三用表的设计报告

三用报告        一、 已知参数：(任务单037号) A．表头满偏电流Ig=40μA B．DC．A：：引入电流0.17mA C. 表头内阻+附加串联电阻为Rg=2.6kΩ D．DC．A：：2.5级  1mA  10mA  5A E．DC．V：：2.5级  2.5V  10V  250V  输入阻抗为： 1 / Ig        F．AC．V ：5.0级D10V  50V  250V  1000V  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2 K～3K H．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.实验原理 万用表又叫多用表、三用表、复用表，是一种多功能、多量程的测量仪表，一般万用表可测量直流电流、直流电压、交流电压、电阻和音频电平等，有的还可以测交流电流、电容量、电感量及半导体的一些参数（如β）。 1．万用表的结构（500型） 万用表由表头、测量电路及转换开关等三个主要部分组成。 （1）表头： 判定表头好坏根据三个量：内阻、灵敏度、直线性三个基本参数. 表头是一只高灵敏度的磁电式直流电流表，万用表的主要性能指标基本上取决于表头的性能。表头的灵敏度是指表头指针满刻度偏转时流过表头的直流电流值，这个值越小，表头的灵敏度愈高。测电压时的内阻越大，其性能就越好。表头上有四条刻度线，它们的功能如下：第一条（从上到下）标有R或Ω，指示的是电阻值，转换开关在欧姆挡时，即读此条刻度线。第二条标有∽和VA，指示的是交、直流电压和直流电流值，当转换开关在交、直流电压或直流电流挡，量程在除交流10V以外的其它位置时，即读此条刻度线。第三条标有10V，指示的是10V的交流电压值，当转换开关在交、直流电压挡，量程在交流10V时，即读此条刻度线。第四条标有dB，指示的是音频电平。 （2）测量线路 测量线路是用来把各种被测量转换到适合表头测量的微小直流电流的电路，它由电阻、半导体元件及电池组成 它能将各种不同的被测量（如电流、电压、电阻等）、不同的量程，经过一系列的处理（如整流、分流、分压等）统一变成一定量限的微小直流电流送入表头进行测量。 （3）转换开关 其作用是用来选择各种不同的测量线路，以满足不同种类和不同量程的测量。转换开关一般有两个，分别标有不同的档位和量程。 2．符号含义 （1）∽ 表示交直流 （2）  V－2.5KV 4000Ω/V 表示对于交流电压及2.5KV的直流电压挡，其灵敏度为4000Ω/V （3）A－V－Ω 表示可测量电流、电压及电阻 （4）45－65－1000Hz 表示使用频率范围为1000 Hz以下，工频范围为45－65Hz （5）2000Ω/V DC 表示直流挡的灵敏度为2000Ω/V 钳表和摇表盘上的符号与上述符号相似（其他因为符号不对不能全部写上『表示磁电系整流式有机械反作用力仪表 『表示三级防外磁场『表示水平放置））） 3．万用表的使用 （1）熟悉表盘上各符号的意义及各个旋钮和选择开关的主要作用。 （2）进行机械调零。 （3）根据被测量的种类及大小，选择转换开关的挡位及量程，找出对应的刻度线。 （4）选择表笔插孔的位置。 （5）测量电压：测量电压（或电流）时要选择好量程，如果用小量程去测量大电压，则会有烧表的危险；如果用大量程去测量小电压，那么指针偏转太小，无法读数。量程的选择应尽量使指针偏转到满刻度的2/3左右。如果事先不清楚被测电压的大小时，应先选择最高量程挡，然后逐渐减小到合适的量程。 a交流电压的测量：将万用表的一个转换开关置于交、直流电压挡，另一个转换开关置于交流电压的合适量程上，万用表两表笔和被测电路或负载并联即可。 b直流电压的测量：将万用表的一个转换开关置于交、直流电压挡，另一个转换开关置于直流电压的合适量程上，且“+”表笔（红表笔）接到高电位处，“-”表笔（黑表笔）接到低电位处，即让电流从“+”表笔流入，从“-”表笔流出。若表笔接反，表头指针会反方向偏转，容易撞弯指针。 （6）测电流：测量直流电流时，将万用表的一个转换开关置于直流电流挡，另一个转换开关置于50uA到500mA的合适量程上，电流的量程选择和读数方法与电压一样。测量时必须先断开电路，然后按照电流从“+”到“-”的方向，将万用表串联到被测电路中，即电流从红表笔流入，从黑表笔流出。如果误将万用表与负载并联，则因表头的内阻很小，会造成短路烧毁仪表。其读数方法如下： 实际值＝指示值×量程/满偏 （7）测电阻：用万用表测量电阻时，应按下列方法*作： a选择合适的倍率挡。万用表欧姆挡的刻度线是不均匀的，所以倍率挡的选择应使指针停留在刻度线较稀的部分为宜，且指针越接近刻度尺的中间，读数越准确。一般情况下，应使指针指在刻度尺的1/3~2/3间。 b欧姆调零。测量电阻之前，应将2个表笔短接，同时调节“欧姆（电气）调零旋钮”，使指针刚好指在欧姆刻度线右边的零位。