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1、万用表的设计万用表的设计 与装调与装调 万用表的设计与装调1 一一. .实验简介实验简介 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。 万用表的设计与装调2 二二. .实验任务实验任务 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
2、等效内阻r0=300 (1)直流电流测量量程分4档 (4)直流电阻测量量程分3档 R1； R10； R100 (5) 直流电流0.75mA档和直流电压5V档共用 万用表的设计与装调3 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% 三三. .实验目的实验目的 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。 四四. .原理及设计过程原理及设计过程 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
3、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。 万用表的设计与装调4 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=500mA,I测量495mA)读数偏小 b.被测表先满偏(如I标准=495mA,I测量500mA)读数偏大
4、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)/500100%= -1.0% b情况： ra=(500-495)/500100%= +1.0% 万用表的设计与装调5 (2)等效内阻的测定 a.K1闭合，K2打开，调整E，R1使表 头指针满偏 b.保持E，R1不变，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 K2R2 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
5、越好 一般取 R1100 R2 +- r0 R1 K2R2 E/R1 I I 万用表的设计与装调6 2.测量电路及参数计算 (1)直流电流测量电路 II0I = 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 R2R3Rn Rp1 Rp2 Rp3 Rpn I2I3 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 万用表的设计与装调7 计算分流总电阻Rpn I
6、0 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+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) +- r0 R1 I1 R2R3Rn Rp1 Rp2 Rp3 Rpn I2I3 In I0 +- 万用表的设计与装调8 (2)直流电压测量电路 UI0r0U = 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 -(Rpnr0 ) I=In=750A Re
7、2= u2 I -(Rpnr0 )-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 Re2Re3 I0 +- u2u3 u I Rpn +- r0 RE +- I0 U +- r0 RE +- I0 U R U2 +- U1 万用表的设计与装调9 (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 万用表的设计与装调10 整流电路电流平均值与有效值的关系： 半波整流 I均
8、=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- (Rpnr0) 已知电压表的灵敏度为1/Ieff Ieff =2.22I U1 Ieff =Re1+RD+(Rpnr0 ) RD:整流二极管的正向电阻值 一般为5001k 实际中用 Re1= Ueff - UD - Ieff(Rpnr0)/Ieff 来计算 UD为管压降，硅管为0.7V，锗管为0.3V 万用表的设计与装调11 (4)直流电阻测量电路 a. 原理简述
9、+- r0 E I0 Rc I Rx ab a,b端短路时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 0 I 标记刻度 I与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 调节Rc使表头满偏 万用表的设计与装调12 RT 2RT 2 1 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= 1/2RT I=2 I0/3 Rx= 2RT I=I0/3 Rx= 4RT I=I0
10、/5 b.零欧姆调节 +- r0 E I0 Rc I Rx abRcRg +- r0 R0 Rc I0 IRpn-R0 E Rx ab Ri Rg Ri= Rg+Rc 万用表的设计与装调13 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0， 但由于刻度规律的非线性，误差较小的范围在RT/1010RT 设计要求 直流电阻测量共3档量程分别为R1;R10;R100 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 R1 RT=15 R10 RT=150 R100 RT=1500 +- r0 R0 Rc I0 IRpn-
11、R0 E Rx abRi Rc2 R100 R10 R1 Rc1 d c I Rg 万用表的设计与装调14 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 - 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 R10档 R1档 RT=Ri=150=Rc21500 解出Rc2 RT=Ri=15=Rc11500 解出Rc1 +- r0 R0 Rc I0 IRpn-R0 E
12、 Rx abRi Rc2 R100 R10 R1 Rc1 d c I Rg 万用表的设计与装调15 3.万用表的校验 满度相对误差计算公式： rm = X Xm100% X=X-A0 A0为真值，即标准表的指示值 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 万用表的设计与装调16 万用表的设计与装调 D1D2 R1R2R3 R4 R5R 6 R7 R8R 9 R10 R11R12 25mA 5mA2.5mA5V15V50V 10V 250V R100R10R1 A B + I0 = 500A r0 = 300 + R0 + - 1.51.2VE I0r0 万用表的设计与装调17