指针式万用表的设计与组装

指针式万用表的设计与组装 1、目的 (1) 了解指针式万用表的结构和工作原理， (2) 掌握常用电子元件的识别，以及判断其好环的方法; (3) 学会指针式万用表的设计，会组装万用表。 (4) 2、要求 (1)根据万用表的工作原理设计和计算万用表的参数; (2)组装一块万用表。 (3)学会识别常用电子元件，以及用万用表判别其好坏。 3、指针式万用表的结构与参数 万用表的组成和工作原理:以MF47型万用表为例介绍其结构与参数 4、指针式万用表的电路工作原理 指针式万用表由磁电式表头、若干分流电阻和分压电阻、干电池、整流元件组成。 下面将四种测量原理电路作简要介绍 (1) 直流电流: 图示为测量电流的原理图:Rg 为微安表的内阻Rs为分流电阻，被测电流I自“+”端流入，分成两个支路即Ig和Is，最后回到“,”端，要测量不同的电流，可以通过改变Rs的阻值来达到。 图1测量直流电流原理图 (2)直流电压。图示为测量电压电路图。它与测量电流的电路相比仅差一个分压电阻Rv 被测电压加在+、,两端，经过Rv的分压后进入电流回路，改变分压电阻的大小，就可以改变测量电压的量程。 图2测直流电压原理图 (3)交流电压。要测量交流，附有整流器。图示电路中D1将正弦交流电压转换为单向脉动电压，单向脉动电压的平均值与交流电压的有效值成正比。所以以微安表头的指示也与交流有效值成正比。量程的选择与测量直流电压一样，可以改变分压电阻Rv的值改变被测电压的大小。 图3测量交流电压原理图 (4)电阻的测量。被测电阻也是连在“+”“,”两端，当电阻接入后，表头中就有电流I通过，如图所示:其值I=U/(Rx+Rr+Rg’) 其中Rx是被测电阻，Rg’是从a,b两端看进去的等效电阻。由上式可见电流I与被测电阻Rx有关。表上即可按此关系将电流值换算为相当于Rx的电阻值刻度。被测电阻越小，即电流越大，因此指示越大。测量前因先将接线两端短路，看偏转是否最大，而指示在零，否则可以调节电阻Rg2进行校正。 图4测量电阻原理图 5、主要参数计算 (1)直流电流电路参数计算。一个电流表，满量程就是它的灵敏度。 例如一个灵敏度为289μA，内阻为1040Ω的表头，这个表头就是一个289μA的电流表，在图1中，Ig=289μA，Rg=1040Ω。为了使头能够测量不同数量级的电流，我们可以用分流的方法来解决。例如:用Ig=289μA，Rg=1040Ω的表头测量电流为1mA的值，就必须并联一个分流电阻，其分流电阻的计算如下:(如图1所示) I=Is+Ig Rg*Ig=Rs*Is 所以Rs=Rg*Ig/Is= Rg*Ig/(I, Ig)，已知Ig=289μA，Rg=1040Ω，，,,m, 代入 -6-6则Rs=Rg*Ig/Is= Rg*Ig/(I, Ig),289*10*1040/[1000-289*10]=423Ω 如果需要数个电流量程，则可采用闭环式分流电路，如图5所示。例如 图5直流电流电路参数计算 Ig=289μA，Rg=1040Ω的表头，量程分别为1mA、50mA、100 mA 、250mA四个量程的电流，由上式计算可知，最小量程时分流最小，分流电阻最大，因此，设Rs=R1+R2+R3+R4=423Ω，则Rs=423Ω。量程为50mA时的分流可按下式计算:，由图5知: 根据式: I=Is+Ig Rg*Ig=Rs*Is 此时 分流电阻为Rs=R1+R2+R3=423-R4， Is=50000-289 Rg’=1040+R4 代入公式:(423-R4)*( 50000-289)=289*(1040+R4) (R1+R2+R3) *( 50000-289) = 289*(1040+423- (R1+R2+R3)) (R1+R2+R3)= 289*(1040+423)/50000=8.46Ω R4=423- R1+R2+R3=423-8.46=415.54Ω 其余类推。根据同样的方法有多个量程可以分别算出相应的分流电阻。请各位计算出其它的电阻。 (2)直流电压电路的参数计算。在万用表中，直流电压档通常把电流档的分流电阻作为表的内阻，并且为不同量程的分压电阻Rs共用，以图6a为例，我们将测量电压的电流从1mA点引入，而且将电路简化为图6b所示。