万用表设计实验报告 2.docx
《万用表设计实验报告 2.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《万用表设计实验报告 2.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
万用表设计实验报告2
万用表设计实验报告
姓名：
学号：
1110190219
时间：
2013/4/20
指导老师：
徐行建
任务单：
070号
任务单：
070号
一、已知参数：
1．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0.20mA（每人不同）
B．测量机构总阻值（内阻+附加电阻=电阻Rg=3.2KΩ，每人不同）
2．公共参数（每人相同）
A.测量机构的电流灵敏度：
满刻度电流IS=50μA
B．DC．A：
：
2.5级1mA10mA5A
C．DC．V：
：
2.5级2.5V10V250V输入阻抗为：
1/IS
D．AC．V：
5.0级D10V50V250V1000V输入阻抗为；4KΩ/v
整流系数为：
0.441，二极管正向电阻为：
600Ω
交流调节电阻为2K～3K
E．DΩ．：
2.5级×1×10×100（扩展量程×1K）
电阻中心值：
22Ω工作电池：
1.6～1.2V
二、各量程的元件参数设计：
1．DC.A量程的元件参数设计和分电路调试图：
（1）DC.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I1、I2、I3、I引，计算各分流电阻R1、R2、R3、R4。
1）当电流为I引时，
Rs=R1+R2+R3+R4=Ig*Rg/（I引－Ig）
=0.00005*3200/（0.0002-0.00005）=1066.67Ω
2）当电流为I3时，
R1+R2+R3=Ig*（Rg+Rs）/I3=0.00005*（3200+1100）/0.001=213.33Ω
3）当电流为I2时，
R1+R2=Ig*（Rg+Rs）/I2=0.00005*（3200+1100）/0.01=21.33Ω
4）R1=Ig*（Rg+Rs）/I1=0.00005*（3200+1100）/5=0.0427Ω
由2）3）4）可得
R2==21.257Ω
R3=192Ω
5）R4=Rs-（R1+R2+R3）=853.34Ω
（2）DC.A量程的分电路调试图：
2．DC．V量程的元件参数设计和分电路调试图：
（1）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R1
R1=U1/Ig-Rg=2.5/0.00005-3200=46800Ω=46.8kΩ
然后再用一段电路的欧姆定律分别计算R2，R3
R2=（U2-U1）/Ig=（10-2.5）/0.00005=150000Ω=150kΩ
R3=（U3-U2）/Ig=（250-10）/0.00005=4800000Ω=4800kΩ
（2）DC.V量程的分电路调试图：
3．AC.V量程的元件参数设计和分电路调试图：
（1）AC.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=1/Z=1/4000=0.00025A
2）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=0.00010875A
3）计算分流电阻
R=Ig*Rg/（Ik-Ig）=0.00005*3200/（0.00010875-0.00005）=2723.4043Ω
4）可调电阻RP一般由经验取输入阻抗Z的一半
RP=Z/2=2000Ω
5）计算Uo=Ug+URP+UVD1。
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=0.65V。
Uo=Ug+URP+UVD1=Ig*Rg+RP*Ik+UVD1=0.00005*3200+2000*0.00010875+0.65=1.025V
6）参考上图，计算各分压电阻：
R1=（U1-Uo）/I=（10-1.025）/0.00025=35900Ω
R2=（U2-U1）/I=（50-10）/0.00025=160000Ω
R3=（U3-U2）/I=（250-50）/0.00025=800000Ω
R4=（U4-U3）/I=（1000-250）/0.00025=3000000Ω
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
4．Ω量程的元件参数设计和分电路图：
（1）Ω量程的元件参数设计
1.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=1.6V）。
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=1.2V）。
