单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,万用表的设计与装调,万用表的设计与装调,1,一,.,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。,一.实验简介 万用表是一种多用途，多量程的电工,2,二,.,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,I,0,=500,A；表头等效内阻,r,0,=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,R,1,；,R,10,；,R,100,(5)直流电流0.75mA档和直流电压5V档共用,二.实验任务 在规定学时内完成一台指针式万用表的设,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,.,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,.,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。,3.误差要求：电压、电流档误差（相对误差）5%电阻档误差（,4,1.表头参数(满度电流,I,0,等效内阻,r,0,)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,I,0,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,根据误差计算公式：,r,a,=(被测表读数标准表读数)/标准值,100%,a情况：,r,a,=(495,-,500)/500,100%=,-,1.0%,b情况：,r,a,=(500,-,495)/500,100%=+1.0%,1.表头参数(满度电流I0,等效内阻r0)的测定(1)满度电,5,(2)等效内阻的测定,a.K,1,闭合，K,2,打开，调整,E,，,R,1,使表,头指针满偏,b.保持,E,，,R,1,不变，合上K,2,c.调整,R,2,使表头指针位于表盘刻度,中心,I,0,/2 (假设总电流,I,=,I,0,不变),则,R,2,=,r,0,+,-,r,0,R,1,E,K,1,K,2,R,2,I,+,-,r,0,R,1,K,2,R,2,E,/,R,1,I,为保证总电流,I,=,I,0,保持不变(合上K,2,时),需满足一定条件,在,E,，,R,1,恒定时，若保持总电流,I,不因,R,2,支路接入而变化，,R,1,越大,越好 一般取,R,1,100,R,2,(2)等效内阻的测定a.K1闭合，K2打开，调整E，R1使表,6,2.测量电路及参数计算,(1)直流电流测量电路,I,I,0,I,=,I,1,+,I,2,I,0,+,I,2,分流器的形式：开路置换式和闭路抽头式,闭路抽头式,+,-,r,0,R,R,E,+,-,I,1,I,2,I,0,I,+,-,r,0,R,E,+,-,I,0,I,+,-,r,0,R,1,I,1,R,2,R,3,R,n,R,p,1,R,p,2,R,p,3,R,pn,I,2,I,3,I,n,I,0,+,-,I,n,I,1,I,2,I,3,为所需扩大,的电流量程设计值,实验中取,I,n,=1.5,I,0,=750,A,I,n,为最小档一般取值,略大于,I,0,2.测量电路及参数计算(1)直流电流测量电路II0I=,7,计算分流总电阻,R,pn,I,0,r,0,=,R,pn,(,I,n,-,I,0,),R,pn,=,r,0,I,0,I,n,-,I,0,计算各分流电阻,对,I,k,量程有：,I,0,=,I,k,R,pk,R,pn,+,r,0,=,I,n,R,pn,R,pn,+,r,0,K=n,-,1,3,2,1,R,pk,=,I,n,I,k,R,pn,R,1,=,R,p1,R,2,=,R,p2,-,R,p1,R,n,=,R,pn,-,R,p(n-1),+,-,r,0,R,1,I,1,R,2,R,3,R,n,R,p,1,R,p,2,R,p,3,R,p,n,I,2,I,3,I,n,I,0,+,-,计算分流总电阻RpnI0 r0=Rpn(In-I0)Rpn,8,(2)直流电压测量电路,U,I,0,r,0,U,=,U,1,+,U,2,I,0,r,0,+,U,2,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,R,e1,=,u,1,I,-,(,R,pn,r,0,),I,=,I,n,=750,A,R,e2,=,u,2,I,-,(,R,pn,r,0,),-,R,e1,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,+,-,r,0,R,e1,u,1,R,e2,R,e3,I,0,+,-,u,2,u,3,u,I,R,pn,+,-,r,0,R,E,+,-,I,0,U,+,-,r,0,R,E,+,-,I,0,U,R,U,2,+,-,U,1,(2)直流电压测量电路UI0r0U=U1+U2,9,(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