此时，它实际上电压的灵敏度为I=1mA，表头电压降为1*(1040//423)=1*300=300mV的电压表。 测量电压绝大多数都是采用降压的方式来限制通过仪表的电流，多档电压表的基本电路如图6b所示。图中Rg’=300Ω,Ig’=1mA。(例U1=10V，U2=50V) 图6直流电压参数计算 分压电阻值可按下列公式计算 Ru1=U1/Is’,Rs’代入数据后，Ru1=U1/Is’,Rs’=10/1*10-3-300=9700Ω Ru2=(U2-U1)/ Is’,Rs’=40/1*10-3-300=40K 在万用表中，常常用每伏特的电阻值来表示电压灵敏度，即: -3Ω/V=1/Ig’=1/1*10=1000Ω/V (3)交流电压电路参数的计算。万用表测量交流仅限于测量正弦波。由于表头为直流，必须使交流电压整流为直流后方可测量。在万用电表中，采用半导体二极管作为整流元件。图8所示为交流电压测量电路为单向半波整流电路。电流为单向脉动电流，半波单向脉动电流为交流有效值的0.45倍，因此灵敏度为1mA的测量机构，就相当于流过交流有效值的Iv=I/0.45=2.22mA的交流电流。 设U1=10V，U2=250V 则 -3Ru1=U1/Iv=10/1*10-300=4200Ω -3Ru2=(U2-U1)/ Iv,Rs’=240/2.22*10-300=108K 图8测量交流电压原理图 (4) 直流电阻电路参数计算。在图9所示测量电阻电路中，若将1、2两点短路， 这时仪表指示恰好满刻度值。即:Imax=U/(Rg’+Rr) 将1、2两点断开，串入被测电阻 Rx，此时回路中的电流为I=U/(Rg’+Rr+Rx)，若Rx= Rg’+Rr，则回路中的电流I减小到Imax/2，即表头指针恰好指在标尺的中间位置，我们称它为中值电阻，用R来表示。 T 当选定R后便可对标尺进行电阻值刻度。 T 例如:当Rx=0时，指针偏转在满刻度; 当Rx=R时，指针偏转在中心; T 当Rx=2R时，指针偏转在1/3处; T 当Rx=5R时，指针偏转在1/6处; T 当Rx=?时，指针不动。 因此电阻值在标尺的刻度上是自右向左递增的，其刻度分布是不均匀的，右半刻度比较稀疏，左半刻度紧密，欧姆计通常是用干电池作为电源的，干电池用久后两端的电压会下降，这样当Rx=0时指针将在0Ω的左边，为了消除这种测量误差，必须在欧姆计测量电路中加一个调零电阻，如图9所示中的Rs3。若允许干电池的最低电压为1.2V，设计时电源按Umin=1.2V，Rs3的触点移到a点计算，当换用新电池后(Umax=1.6V)可调节Rs3的触点，使Rx=0时指针仍可以在满刻度的位置上。 设电阻中心值R=1200Ω，试计算电阻测量电路中各参数的数值。 T Imin=Umim/R=1.2/1200=1mA (Rs3的触点在a端) T Rr= R,Rs//Rg=1200-1040*423/(1040+423)=900Ω T 根据前面电流表计算中知，Rs=423Ω,Rs1=8.46Ω,Rs2=414.54Ω , 取Rs2’ =100Ω,Rs3=Rs2-Rs2’=414.54-100=314.54Ω。 图9 直流电阻电路 6、MF47万用表的原理图 7、万用表的组装 (1)万用表元件清单 (2)万用表组装图 (3)万用表的组装 1)组装前清点、检查元器件，做好组装前准备工作。 2)熟悉理解万用表原理图和印刷线路板图。 3)按图纸和说明组装万用表(焊接和组装) (4)万用表的调试 调试前必须保证焊接无误，核对元器件安装位置是否正确，焊点无虚焊。 8、思考: (1) 万用表有什么功能, (2) 万用表的红笔与表内干电池的哪一个极相连接, (3) 万用表的交流电流档不用整流元件行吗,为什么, (4) 什么叫指针式万用表的欧姆中心值,如何计算欧姆表各档的电阻值, 例:下图示为欧姆表原理图电路，已知直流电压源Us=1.5V，电阻R1+R3=4K Ω,R2=11 .2KΩ,表头满偏电流为100μA，等效电阻Rg=1KΩ，试求: 1)当Rx=0时，表头中的电流I=, A 2)当Rx=?