表测电位器电阻，即本电流表内阻。
5、记录实验结果：
1300Ω
二．测试目的:
1、学习一种间接测量娇嫩器件电阻的方法。
2、通过电流表内阻的测定正确熟练掌握电流表、欧姆表的使用方法。
三．分析与思考:
1、能否用欧姆表测量100μà电流表内阻如何测
能。
只要串联一个电阻R，使流过的电流值小于就可以。
2、总结本测试中易犯错误的地方，应如何避免对正确使用万用表有何启迪
1）使用欧姆档测电阻时忘记调零。
2）容易选错量程；正确估测被测物范围，选择合适量程，无法估读时先从大量程测起。
虽然万用表是“万用”的，但在使用时不仔细不注意一些细节的话，它也是会给使用者惹麻烦的。
注：
对娇嫩器件不能直接测电阻。
应用测试二：
观测电流表内阻不为零、电压表内阻不为无穷大时，对测量结果的影响：
一．测量电压加在100Ω电阻两端的工作电流。
1、用自己刚校验好的电压表准确测量电压。
2、分别用25mA档、250mA档测电路电流。
3、记录实验结果：
二．测量11V电压加在240KΩ与24KΩ串联电路两端，在24KΩ电阻上的分压值。
1、用自己刚校验好的电压表准确测量11V电压。
2、分别用档、10V档测量24KΩ电阻上的分压值。
3、记录实验结果：
三．分析与思考：
1.分别画出上述电流、电压测试的原理图，并计算理论值（考虑万用表内阻）
1、电压加在100Ω电阻两端测工作电流
①用25mA档
I1理=（100+30）A=
②用250mA档
I2理=（100+3）A=
2、11V电压加在240KΩ与24KΩ串联电路两端，测24KΩ电阻上的分压值
①用档
U1理=11-240*11/（240+24*25/49）v=
②用10V档
U1理=11-240*11/（240+24*100/124）v=
2.计算并比较不同档级的误差大小，分析其主要来源。
量程越大，误差越小。
主要是因为量程大了，内阻也大，对电路的影响相对较小
3.综合多种因素考虑，在通常实践测量中，我们应如何选择合适的量程来减小测量误差。
在不影响测量结果的前提下，可尽量使用较大量程来减小测量误差。
应用测试三：
常用器件的测试
1、测电阻：
选好量程，当指针指示于1/3～2/3满量程时测量精度最高，读数最准确。
注意：
用R×10K电阻档测兆欧级的大阻值电阻，不可将手指捏在电阻两端，人体电阻会使测量结果偏小。
2、用R×1KΩ电阻测量档判断小功率二极管的好坏（对于较大功率的二极管，则可用R×100Ω档或R×10Ω档）：
好的二极管应具有单向导电性能，正向导通有电阻，反向∞。
还可用这些测量档来判别二极管的极性，电阻测量时负表笔为内接电池正极，因此，测量二极管导通时与负表笔详解的是二极管正极。
3、测三极管：
1）判断NPN管还是PNP管：
万用表置R×1K或R×100Ω档，用红表笔接三极管的某一管脚（假设基极），再用黑表笔分别接另外两个管脚。
NPN管：
表针偏转的两次都很大
PNP管：
表针偏转的两次都很小
2）判断三极管特性的好坏：
置R×10Ω档测PN结正向导通电阻都在大约200Ω左右；置R×1Ω档测PN结正向导通都在大约30Ω左右，如果读数偏太多，可以断定管子的特性不好。
判断常见塑封三极管三个引脚哪个是b、c、e：
先确定b极：
将黑表笔接于三极管三个脚中的任一脚，红的分别接另外两端，均能导通的是b。
c、e极的判断：
第一种方法：
（对于有测三极管hFE插孔的指针表）
先测出b极，将三极管随意插到插孔中去，测一下hFE值，然后倒测一遍，测得hFE值比较大的一次，各管脚插入的位置是正确的。
第二种方法：
（对无hFE插孔的表，或管子太大不方便插入插孔的）
对NPN管：
先测出b极，将表置于R×1KΩ档，红表笔接假设的e极，黑表笔接假设的c极，同时用手指捏住表笔尖及这个管脚，用舌尖舔一下b极，如果表笔接得正确，表头指针会偏转得比较大。
对PNP管：
将表置于R×1KΩ档，黑表笔接假设的e极，红表笔接假设的c极，同时用手指捏住表笔尖及这个管脚，用舌尖舔一下b极，如果表笔接得正确，表头指针会偏转得比较大。
第三种方法：
（不适用于耐高压的管子）
先判断管子的NPN或PNP类型及b极后，将表置于R×10KΩ档