如果指针不能调到零位，说明电池电压不足或仪表内部有问题。并且每换一次倍率挡，都要再次进行欧姆调零，以保证测量准确。 c读数：表头的读数乘以倍率，就是所测电阻的电阻值。 （8）注意事项 a在测电流、电压时，不能带电换量程 b选择量程时，要先选大的，后选小的，尽量使被测值接近于量程 c测电阻时，不能带电测量。因为测量电阻时，万用表由内部电池供电，如果带电测量则相当于接入一个额外的电源，可能损坏表头。 d用毕，应使转换开关在交流电压最大挡位或空挡上。 三、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: 关键是采用分流器，并联小电阻分流 对于一个内阻为Rg,量限为Ig的微安表头,如果与其并联一只适当的电阻Rs,那么由于Rs的分流作用,可以使总的输入电流大于Ig.通常Rs是由几个电阻组合而成,而且总是被选取为一个较适当的固定不变的阻值,以确保表头内部转动部分始终处于近临界运动状态. 如果要将电流表改装成多量程的电流表,则可以根据下式计算出各量程所对应的分流电阻值. (1)当电流为I引时 Rs=R1+R2+R3+R4=Ig/(I引-Ig)*Rg (2)电流为I3时 R1+R2+R3=Ig/(I3-Ig)*（Rg+R4） (3)当电流为I2时 R1+R2=Ig/（I2-Ig）*(Rg+R3+R4) (4)R1=Ig/I1*(Rg+Rs) (5)R4=Rs-(R1+R2+R3) 已知:I1=5A,I2=10mA,I3=1mA 经计算可得：Rs=800Ω    R1=0.0272Ω  R2=13.5728Ω  R3=122.4Ω  R4=664Ω 所以多量程环形分流式直流电流表电路如图: 2．DC.V量程的元件参数设计和分电路调试图： 串联大电阻分压 上述的微安表在满度偏转时,表头的两端电压为 ,可见一只微安表也可以做为一个量程为V0的电压表.表头与Rs并联时,其等效电阻为Rge=Rg//Rs.而测量端间的电压仍为V0,若想扩大限量，必须再串联电阻Rp, 则可以根据下式计算出各量程所对应的分压电阻值. （1）对于图示的多量程直流电压表电路，先计算R1 R1=U1/Ig-Rg (2)再计算R2 R2=U2/Ig-Rg-R1 (3)再计算R3 R3=U3/Ig- R2- Rg 已知:U1=2.5V,U2=10V,U3=250V. 经计算可得：R1=59.9kΩ  R2=187.5kΩ  R3=6059.9kΩ 所以多量程直流式电压表电路如图: 3．AC.V量程的元件参数设计和分电路调试图： （1）根据给定的交流电压表灵敏度（输入阻抗z）计算出交流引入电流（二极管前）I=1/Z. (2)有交流引入电流I计算出半波整流后的（二极管后）的电流Ik=I*0.435. (3)计算分流电阻R=IgRg/(Ik-Ig). (4)可调电阻RP一般由经验取输入阻抗Z的一半. （5）计算U0=Ug+Urp+Uvd1.式中，Ug是内阻Rg上的电压；Urp是电位器RP上的电压；Uvd1是二极管VD1上的压降,硅管Uvd1=0.65V. （6）参考电路图计算各分压电阻. R1=(U1-U0)/I    R2=(U2-U1)/I      R3=( U3- U2)/I  R4=(U4-U3)/I C为滤波电容，约为5 μF,防止整流后的脉动波形使表的指针不停小幅度摆动,VD2为保护二极管。 已知: U1=10V,U2=50V,U3=250V,U4=1000V. 经计算可得:I=0.00025  R=1512.73Ω  RP=2KΩ  UO=1.254 R1=34984Ω    R2=160KΩ  R3=800KΩ  R4=3MΩ 所以多量程交流电压表电路如图: 4．Ω量程的元件参数设计和分电路图: 1. 调零支路电阻Rb和RP的计算： 各档电阻中心值： RX×1    的电阻中心值RZ1  =  22Ω RX×10  的电阻中心值RZ2  = 220Ω RX×100  的电阻中心值RZ3  = 2200Ω 以电阻测量值最大的一档电阻中心值RZ3计算E不同时的电流，它能满足其它档的要求： 如  RZ3=2200Ω  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 ，表头总内阻为Rg时： A．计算RW 指在a点时的总分流电阻 Rb+RW  ：  Rb+RP =IgRg / （Imin —Ig） B．计算RW 指在b点时的分流电阻Rb ：    Rb =（Rb + RP ）Imin / Imax C．RP  = （ Rb+RP）— Rb 2. 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  决定的。因为电位器RP是变数，设RP在中间为 RP/2 ，接入Rd后，该档的总内阻同样要等于电阻中心值RZ3，因此有：