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=1.5V），此时分流电阻为Rb及RP的一部分之和。
2.零支路电阻Rb和RP的计算
各档电阻中心值：
低倍率挡，R×1的电阻中心值RZ1=22Ω
中倍率挡，R×10的电阻中心值RZ2=220Ω
高倍率挡，R×100的电阻中心值RZ3=2200Ω
最高倍率挡，R×1k的电阻中心值RZ4=22kΩ
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=1.6V/2200Ω=727μA，（a点）Imin=1.2V/2200Ω=545μA，（c点）I标＝1.5V/2200Ω=682μA。
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*3200/（0.000545-0.00005）=323.232Ω
2）当RP指在b点时的分流电阻Rb;
Rb=（Rb+RP）*Imin/Imax=323.232*0.000545/0.000727=242.313Ω
3）计算分流电位器RP;
RP=（Rb+RP）-Rb=80.919Ω
3.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）]=1939.923Ω
4.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=22Ω时的并联电阻，考虑电池内阻ro一般为0.9~1.1Ω，从端口看RZ1-ro=RZ3//R。
取ro=1Ω，
则有
R16=（RZ1-ro）*RZ3/[RZ3-（RZ1-ro）]=（22-1）*2200/（2200-（22－1））=21.202386Ω
2）设R2为中心阻值RZ2=220Ω时的并联电阻，同样有
R17=RZ2*RZ3/（RZ3-RZ2）=220*2200/（2200-220）=244.444444Ω
3）设R3为中心阻值RZ2=2200Ω时的并联电阻，则有
R18=RZ3*RZ3/（RZ3-RZ3）=∞
4）设R1k为测量最高倍率档（R×1k）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=22kΩ，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=∞），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
R1k=RZ4-RZ3-REE=22000-2200-1000=18800Ω
式中REE为电源EE的内阻，约为1kΩ。
（2）Ω量程的分电路调试图
3、总线路图
四、校验图及达到的精度等级：
1.DC.A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μA
理论输出电流μA
I1
5
50
50.0
5/3
16.67
50/3≈16.667
10/3
33.33
100/3≈33.333
I2
0.01
50
50.0
0.01/3
16.67
50/3≈16.667
0.02/3
33.33
100/3≈33.333
I3
0.001
50
50.0
0.001/3
16.67
50/3≈16.667
0.002/3
33.33
100/3≈33.333
I引
0.00020
50
50.0
0.00010
33.33
100/3≈33.333
DC.A准确度等级为
±k%=0.03/50*100%=0.06%<2.5%,满足要求。
2.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μA
理论输出电流μA
U1
2.5
50
50.0
2.5/3
16.67
50/3≈16.667
5/3
33.33
100/3≈33.333
U2
10
50
50.0
10/3
16.67
50/3≈16.667
20/3
33.33
100/3≈33.333
U3
250
50
50.0
250/3
16.67
50/3≈16.667
500/3
33.33
100/3≈33.333
DC.V准确度等级为
±k%=0.03/50*100%=0.06%<2.5%,满足要求。
3.AC.V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）
U1/V
电流表示数实验值/μA
理论输出电流μA
绝对误差/μA
最大绝对误差/μA
10
51.32
50.0
1.32
1.79
10/3
14.87
50/3≈16.667
-1.79
20/3
33.09
100/3≈33.333
-0.24
AC.V10V挡准确度为：
±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/μA
理论输出电流μA
绝对误差/μA
最大绝对误差/μA
50
51.75
50.0
1.75
1.75
50/3
16.83
50/3≈16.667
0.16
100/3
34.27
100/3≈33.333
0.94
AC.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/μA
理论输出电流μA
绝对误差/μA
最大绝对误差/μA
250
51.89
50.0
1.89
1.89
250/3
17.21
50/3≈16.667
0.54
500/3
34.52
100/3≈33.333
1.19
AC.V250V挡准确度为：
±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/μA
理论输出电流μA
绝对误差/μA
最大绝对误差/μA
1000
51.90
50.0
1.90
1.90
1000/3
17.26
50/3≈16.667
0.59
2000/3
34.56
100/3≈33.333
1.23
AC.V1000V挡准确度为：
±k%=1.90/50*100%=3.8%<5%，满足要求。
4.Ω校验图和校验精度等级的表格：
1）.1.2V档调零
中心电阻值/Ω
电流表输出电流/μA
22
49.94
220
49.94
2200
49.94
22000
/
2）.1.6V档调零
中心电阻值/Ω
电流表输出电流/μA
22
50.97
220
50.97
2200
50.97
22000
/
4）.22Ω校验：
RX/Ω
电流表示数实验值/μA
理论值/μA
绝对误差/μA
最大绝对误差/μA
22
23.46
25
0.54
1.03
11
32.29
33.33
1.03
66
11.73
12.50
0.8
5.5
39.54
40
0.46
110
7.82
8.33
0.51
仪表准确度为：
±k%=1.03/50*100%=2.06%<2.5%，满足要求。
5）.220Ω校验
RX/Ω
电流表示数实验值/μA
理论值/μA
绝对误差/μA
最大绝对误差/μA
220
24.54
25
0.46
0.8
110
32.69
33.33
0.64
660
12.29
12.50
0.21
55
39.20
40
0.8
1100
8.197
8.33
0.133
仪表准确度为：
±k%=0.8/50*100%=1.6%<2.5%，满足要求。
6）.2200Ω校验：
RX/Ω
电流表示数实验值/μA
理论值/μA
绝对误差/μA
最大绝对误差/μA
2200
24.76
25
0.24
0.57
1100
32.93
33.33
0.4
6600
12.43
12.50
0.07
550
39.43
40
0.57
11000
8.297
8.33
0.033
仪表准确度为：
±k%=0.57/50*100%=1.14%<2.5%，满足要求。
7）.22000Ω校验：
RX/
kΩ
电流表示数实验值/μA
理论值/μA
绝对误差/μA
最大绝对误差/μA
22
24.17
25
0.83
0.93
11
32.55
33.33
0.78
66
11.59
12.50
0.41
5.5
39.85
40
0.15
110
7.40
8.33
0.93
仪表准确度为：
±k%=0.93/50*100%=1.86%<2.5%，满足要求。
五、总图、元件、开关及功能表：
元件或开关
名称
功能
直流电流档
S1
直流电流表选择开关
选定或断开直流电流表档
R1，R2，R3，R4
直流电流表分流电阻
保证各个电流档的内阻
S2，S3，S4
直流电流表调档开关
调节选择直流电流档
直流电压档
S5
直流电压表选择开关
选定或断开直流电压表档
R5，R6，R7
直流电压表分压电阻
保证各个电压档的内阻
S6，S7，S8
直流电压表调档开关
调节选择直流电压档
交流电压档
S9
交流电压表选择开关
选定或断开交流电压表档
RP
可调电阻
调节交流电压表内阻
Rc
分流电阻
分流
C1
滤波电容
防止整流后的脉动波形使表的
指针不停小幅摆动
D1
AC/DC转换器
将交流转换成直流
D2
保护二极管
保护电路
R8，R9，R10，R11
交流电压表分压电阻
保证各个电压档的内阻
S10，S11，S12，S13
交流电压表调档开关
调节选择交流电压档
欧姆档
S14
欧姆表选择开关
选定或断开欧姆表档
Rb
分流电阻
分流
RP2
可调电阻
调节欧姆表内阻
Rd
串联电阻
调节欧姆表内阻
R12,R13
欧姆表分档电阻
保证各个欧姆档的内阻
S15，S16，S17，S18
欧姆表调档开关
调节选择欧姆档
VE
低中高档电压源
提供低中高档表内电压
VE2
最高档电压源
提供最高档表内电压
R0
VE内阻
REE
VE2内阻
R1k
最高倍率档串联电阻
6、备注
感谢徐行建老师的指导，在这次报告的完成过程中给我提供了很多的帮助，也让我学习到了很多东西，让我受益匪浅。
最后，由于水平有限，该报告难免有疏漏之处，还望老师指出，以便我加以改正，诚谢。
感谢下载!
欢迎您的下载，资料仅供参考
升级会员 