MF47万用表的设计与制作案例.docx
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MF47万用表的设计与制作案例
MF47万用表的设计与制作案例
一、万用表的组成与原理
1、万用表的分类
数字万用表按照量程转换方式来分类，可划分成三种类型：
手动量程，自动量程，自动/手动量程
根据功能、用途及价格的不同，数字万用表大致可分为9大类：
低档数字万用表（亦称普及型数字万用）、中档数字万用表、中/高档数字万用表、数字/模拟混合式仪表，数字/模拟图双显示的仪表、万用示波表（将数字万用表、数字存储示波器等动能集于一身）。
2、万用表结构及工作原理
此次实习使用的是指针是万用表MF47。
Mf47的组成部分：
指针式万用表的型式很多，但基本结构是类似的。
指针式万用表的结构主要由表头、档位转换开关、测量线路板、面板等组成。
表头是万用表的测量显视装置，指针式万用表采用控制显示面板＋表头一体化结构；档位开关用来选择被测电量的种类和量程；测量线路板将不同性质和大小的被测电量转换为表头所能接受的直流电流。
万用表可以测量直流电流、直流电压、交流电压和电阻等多种电量。
当转换开关拨到直流电流档，可分别与5个接触点接通，用于测量500mA、50mA、5mA和500μA、50μA量程的直流电流。
同样，当转换开关拨到欧姆档，可分别测量×1Ω、×10Ω、×100Ω、×1kΩ、×10kΩ量程的电阻；当转换开关拨到直流电压档，可分别测量0.25V、1V、2.5V、10V、50V、250V、500V、1000V量程的直流电压；当转换开关拨到交流电压档，可分别测量10V、50V、250V、500V、1000V量程的交流电压。
测量电路：
把被测的电量转化为适合于表头要求的微小直流电流，由电阻、半导体元件及电池组成。
它通常包括分流电路、分压电路和整流电路。
分流电路将被测大电流通过分流电阻变成表头所需要的微小电流，分压电路将被测得高电压通过分压电阻变换成表头所需的低电压；整流电路将被测的交流，通过整流转变成所需的直流电。
档位选择电路:
万用表的各种测量种类及量程的选择是靠转换装置来实现，转换装置通常由转换开关、接线柱、插孔等组成。
转换开关有固定触点和活动触点，它位于不同位置，接通相应的触点，构成相应的测量电路。
Mf47电路原理框图：
上面所示的原理框图与电路板上给出的实际电路意义对应。
下面来分步说明电路的各部分原理。
2.1电阻档工作原理
MF47万用表电阻档工作原理（见图9），电阻档分为×1Ω、×10Ω、×100Ω、×1kΩ、×10kΩ、5个量程。
例如将档位开关旋钮打到×1Ω时，外接被测电阻通过－COM"端与公共显示部分相连；通过＋"经过0.5A熔断器接到电池，再经过电刷旋钮与R18相连，WH1为电阻档公用调零电位器，最后与公共显示部分形成回路，使表头偏转，测出阻值的大小。
2.2直流电压的测量
万用表的直流电压档，实质上是一个多量程的直流电压表，它应用分压电阻与表头串联来扩大测量电压的量程，根据分压电阻值越大，所得的测量量程越大的原理，通过配以不同的
分压电阻，构成相应的电压测量量程。
2.3交流电流、电压的测量
磁电式仪表本身只能测量直流电流和电压。
测量交流电压和电流时，采用整流电路将输入的交流，变成直流，实现对交流的测量。
其整流电路一般有半波整流和全波整流，其整流元件一般都采用晶体二极管。
万用表测量
的交流电压只能是正弦波。
万用表通常采用的是半波整流测量电路。
2.4直流电流的测量