时，表头中的电流I=, A 3)设欧姆表的中心电阻为R，当Rx=R时，I=, TTA 4)当I=70.5μA时，则Rx =, A 5)当电池电压下降到1.25V时，应调节零点，将欧姆表输出端短路，调R3使 欧姆表头指示为0，即I=100μA，此时R1+R3=, A (5) 为什么指针式万用表直流电流档采用闭路式分流器,如何计算闭路 式分流器各档量程的电阻值, 例如:图示为一多量程电流表电路，表头满刻度电流为200μA，。内阻为490Ω，若量程为10mA、50mA、100mA和500mA，求R1、R2、R3和R4的值。 (6) 什么是电压灵敏度, (7) 为什么万用表电压档采用的共用式附加分压电路,如何计算分压电 阻的阻值, 例:图示为一多量程直流电压表电路，表头的满刻度电流为50μA，R5为一可变电阻器，用来调节使表头部分的等效电阻为2.5KΩ，若电压表的量程分别为2.5V、10V、50V和250V时，求R1、R2、R3和R4之值。 9、 总结报告的主要内容包括设计、计算、组装调试总结、收获和体会。 附: 1、时间安排: 第一天:集中讲授:万用表工作原理。 第二天:学生查找资料:了解电压表、电流表欧姆表的工作原理。 第三天:学生自学并答疑工作原理及参数计算。 第四天:学生自学并答疑参数计算方法并计算相关数据。 第五天:教师检查各位学生的分析情况。 第六天:集中讲授:各元器件的识别及应用方法 第七天:教师指导学生安装万用表。 第八天:教师指导学生安装并调试。 第九天:综合调试，并写实习报告。 第十天:实习答辩，交实习报告。 2、常用电子元器件的识别 1、电阻 常用电阻有多种规格，有合成电阻器，薄膜电阻器、线绕电阻器等，本次实验中，用普通的碳膜电阻，电阻大小可用几种方法指示电阻的大小。 1)、直标法:电阻的大小直接标出主要参数和技术指标。 2)文字符号法。将需要标志的主要参数与技术性能，用文字、数字符号有规律地组合在产品表面上的方法。其规律是:阻值的整数部分写在阻值单位的标志符号前面，例4.7K标志符号为4K7 3)色码法。用不同颜色的带环或点，在产品表面上标志出主要参数的方法。色环电阻是用4,5条色带打印在电阻体上，以表示阻值和允许的偏差。例如: 固定电阻器的色码色环标示识别，主要应用于圆柱型的电阻器上，如:碳膜电阻、氧化膜电阻、精密电阻、耐冲击电阻、保险丝电阻、实芯电阻、实芯电阻、保险丝电阻、绕线电阻、突波电阻。在早期，一般当电阻的表面不足以用数字表示法时，就会用色码色环标示法来表示电阻的阻值，公差，规格。电阻器上的色码色环，主要分成两部分: , 第一部分: 靠近电阻前端的一组是用来表示阻值，两位有效数的电阻值，用前三个色 环来代表其阻值，如:39Ω，39KΩ，39MΩ。三位有效数的电阻值，用前 四个色环来代表其阻值，如:69.8Ω，698Ω，69.8KΩ，一般用于精密电阻 的表示。 , 第二部分: 靠近电阻后端的一条色环用来代表公差精度。 第一部分的每一条色环都是等距，自成一组，易于区分第二部分的色环。带有四个色环的其中第一、二环分别代表两位有效数的阻值;第三环代表倍率;第四环代表误差，带有五个色环比四色环多了一个有效数字。 TOKEN 的第五条色环如为黑色，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。 电 阻 色 环 色 码 识 别 阿首先，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，以上边图为例，前两条色环都为红色，故其对应数字为红2，红2，然后，再读取第三条倍数色环，黑1，所以，我们得到的阻值是22Ω。 如果第三条倍数色环为金色，则将小数点往左移一位。如果第三条倍数色环为银色，则将小数点往左移两位。 二、电容器(多种电容:瓷介电容、云母电容、电解电容等等) 本实验中共用到两种电容 1)云母电容 2)电解电容:容量大，常用于阻容耦合用，有正负极(长腿的为正极，焊接反 了后会爆炸，在焊接时要注意) 三、电位器(可变电阻) 本实验中共用了五个电位器，分别是3个1K，一个2K和1个10K。 2标称值方法:102表示:10*10，即1K 2 202表示:20*10，即2K (,)直流电压。 图示为测量电压的原理图: