《万用表理论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《万用表理论（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、万用表的设计 与装调 一 .实验简介 万用表是一种多用途，多量程的电工仪表。 其类型分为数字式和指针式两种。 数字式万用表：读数直观、准确，目前在各行业中应用广泛。 指针式万用表：又称模拟表。 二 .实验任务 在规定学时内完成一台指针式万用表的设计、装配及调试任务，并要求分流器为所有量程共用。 1.给定条件： 2.档位设计要求： 0.75mA； 2.5mA； 5mA； 25mA (2)直流电压测量量程分 3档 5V； 15V； 50V (3)交流电压测量量程分 2档 10V； 250V 表头满偏转电流 I0=500A；表头等效内阻 r0=300 (1)直流电流测量量程分 4档 (4)直流电阻测
2、量量程分 3档 R1； R10； R100 (5) 直流电流 0.75mA档和直流电压 5V档共用 3.误差要求： 电压、电流档误差（相对误差） 5% 电阻档误差（相对误差） 8% 三 .实验目的 1.初步了解电路设计的思路。 2.通过该大型实验，巩固电路理论知识并提高综合 应用和实际动手能力 。 3.能做到正确使用万用表，读懂实际万用表电路， 具备初步的维修能力。 四 .原理及设计过程 表头作用：指示被测量对象的数值。 测量电路作用：把被测值变换为适合表头工作的电压 或电流值。 转换开关作用：改变内部测量电路的连接，实现不同 档位的切换或同一档位不同量程之间的切换。 指针式万用表的组成：一个
3、磁电系微安表头，一些附加分流、分压电阻等组成测量电路，以及一个转换开关。 1.表头参数 (满度电流 I0,等效内阻 r0)的测定 (1)满度电流测定 步骤： 1)测试前 ,将各表机械零点调整准确。 2)根据 I0大小初步估算选择适当的限 流电阻和电源电压，缓慢调节使两 表中有一表先至满偏。 + - + - 被测表 标准表 R E S 两种情况： a.标准表先满偏 (如 I标准 =500A,I测量 495A)读数偏小 b.被测表先满偏 (如 I标准 =495A,I测量 500A)读数偏大 根据误差计算公式： ra=(被测表读数标准表读数 )/标准值 100% a情况： ra=(495-500)/
4、500100%= -1.0% b情况： ra=(500-495)/500100%= +1.0% (2)等效内阻的测定 (半值法 ) a.K1闭合， K2打开，调整 E， R1使表 头指针满偏 I=I0 b.保持 E， R1不变，再合上 K2 c.调整 R2,使表头指针位于表盘刻度 中心 I0/2 (假设总电流 I = I0不变 ) 则 R2=r0 + - r0 R1 E K1 K2 R2 I 为保证总电流 I=I0保持不变 (合上 K2时 ),需满足一定条件 在 E， R1恒定时，若保持总电流 I 不因 R2支路接入而变化， R1越大 越好 一般取 R1100 R2 2.测量电路及参数计算 (
5、1)直流电流测量电路 II0 I = I1 + I2 I0 + I2 分流器的形式：开路置换式和闭路抽头式 闭路抽头式 + - r0 R R E + - I1 I2 I0 I + - r0 R E + - I0 I + - r0 R1 I1 R2 R3 Rn Rp1 Rp2 Rp3 Rpn I2 I3 In I0 + - In I1 I2 I3为所需扩大 的电流量程设计值 实验中取 In=1.5I0=750A In为最小档一般取值 略大于 I0 计算分流总电阻 Rpn I0 r0=Rpn(In-I0) Rpn=r0 I0 In-I0 计算各分流电阻 对 Ik量程有： I0=Ik Rpk Rpn
6、+r0 =In Rpn Rpn+r0 K=n-1,3,2,1 Rpk= In Ik Rpn R1=Rp1 R2=Rp2-Rp1 Rn=Rpn-Rp(n-1) (2)直流电压测量电路 U I0r0 U = U1 + U2 I0r0 + U2 测量电路的形式：单个式倍率器和叠加式倍率器 叠加式倍率器 Re1= u1 I-(Rpn r0 ) I=In=750A Re2= u2 I-(Rpn r0 )-Re1 定义： 1/I为电压表的灵敏度，单位： /V 物理意义：每产生 1V压降所需电阻值 + - r0 Re1 u1 Re2 Re3 I0 + - u2 u3 u I Rpn + - r0 R E +