,(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,10,整流电路电流平均值与有效值的关系：,半波整流,I,均,=0.45,I,有效,或,I,有效,=2.22,I,均,全波整流,I,均,=0.9,I,有效,或,I,有效,=1.11,I,均,半波整流电路,+,-,r,0,R,e1,U,1,R,e2,D,2,I,0,U,2,I,eff,R,pn,D,1,I,R,e1,=,U,1,I,eff,-,R,D,-,(,R,pn,r,0,),已知电压表的灵敏度为1/,I,eff,I,eff,=2.22,I,U,1,I,eff,=,R,e1,+,R,D,+(,R,pn,r,0,),R,D,:整流二极管的正向电阻值,一般为500,1k,实际中用,R,e1,=,U,eff,-,U,D,-,I,eff,(,R,pn,r,0,),/,I,eff,来计算,U,D,为管压降，硅管为0.7V，锗管为0.3V,整流电路电流平均值与有效值的关系：半波整流 I均=,11,(4)直流电阻测量电路,a.原理简述,+,-,r,0,E,I,0,R,c,I,R,x,a,b,a,b端短路时,I,=,I,0,=,E,R,c,+,r,0,I,=,E,R,x,+(,R,c,+,r,0,),a,b端接电阻,R,x,时,a,b端开路时(,R,x,),I,0,0,0,I,标记刻度,I,与,R,x,是非线性的,欧姆表刻度是不均匀的,R,x,=,R,c,+,r,0,时,I,=,E,R,x,+(,R,c,+,r,0,),=,I,0,2,设,R,T,=,R,c,+,r,0,为中心阻值,调节,R,c,使表头满偏,(4)直流电阻测量电路a.原理简述+-r0EI0RcIRx,12,R,T,2,R,T,2,1,R,T,0,例如以电流为参考，来刻度欧姆表标尺刻度,R,x,=,R,T,=,R,c,+,r,0,I,=,I,0,/,2,R,x,=,1,/,2,R,T,I,=2,I,0,/,3,R,x,=,2,R,T,I,=,I,0,/,3,R,x,=,4,R,T,I,=,I,0,/,5,b.零欧姆调节,+,-,r,0,E,I,0,R,c,I,R,x,a,b,R,c,R,g,+,-,r,0,R,0,R,c,I,0,I,R,pn,-,R,0,E,R,x,a,b,R,i,R,g,R,i,=,R,g,+,R,c,RT2RT21RT0例如以电流为参考，来刻度欧姆表标尺刻度,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,R,T,/1010,R,T,设计要求,直流电阻测量共3档量程分别为,R,1,;,R,10,;,R,100,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,R,T,=15,则,R,1,R,T,=15,R,10,R,T,=150,R,100,R,T,=1500,+,-,r,0,R,0,R,c,I,0,I,R,pn,-,R,0,E,R,x,a,b,R,i,R,c,2,R,100,R,10,R,1,R,c,1,d,c,I,R,g,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,14,确定,R,c,取值,R,T,=1500,=,R,i,I,=,E,R,i,设,R,0,滑动头c点以上部分为,x,I,0,(,r,0,+,x,),=,(,I,-,I,0,)(,R,pn,-,x,),解出,x,R,g,=,(,r,0,+,x,)(,R,pn,-,x,),解出,R,g,R,i,=,R,c,+,R,g,R,c,=,R,i,-,R,g,解出,R,c,分别解出,E,=1.5V和,E,=1.2V 时,R,c,的取值，取算术平均值为本次设计值,R,c,R,10,档,R,1,档,R,T,=,R,i,=150=,R,c,2,1500 解出,R,c,2,R,T,=,R,i,=15=,R,c,1,1500 解出,R,c,1,+,-,r,0,R,0,R,c,I,0,I,R,pn,-,R,0,E,R,x,a,b,R,i,R,c,2,R,100,R,10,R,1,R,c,1,d,c,I,R,g,确定Rc取值RT=1500=RiI=ERi设R0滑动头c,15,3.万用表的校验,满度相对误差计算公式：,r,m,=,X,X,m,100%,X,=,X,-,A,0,A,0,为真值，即标准表的指示值,X,m,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,3.万用表的校验满度相对误差计算公式：rm=XXm10,16,万用表的设计与装调,D,1,D,2,R,1,R,2,R,3,R,4,R,5,R,6,R,7,R,8,R,9,R,10,R,11,R,12,25,mA,5,mA,2.5,mA,5,V,15,V,50,V,10,V,250,V,R,100,R,10,R,1,A,B,+,I,0,=500,A,r,0,=300,+,R,0,+,-,1.5,1.2,V,E,I,0,r,0,万用表的设计与装调D1D2R1R2R3R4R5R6R7R8R,17,