万用表电路的设计与组装

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万用表电路的设计与组装

万用表电路的设计与组装 王亮 大连大学环化学院 化工 101 10412041 指导老师： 徐朋 摘要：

万用表是一种多功能、 多量程的便携式电工仪表， 一般的万用表可以测量直流电流、 交直流电压和电阻。

本次试验通过设计熟练掌握万用表的组成结构、 原理， 明确组成万用表的各种电路的优缺点， 能根据给定的技术参数， 主要是表头灵敏度、 内阻、 波段开关结构、 各档量程要求等，选择合适的电路设计万用表线路， 并检验电路。 关键词：

万用表； 设计组装； 检验电路 1 . 实验部分 1. 1 实验目的 （1） 了解简单的万用表的简单电路. （2） 计算出所有电阻元件的阻值， 并进行组装. （3） 对成功组装的万用表的准确度， 电压灵敏度等性能指标进行测试 1. 2 实验原理 1. 2. 1 指针式万用表的简易电路及使用方法 图 1 是简易万用表的实验电路。 电流， 电阻电压等被测信号经过输入电路和变换电路后， 变成微安级电流，再流经表头， 使指针偏转， 从而指示出被测量值。 该万用表有四种功能、 八个档级。

档级的转换靠单级多位开关中单级触点位置的改变来实现。 B（-） 点，接表头负极， 是所有测量档的公共接 点， 通常

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接黑色表笔。

A（+） 通常接红色表笔， 改变多位开关中单极的位置， 可以选择所需的测量功能档。

1. 2. 2 万用表的几个重要参数 (1) 准确度 万用表示值与被测量真值的一致程度称为万用表的准确度。 它反映了测量结果的基本误差的大小。

同一块万用表， 不同功能档的准确度也不尽相同。

(2) 表头灵敏度 万用表所用表头的满量程值 I g 称为表头灵敏度。

I g 一般为 9. 2 200 A 。

值越小， 灵敏度越高， 万用表的性能也越好。

本次实验取 Ig=50 A (3) 表头内阻 表头内线圈及上下两层盘丝的直流电阻之和称为表头内阻。

万用表表头内阻多在几百到几千欧之间。 一般来说， 灵敏度越高， 内阻越大。 但灵敏度相同的表头， 内阻也不尽相同。

这是因为， 在制造相同表头时， 所选用的线圈和盘丝的阻值很难做到完全一致。

(4) 直流电压灵敏度 直流电压档的内阻 Rv 与该档满量程电压 Um 的比值称为直流电压灵敏度， 用 Sv 表示。

可写成 Sv=Rv/Um ① 电压灵敏度越高， 万用表的性能也越好。

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(5) 直流电流档的内阻 电流表内阻的大小决定于表头内阻及分流电阻的大小。

对同一块万用表而言， 不同档级的电流表， 其分流电阻不同， 所以内阻也不相同。

电流表的内阻越小， 质量越好。

测电流时，将电流表串联在被测电路中， 对被测电路会造成两方面的影响：

一是它的阻流作用会改变原电路的工作状 态； 二是增加了被测电路的功耗。

为了减少这两方面的影响， 内阻越小越好。

(6) 欧姆档的中值电阻 欧姆档的内阻称为该档的中值电阻。 已知中值电阻 Rk 的大小可以确定该档的测量范围。 若中值电阻为 Rk ， 则该档的测量范围是 1/4Rk4 Rk 之间。 1. 3 电阻的计算 （1） 电流档的设计（计算 R1 和 R2 ） 将直流电流 5mA 和 50mA 档的电路从图 1 中分离出来， 如图 4。 R1 是 50mA 档的分流电阻， R1 和 R2 是5mA 档的分流电阻。 所有分流电阻与表头串联成一闭合回路。

50mA 挡的电路中， 总电流 I m 在 R1 和 R2 的连接处分成两路， 一路经 R2 R3 RT 表头 回到 B 点， 电流为 I g ， 另一路经 R1 回到 B 点， 电流为（ I m -I g ） ， 因为这两个并联电路的电压降相等， 所以有 Ig (R2 + R3 + RT + Rm) = (Im - Ig)

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R1 又 R2 + R3 + RT = Rs R1 代入上式得 Ig (Rs - R1 + Rm) = (Im - Ig) R1 经整理得 ImR1 = Ig (Rm + Rs) ② ②式说明， 在闭路式分流电流表中， 其电流量程与该量程分流电阻的乘积是一常数， 其值等于表头灵敏度与闭合回路总电阻之积。

根据这一结论， 5mA 量程的分流电阻 R1+R2 也可以求出。 (2) 直流电压档的设计（计算 R4 和 R5） 直流电压 5V 档和 50V 档电路从 图 1 中分离出来， 如图 5。

DB 间 电压量程为 50V ， A B 间电压 量程为 5V， 而 CB 间可以看成更小量程的电压档，其量程为 0. 15V 。 据此， 可分别求出这两档的内阻。

内阻求出之后， 根据 Rv=R4+R// ， Rv=R4+R5+R//可求出 R4 和 R5。

(3) 电阻档的设计（计算 RT 、 R6 、 R7 和 R3 ） 将电阻档1K 和10 两档的电路从图 1 中分离出来， 如图 6， 其中（a） 与（b） 都是1K 档， 不同的是调零电阻 RT 的工作状态不同。 （c） 是10 档的电路。

RT 的作用是测量前将欧姆表调至零点。

即在测量前， 将+ - 表笔短接， 使表头满偏，以满足 I g= E/Rk 。

E 是电池电压， 在欧姆表的使用过程中， E 会不断下降， 中值电阻 RK 需适时调整，才能使表头随时能够调零。

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E 的变化值在 1. 2 - 1. 65V 之间， RT 的大小也应适应 E 的这种变化。

显然， 当 E =1. 2V 时， RT 的触点应移至最右端。 如图 6（a）。

当 E 1. 65V 时，应移至最左端， 如图 6（b） 。

在（a） 与（b） 两种状态下， RK 会有所变化， 给测量带来误差， 但只要 R6 足够大， RT 的影响就可以忽略， 中值电阻 RK 也可以认为是不变的。

下面求 R6 ， 要想求 R6 首先要求 RK 。 RK 决定于电池电压和表头灵敏度。

在图 6（a） 中， E =1. 2V ， I m =2 I g =100 A ， 得 Rk=12k 而中值电阻 Rk 即是该档的总内阻， 所以 Rk=R6 +R//+ rE 式中 R // 1. 5 K ， rE =1 （电池内阻可忽略） R6 可求 下面计算 RT。 根据 Ig（RT +Rm） =(1. 65/Rk-Ig) (Rs- RT ) ， 可求 RT 根据 Rs=R1+R2+R3+ RT ， 可求出 R3。

根据 Rk =120 ， Rk =[(R6+R//) R7] / (R6+R7+R//) +rE， 可求出 R7 (4) 交流电压档的设计（计算 R8 和 R9 ） 交流电压档的分压电阻 R8 和 R9 的计算方法， 与直流电压档的分压电阻 R4 和 R5 的 计算方法相仿， 分别求出 10 V 交流电和 50 V 交流电档的内阻即可求出分压电阻 R8 和 R9 。

1. 4 实验仪器 万能表组装板； 标准电流表； 标准电压表；

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