万用表的直流电流档，实质上是一个多量程的磁电式直流电流表，它应用分流电阻与表头并联以达到扩大测量的电流量程。
根据分流电阻值越小，所得的测量量程越大的原理，配以不同的分流电阻，构成相应的测量量程。
在电路中，各分流电阻彼此串联，然后与表头并联，形成一个闭合环路，当转换开关置于不同位置时，表头所用的分流电阻不同，构成不同量程的档位。
二、安装原理及准备工作
1、整理实习元器件
首先因该是根据产品盒内的说明书指示清点各个原件是否有缺失。
2、电阻识别读数方法
电阻的识别首先要知道电阻的分类，市场上常用的电阻分为四道色环，五道色环两类。
所以识别时候应该分为四道色环，五道色环来进行：
四色环电阻：
第一色环是十位数，第二色环是个位数，第三色环是应乘颜色次幂颜色次，第四色环是误差率。
例子：
棕红红金其阻值为12×10^2=1.2K误差为±5% 误差表示电阻数值，在标准值1200上下波动（5%×1200）都表示此电阻是可以接受的，即在1140-1260之间都是好的电阻。
五色环电阻：
红红黑棕金五色环电阻最后一环为误差，前三环数值乘以第四环的10颜色次幂颜色次，其电阻为220×10^1=2.2K误差为±5%第一色环是百位数，第二色环是十位数，第三色环是个位数，第四色环是应乘颜色次幂颜色次，第五色环是误差率。
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，以下图为例，前两条色环都为红色，故其对应数字为红2、红2，其有效数是22。
再读取第三条倍数色环，黑1。
所以，我们得到的阻值是22x1=22Ω。
如果第三条倍数色环为金色，则将有效数乘以0.1。
如果第三条倍数色环为银色，则乘以0.01。
对于第五环所代表的代表误差。
如果第五条色环为黑色，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。
相关参数值对应如下表：
颜
色
左第
一位
左第
二位
左第
三位
右第
二位
右第一位
（误差）
棕
1
1
1
10e1
F±1%
红
2
2
2
10e2
G±2%
橙
3
3
3
10e3
黄
4
4
4
10e4
绿
5
5
5
10e5
D±0.5%
蓝
6
6
6
10e6
C±0.25%
紫
7
7
7
10e7
B±0.1%
灰
8
8
8
10e8
白
9
9
9
10e9
黑
0
0
0
10e0
金
10e-1
J±5%
银
10e-2
K±10%
图1色环电阻识别参数表
3、焊接工艺及注意事项
焊接基本流程：
清洁处理、加热、给锡。
首次使用电烙铁时，插上电源插头后，电烙铁温度上升的同时，先在烙铁头上涂上少许松香，待加热到焊锡熔点时，再往烙铁头上加焊锡，在使用过程中，由于电烙铁温度很高，达300℃以上，长时间加热会使焊锡熔化挥发，在烙铁头上留下一层污垢，影响焊接，使用时用擦布将烙铁头擦拭干净或在松香里清洗干净，再往烙铁头上加焊锡，保持烙铁头上有一层光亮的焊锡，这样电烙铁才好使用。
3.1焊点的正确形状：
1.正确焊点，焊点就象光滑小山丘；
2.不正确焊点，焊锡多，中间空，虚焊；
3.烙铁不正确焊点，元件线未出头
4.不正确焊点，半焊，振动易脱焊；
5.不正确焊点，撤离时带出一个小尖峰；
6.正确焊点，桃形焊点，烙铁从元件引脚方向离；
7.不正确焊点，象油滴焊点，与焊盘未焊接。
元器件焊接好后，元器件引脚不高出电路板面1mm，应将多余部分的引脚用斜口钳或其它剪切工具剪去，使印刷电路板整洁美观。
实际操作时应该尽量按照上图1，6所示，防止虚焊错焊，这样在众多的焊点焊完之后，才能保证这个电路没有断路的焊点。
3.2烙铁头的保护