对NPN管：
黑表笔接e极，红表笔接c极时，表针可能会有一定偏转，反过来侧无偏转。
对PNP管：
黑表笔接c极，红表笔接e极时，表针可能会有一定偏转，反过来侧无偏转。
简单方法：
先用R×1KΩ档找出b极，再用R×10KΩ档反向接于b极与其它任一极之间，电阻为无穷大的是c极，具有一定电阻值的是e极。
4、测电容：
（红表笔接正极，黑表笔接负极）
1.估测微法极电容容量大小：
利用欧姆表内电池及电阻对电解电容充电，观测充电时间，可知C的范围。
当T＞＞RC时，充电基本结束，表现为电阻很大，测得T则有，T=5RC
2.估测皮法极电容容量大小：
要用R×10Ω档，但只能测到1000pF以上的电容。
3.测电容是否漏电：
①对一千微法以上的电容，先用R×10Ω档将其快速充电，并初步估测电容容量，然后改到R×1KΩ档继续测一会儿，若指针不回返而是停在或十分接近∞处，则不漏电；否则有漏电现象。
②对几十微法以下的定时或振荡电容，对其漏电特性要求非常高，只要稍有漏电就不能用，这时可在R×1KΩ档充完电后再改用R×10KΩ档继续测量，同样表针应停在∞处而不应回返。
5.电池电量不足的检测
测量电池接通负载后电池两端的电压，或检测电池对负载输出电流的能力。
简单方法：
利用电流表内阻作负载对电池瞬间放电并观测电流表电流，以检测电池电量的充足程度。
注：
新电池，小内阻电池，充电电池不能直接测量。
课程总结和启发
在上工程教育之前，我对这门课很好奇。
每每问同学这门课到底干嘛的，我总是得到差不多一样的回答，就是做一个万用表。
这样一个模糊地说法就更加引起了我的好奇心。
而在上完课后，我对这门课也有了一些自己的思考。
做万用表关键在一个“做”字，怎样才算把万用表做好了，这才是重点。
老师的要求很明显，在第一节课上说的很清楚。
从后面他的教学方法也可以看出，他要我们理解原理，话不用多说，留给我们很多思考的空间。
我在做万用表的过程中，也发生过很多问题。
而处理问题不能很着急，而是要开动脑筋理清楚头绪。
我在这方面确实得到了锻炼，我本来是个很怕麻烦的人，现在面对麻烦也能静下心来。
因为我的位子是在最后一排，老师一直担心我们会听不到，插好电阻，老师说把电阻两头的线垂直于板，并且将板弄平整会好焊一些。
我正在把线立起来，老师估计看我动作慢，过来帮忙，问我能否听得见，其实还是蛮清楚的，我的视力还不错，黑板也能看清楚。
接下来装拨动开关又遇上了问题，我以为电刷就这样随便装上去就行了，后来欧姆不能正常调零，而调到电压档竟然有示数。
同学跟我说电刷放错了位置，我才明白过来，觉得自己很傻。
后来由于电刷没有很好的接触到板，在校表过程中老是接触不好。
我又拆掉，用手扳过来一点，后来的校表就顺利了。
我在做好了万用表，在校档的时候又出现了问题。
我发现我的表测出来的数据足足有20%的误差，而且就这一档不正常。
我开始分析原因。
mA档的都是与表头直接相连的，那只有可能Ｒ１到Ｒ８出现了问题。
于是我逐个检查阻值，而且我没有把电阻卸下来测。
后来发现Ｒ５与其理论阻值相去甚远，我很得意，以为自己找到了问题所在，就是Ｒ５坏掉了。
我于是找老师另给我一个电阻，还觉得自几很有道理。
而老师没有给我电阻，听了我的分析之后，指出了我的三点错误。
首先我分析就有问题。
对２.５ｍＡ最大的Ｒ４，不应该盲目检查８个电阻。
其次，不把电阻卸下来测，其实是电阻与表头并联的阻值。
最后，我没有把我测出来的数据给老师看，只是自己分析后觉得不对就断定了。
我再次觉得自己很傻。
我还遇到了一个问题。
在校表的时候，我的电压档全不没有示数。
我知道着急也没有用，静下心来慢慢分析。
既然其他都正常，只有电压档不正常，我觉得只有Ｒ１２最可疑。
我把它卸下来，用同学做好的表测了下，竟然没有问题，我就慌了.我一直找不到原因，又厚着脸皮问老师。
我的分析是没错，可是我忘了线业有可能是引起故障的原因。
回去看了看，有根线已经掉出来了。
我原来真的很傻。
也很佩服老师的智慧。
在这门课上真的要很仔细才能少走弯路。
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