7、 - I0 U + - r0 R E + - I0 U R U2 + - U1 (3)交流电压测量电路 整流电路：全波整流和半波整流 全波整流 半波整流 + - - + 0 f(t) t 0 f(t) t 0 f(t) t 0 f(t) t 整流结果：形成方向不变 ,大小不断变化的周期性脉动电流 整流电路电流平均值与有效值的关系： 半波整流 I均 =0.45I有效 或 I有效 =2.22I均 全波整流 I均 =0.9I有效 或 I有效 =1.11I均 半波整流电路 + - r0 Re1 U1 Re2 D2 I0 U2 Ieff Rpn D1 I Re1= U1 Ieff - RD- (Rpn
8、r0) 已知电压表的灵敏度为 1/Ieff Ieff =2.22I U1 Ieff =Re1+RD+(Rpn r0 ) RD:整流二极管的正向电阻值 一般为 5001k 实际中用 Re1= Ueff - UD - Ieff(Rpn r0)/Ieff 来计算 UD为管压降，硅管为 0.7V，锗管为 0.3V (4)直流电阻测量电路 a. 原理简述 + - r0 E I0 Rc I Rx a b a,b端短路时 ,调节 Rc使表头满偏 I = I0 = E Rc+r0 I = E Rx+(Rc+r0 ) a,b端接电阻 Rx时 a,b端开路时 (Rx ) I 0 0 I0 0 I 标记刻度 I与
9、Rx是非线性的 欧姆表刻度是不均匀的 Rx= Rc+r0时 I = E Rx+(Rc+r0 ) = I0 2设 RT= Rc+r0为中心阻值（ 同时又是等效内阻 ） RT 0 例如以电流为参考，来刻度欧姆表标尺刻度 Rx= RT= Rc+r0 I= I0/2 Rx= RT /2 I=2 I0/3 Rx= 2RT I=I0/3 Rx= 4RT I=I0/5 b.零欧姆调节 + - r0 E I0 Rc I Rx a b Rc Rg + - r0 R0 Rc I0 I Rpn-R0 E Rx a b Ri Rg Ri= Rg+Rc c.欧姆表量程的扩展 理论上，任何一个欧姆表测量电阻的范围都可以是
10、 0 ， 但由于刻度规律的非线性，误差较小的范围在 RT/1010 RT 设计要求 直流电阻测量共 3档量程分别为 R 1;R 10;R 100 电源电动势 E=1.5V,要求其下降到 1.2V时 ,仍能够短路调 零，正常工作。 在系列值中，取 RT=15 则 R 1 RT=15 R 10 RT=150 R 100 RT=1500 + - r0 R0 Rc I0 I Rpn-R0 E Rx a b Ri Rc2 R 100 R 10 R 1 Rc1 d c I Rg 确定 Rc取值 RT=1500=Ri I = E Ri 设 R0滑动头 c点以上部分为 x I0(r0 + x) = (I -
11、I0)(Rpn- x) 解出 x Rg = (r0 + x) (Rpn- x) 解出 Rg Ri= Rc+Rg Rc= Ri-Rg 解出 Rc 分别解出 E=1.5V和 E=1.2V 时 Rc的取值，取算术平均值为本次设计值 Rc R 10档 R 1档 RT=Ri=150=Rc2 1500 解出 Rc2 RT=Ri=15=Rc1 1500 解出 Rc1 + - r0 R0 Rc I0 I Rpn-R0 E Rx a b Ri Rc2 R 100 R 10 R 1 Rc1 d c I Rg 3.万用表的校验 满度相对误差计算公式： rm = X Xm 100% X=X-A0 A0为真值，即标准表
12、的指示值 Xm为被校表的量程满度值 X为被校表的指示值 直流电流 直流电压 + - + - 被测表 标准表 稳压电源 + - 被测表 电阻箱 + - + - 被测表 标准表 R E S 直流电阻 校验中心阻值 注意事项 1. 实验前写好预习报告，要求有理论参数计算过程，进实验室后检查； 2. 实验过程中要求记录测量数据并计算误差，实验结束后当堂交实验报告； 3. 凡是选课时间跟其他课程有冲突的同学，周二、周三上午 9： 00到下午 3： 30到理学楼 B栋 405调课（要求携带本人课程表）； 4. 回去后上教务处网站选课系统 ，如果选课时间为第八周周二或周四，也 需要找老师重新调整； 5. 要求大家严格按照自己的选课时间到实验室，提前一会，不要迟到。