为了便于使用，烙铁在每次使用后都要进行维修，将烙铁头上的黑色氧化层锉去，露出铜的本色，在烙铁加热的过程中要注意观察烙铁头表面的颜色变化，随着颜色的变深，烙的温度渐渐升高，这时要及时把焊锡丝点到烙铁头上，焊锡丝在一定温度时熔化，将烙铁头镀锡，保护烙铁头，镀锡后的烙铁头为白色。
3.3烙铁头上多余锡的处理
如果烙铁头上挂有很多的锡，不易焊接，可在烙铁架中带水的海棉上或者在烙铁架的钢丝上抹去多余的锡。
不可在工作台或者其他地方抹去。
3.4元件引脚规范处理
要求将元件的引脚弯曲成规定的形状之后在进行插入到电路板之中。
左手用镊子紧靠电阻的本体，夹紧元件的引脚，使引脚的弯折处，距离元件的本体有两毫米以上的间隙。
左手夹紧镊子，右手食指将引脚弯成直角。
不能用左手捏住元件本体，右手紧贴元件本体进行弯制，如果这样，引脚的根部在弯制过程中容易受力而损坏，元件弯制后的形状，引脚之间的距离，根据线路板孔距而定，引脚修剪后的长度大约为8mm，如果孔距较小，元件较大，应将引脚往回
弯折成形。
电容的引脚可以弯成直角，将电容水平安装，或弯成梯形，将电容垂直安装。
二极管可以水平安装，当孔距很小时应垂直安装，为了将二极管的引脚弯成美观的圆形，应用螺丝刀辅助弯制。
将螺丝刀紧靠二极管引脚的根部，十字交叉，左手捏紧交叉点，右手食指将引脚向下弯，直到两引脚平行。
有的元件安装孔距离较大，应根据线路板上对应的孔距弯曲成形。
3.5练习试焊
在实际操作前应该找一块练习板来实践，可以使平时废弃的电路板，拿来做实验，练习和熟悉基本操作，在练习的时候要注意纠正自己操作上存在的问题。
练习时注意不断总结，把握加热时间、送锡多少，不可在一个点加热时间过长，否则会使线路板的焊盘烫坏。
注意应尽量排列整齐，以便前后对比，改进不足。
焊接时先将电烙铁在线路板上加热，大约两秒钟后，送焊锡丝，观察焊锡量的多少，不能太多，造成堆焊；也不能太少，造成虚焊。
当焊锡熔化，发出光泽时焊接温度最佳，应立即将焊锡丝移开，再将电烙铁移开。
为了再加热中使加热面积最大，要将烙铁头的斜面靠在元件引脚上，烙铁头的顶尖抵在线路板的焊盘上。
焊点高度一般在2毫米左右，直径应与焊盘相一致，引脚应高出焊点大约0.5mm。
三、组装和调试过程
1、焊接前准备
对照电路图，将原件按照图示插入对应的焊孔内。
我在焊接的时候焊接顺序是先焊接电阻，在焊接其他的元件，因为其他的元件个数较少而且形态各异，比较容易辨认。
而电阻一旦焊接错误就会产生连锁反应。
2、元器件的焊接
在焊接前先做好焊接的练习后在进行操作。
焊接完后的元器件，要求排列整齐，高度一致。
为了保证焊接的整齐美观，焊接时应将线路板板架在焊接木架上焊接，两边架空的高度要一致，元件插好后，要调整位置，使它与桌面相接触，保证每个元件焊接高度一致。
焊接时，电阻不能离开线路板太远，也不能紧贴线路板焊接，以免影响电阻的散热。
焊接时不允许用电烙铁运载焊锡丝，因为烙铁头的温度很高，焊锡在高温下会使助焊剂分解挥发，易造成虚焊等焊接缺陷。
3、其他元件安装问题和注意事项
a.在焊接了所有电阻电容，二极管后要先查看是否存在错焊，如无错焊在按照说明以此安装电位器，输入插管，晶体管插座。
b.在焊接晶体管插座的时候要注意按照要先将金属弹片插入孔内然后要将应引脚弹片眼凹槽按压到垂直后，将引脚对准焊盘焊接。
c.安装输入插是要非常仔细，严格的按照说明。
要求输入管柱与电路板垂直，一定不能有倾斜，否则在将其插入到盒子的时候会由于四个角不能对准插空而可能损坏电路板。
d.另外在安装电刷的时候，一定要按照图示，否则在测试的时候可能换挡时不灵敏。
