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1、实验二万用表的组装与校验（一）实验仪器和器材介绍本实验所用仪器和器材与实验一相同，可参见实验一的介绍。（二）实验指导1 课前预习（1）阅读本指导书中“原理”部分。了解万用表电流、电压及电阻测量电路的原理及 其计算方法。（2）进行万用表线路计算。 万用表总体线路如图n.21所示。试分别画出它的电流测量电路、电压测量电路和欧姆表电路。（3）制定组装万用表及其检验方案。 画出电流表三量程和电压表二量程 在插接式实验板上的复合连线图。 画出欧姆表二量程在插接式实验板上的连线图。注意在画此图时，开关S可不用，因为实验时，r7插上即开关S闭合，r7 拔去即开关S打开。电池E,由稳压电源代 替 制定对组装表
2、的检验方案（方法、实验线路、 操作步骤等）。2.实验目的了解万用表原理及设计、校验方法。3 实验原理所有万用表均由测量机构（表头）、测量电路和转换开关组成。表头用以指示被测量的数 值，测量电路是用来把各种被测量转换到适合表头测量的直流微小电流，转换开关实现对不同测量电路的选择，以适应各种测量的要求。1）测量机构万用表的测量机构均采用高灵敏度磁电式表头。它利用载流线圈在永久磁铁磁场中受力的效应使表头指针产生偏转。指针偏转角度。与流过表头（即线圈）的电流/的关系为SI（2-1）式中S称为表头灵敏度，表示单位电流引起指针偏转的角度。使不同大小的标准电流流过表头，指针将产生不同的偏转角，据此可把表盘“
3、刻度”。由于a与I成正比例，此种刻度是均匀分布的，如图n.2 2所示。表盘最大刻度对应的电流值是使指针产生最大偏转的“满偏电流”，也称为表头的量程。磁电式表头的量程一般从几十微安到数毫安，有多种01.2-2表盘刻度规格。由式(2 1)知，当最大偏转角给定时，满偏电流与灵敏度成反比，所以习惯上也用表 头的量程来表示表头的灵敏度，即量程越小灵敏度越高。2) 测量电路磁电式表头仅仅是一个具有微小量程的磁电式电流表，用它组成万用表时必须配合以各种电路。不论使用万用表做何种测量， 都是利用一定的测量电路使流过表头的电流与被测量 值间建立一定的关系，这样便可根据表头指针的偏转从刻度盘上读出被测的量值。(1
4、) 直流测量电路。图n.23示出万用表通常采用的直流电流测量电路。这种电路是环形分流电路。r1、r2、r3是分流电阻，共有 3个量程：I3I2I1,S为量程开关。假设表头 满偏电流为/。,内阻为rA。图中符号R1=r1+r2+r3 , R2= r2+r3 , R为表头支路的串接电阻，Ra = rA+R。当开关S位于不同位置时，根据分流关系可以得出R1RaIiIo(2-2)Ri 11R2I 2R3I 3 I 0 ( RaRi)(2-3)只要给定Io、RA及I1、12、I3，便可首先据式(2 2)求出R1，再据式(2 3)求出R2和R3，最后可求出各分流电阻值。(2) 直流电压测量电路。图n.2
5、4示出测量直流电压的原理电路，共有3个量程：U3U2U1 ,可用开关转换。测量指示部分不是直接使用磁电式表头，而是用最小量程的 电流测量电路，如图n .24中虚线方框所示，其量程为Iv，等效内阻为 Rr.图中Ri、R2、R3称倍压电阻，其计算公式如下：R1U1/WRe(2-4)R2 U1 U2 /IvLR3 U3 U2 /Iv电压测量中常需估计电压表内阻，而电压表内阻既与电压量程有关，也与表头灵敏度有关。量程一定时表头越灵敏内阻就越高。通常把内阻RV与量程U之比定义为电压表的“欧姆每伏(/V)数”，用以表征电压表的这种特性。“ Q/V ”数即表头满偏电流之倒数 (对于图n .2 4之电路应为1
6、/Iv), “ Q/V ”越大，为使指针偏转同样角度所需的驱动电流越小， 故“ Q/V”也称为电压灵敏度。“Q/V”通常标明于万用表的表盘上，可借以推算不同量程时电压表的内阻。(3) 交流电压测量电路。测量交流电压的原理与测量直流电压基本相同，只是在测量电 路中附加一整流电路，把交流电压变换为“直流”后再加到表头上。图n.25示出万用表测量交流电压的原理电路，图中采用的是半波整流电路，交流电正半周时，电流方向如实线.2所示，负半周时电流方向如虚线所示。万用表中还常用桥式全波整流电路，其原理如图n 6所示。图1 .2-5宣流电压删扯电開Iffl I .2 - 6桥式全腋整枕虹齬IR4限流电阻R4
7、的选择原则是当ER4RxERtIm(2-6)(4) 测电阻电路(欧姆表原理)。欧姆表原理 万用表测电阻是依据欧姆定律的原理，其测量电路如图n.2 7所示。图中cd间为测量指示部分，实际上是直流电流测量电路。设其量程为Im。，等效电阻为 Red；R4是限流电阻；E是万用表内部电池的电压； A和B万用表的两个测量端。设被测电阻接于 A、B间，由图n .27得主回路电流为：ERedRx( 2_5)Rx = 0(A、B间短路)时使电流表指针满偏，此时(2 5)可改写为式中Rt= R4+Red为欧姆表内阻。引用上述关系，式I EImRtRx彳Rx1 Rt(2-7)可见，Rx工0时，llm，且对应每一个只
8、 Rx值，主回路电流就有一确定值，表头指针 也有相应的偏转角。若据式 (2 7)求出一系列对应于不同足的电流，并在表头刻度盘的各电 流刻度上标以相应的欧姆值，就得到了图n.2 8所示的欧姆刻度，这样测量时就可据电流表指针的指示直接读出被测电阻值尺Rx。当Rx= Rt时，主回路电流1 = Im/2,欧姆表指针恰指中央位置，故内阻尺，也称中值 电阻。H I . ? - 7电阻測啸电胃零点调整 欧姆表使用日久，电池端电压将会降低，当Rx = 0时会因1= E/ RTIm使指针不能满偏。仍用它去测量电阻，必将导致较大误差。为解决此问题，欧姆表中均采用“零点调整线路”图n 2 7中，电位器 RP是用来调
9、整零点的。调节电位器RP的滑动触点C的位置,可改变表头支路与 R2支路的电流分配关系。只要设计得当，可保证在E的一定变化范围内， 当Rx= 0时，通过调节RP均可使指针指零。由图n .27可写出该欧姆表的中值电阻为RtR4RedR4RlRae R2RbeR1R2RP(2-8)4实验内容与步骤D . Z - W 懺骑电施#:程电跆Rbc增大，所以Red变化很小,通常选择R4阻值较大而 Ri、R2及Rrp均较小，即ReR4,这样可将Rt的变动限制在较小范围，以保证欧姆表的误差不致过大。多量程欧姆表欧姆表的刻度包含了从 0R的全部电阻数值， 但是当被测电阻阻值很大或者很小时，因读数不易分辨，将导致
10、大的测量误差。事实上，只有在相当于 （1/55）倍中值电阻的阻值范围内，才能 保证一定的测量准确度。就是说，欧姆表 也有改变其“有效量程”之必要。而欧姆 表量程的改变是通过改变其中值电阻来 实现的。图n .2 9示出多量程欧姆表的线路， 通过联动开关（共有两组触点，用虚线连接 表示它们联动）可以变换量程。例如图中所 示开关位于“X I k”位置，此时线路的中 值电阻为10kQ,即表盘中央刻度线 “ 10” （见图n .28）代表阻值应为10X 1k Q。若 开关置X l00位置，可以看出在表头负端 和电池正极间并接了电阻R7,使中值电阻减小至1/10即为1kD。此时表盘中央刻度 所代表的欧姆数
11、也减小10倍，读数应为10X 100n。同样，开关在X 10、X 1位置 时，中值电阻均递减10倍，刻度代表的欧姆数也作相应变化。当开关置X10k位置时，线路串入电阻R8,使中值电阻提高 至100k刻度所代表的欧姆数应是“刻度 X 10k”。要注意的是因内阻加大，为使欧 姆表能正常工作，于测量线路中串入电池E2。1）组装万用表本实验所用元件多数为插件式，按事先画的连线图，将各元件插在实验板上适当位置。先组装电流表和电压表， 待测试完后再组装欧姆表， 并进行欧姆表的测试。2）校验电流表量程按图n .210连接电路，其中标准表用万用表 代替*, R1用电阻箱，起保护作用，根据被校表量程 选取适当的
12、数值，使电源正在 06V变化时，被校 表刚能满偏。实验时注意电源E应由小到大，逐渐升高正值，使被校表达到满偏。然后在被校表量程 范围内，等间隔地选 5个点进行测试。将测试数据记入表n .2 1中。表n .2 1测量数据记录量程被校值标准值:误差(%)3) 校验电压表量程要求被校表与标准表并联后，接于稳压电源输出端。调节电源电压，比较二表的读数。 在量程范围内，等间隔地选5个测试点。数据表如表n.21所示。4) 校验欧姆表组装好欧姆表后，以电阻箱为标准电阻，用所组装的欧姆表测量标准电阻的阻值，检 查组装欧姆表读数是否正确。欧姆表使用前应注意调零。组装欧姆表内部电源用稳压电源， E= 3V。测试R
13、t= 1 k 0值时，电阻箱取值为 200 Q, 500 Q、1k Q、5k Q和10k Q;测试Rt = 10k 0值时，电阻箱取值为 2k 0、5k 0、10k Q 50k 0及100k 0。读数时先在卩A表头上读出 电流值，然后根据电流读数计算出R数值。计算公式如下：(2-9)1RtI0 IRxRt1 (2-10) 式中I0= 200卩A为微安表头满偏值。 用式(2 10)计算出来的Rx值记入表n. 2 2“欧 姆表读数”栏内。表n. 22测量数据记录中值电阻RT电阻箱读数表头电流读数欧姆档读数误差5讨论题(1) 提出保证组装万用表精度的措施。(2) 电流表量程扩大后，原表头内允许通过的最大电流是否发生变化