4、焊接操作问题和注意事项
（1）在拿起线路板的时候，最好带上手套或者用两指捏住线路板的边缘。
不要直接用手抓线路板两面有铜箔的部分，防止手汗等污渍腐蚀线路板上的铜箔而导致线路板漏电。
（2）如果在完装完毕后发现高压测量的误差较大，可用酒精将线路板两面清洗干净并用电吹风烘干。
电路板焊接完毕后，用橡皮将三圈导电环上的松香、汗渍等残留物擦干净。
否则易造成接触不良。
（3）焊接时一定要注意电刷轨道上一定不能粘上锡，否则会严重影响电刷的运转。
为了防止电刷轨道粘锡，切忌用烙铁运载焊锡。
由于焊接过程中有时会产生气泡，使焊锡飞溅到电刷轨道上，因此应用一张圆形厚纸垫在线路板上。
（4）如果电刷轨道上粘了锡，应将其绿面朝下，用没有焊锡的烙铁将锡尽量刮除。
但由于线路板上的金属与焊锡的亲和性强，一般不能刮尽，只能用小刀稍微修平整。
（5）在每一个焊点加热的时间不能过长，否则会使焊盘脱开或脱离线路板。
对焊点进行修整时，要让焊点有一定的冷却时间，否则不但会使焊盘脱开或脱离线路板，而且会使元器件温度过高而损坏。
四、数据测试与分析
1、成品展示
2、测量注意事项
在测量前需要对各种档位惊醒调零后才能测试出正确值。
机械调零：
旋动万用表面板上的机械零位调整螺钉，使指针对准刻度盘左端的0"位置。
测量直流电压：
把万用表两表棒插好，红表棒接＋"，黑表棒接－"，把档位开关旋钮打到直流电压档，并选择合适的量程。
当被测电压数值范围不确定时，应先选用较高的量程，把万用表两表棒并接到被测电路上，红表棒接直流电压正极，黑表棒接直流电压负极，不能接反。
根据测出电压值，再逐步选用低量程，最后使读数在满刻度的2/3附近。
交流电测试：
测量交流电压时将档位开关旋钮打到交流电压档，表棒不分正负极，与测量直流电压相似进行读数，其读数为交流电压的有效值。
测量电阻：
插好表棒，打到电阻档，并选择量程。
短接两表棒，旋动电阻调零电位器旋钮，进行电阻档调零，使指针打到电阻刻度右边的0"Ω处，将被测电阻脱离电源，用两表棒接触电阻两端，从表头指针显示的读数乘所选量程的分辩率数即为测得电阻的阻值。
读数方法：
读数时目光应与表面垂直，使表指针与反光铝膜中的指针重合，确保读数的精度。
检测时先选用较高的量程，根据实际情况，调整量程，最后使读数在满刻度的2/3附近。
3、测量数据
实际值
测量值
误差
电阻测量
20kΩ
21.8kΩ
9%
84kΩ
95kΩ
13.9%
800kΩ
900kΩ
12.5%
555Ω
620Ω
11.7%
6.5Ω
7.3Ω
12.3%
141kΩ
155kΩ
9.9%
交流电压
220V
230V
4.5%
直流
电压
9V
8.75V
2.7%
1.5V
1.46V
2.6%
4、测试问题总结
在测试中遇到以下问题：
在首次测试时欧姆档上几部分档位切换后红黑表笔短接后，指针无反应。
解决：
发现在换挡后无反应的时候，稍微用力将调档的旋钮向下方按压，发现指针有了偏转，说明电刷有接触不良，于是打开后盖将电刷的安装调整后
再做测试时发现各个档位都能够正常测试。
测量电阻的时候发现电阻档一切正常但是10k档指针反偏。
解决:
查找原因发现9V的电池极性装翻了，于是将其调整后发现10k档位恢复正常，而且其他档位也都正常。
测试可见对于交流电的测量误差较大，而对于电阻的测量值误差大约在10%左右。
解决：
问题可能是焊接是、时候部分电路的焊点不很标准，有可疑的焊点造成测量误差，故重新焊接疑似问题焊点。
然后反复调试。
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