万用表的设计与组装.doc

万用表的设计与组装一．实验目的：了解万用表的设计原理设计与组装简易万用表了解整流滤波原理校验万用表二．实验要求：1. 分析常用万用表电路，说明各档的功能和设计原理2. 设计组装并校验具有如下四档功能的万用表：（ 1）直流电流档：量程 1.00mA ；（ 2）以自制的 1.00mA 电流表为基础的直流电压档：量程2.50V ；（ 3）以自制的 1.00mA 电流表为基础的交流电压档：量程10.00V；（ 4）以自制的 1.00mA 电流表为基础的电阻档（ *100 ）；电源使用一节1.5V 电池；（ 5）给出将 *100 电阻档改造为 *10 电阻挡的电路（不进行实际组装）；三．实验原理：1.磁电式电流表：在很强的蹄形磁铁的两极间有一个固定的圆柱形铁心，铁心外面套一个可以绕轴转动的铝框， 铝框上绕有线圈， 铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流就是经过这两个弹簧通入线圈的蹄形磁铁和铁心间的磁场是均匀地辐向分布的，不管通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁力线平行，因此磁场使线圈偏转的力偶矩M 1 不随偏角而改变另一方面，线圈的偏转使弹簧扭紧或扭松， 于是弹簧产生一个阻碍线圈偏转的力矩M 2。

线圈偏转的角度越大，弹簧的力矩 M 2 也越大 到 M 1 跟 M 2 平衡时， 线圈就停在某一偏角上，固定在转轴上的指针也转过同样的偏角，指到刻度盘的某一刻度设电流表通电线圈的匝数为N ，则线圈受到的力偶矩M 1=NBIS 由于 NBS 为定值，所以 M 1 跟电流强度 I 成正比设k1=NBS ，则 M 1=k 1I 另一方面，弹簧产生的力矩M 2跟偏角θ成正比，即 M 2 2θ ，其中k2 是一个比例恒量 M 1 和 M 2 平衡时， k1I=k2θ ，即 θ =kI ，=k其中 k=k 1/k2 也是一个恒量可见，测量时指针偏转的角度跟电流强度成正比，这就是说，这种电流计的刻度是均匀的磁电式仪表的优点是刻度均匀，准确度高，灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点是价格较贵， 对过载很敏感，如果通入的电流超过允许值， 就很容易把它烧掉，使用时要特别注意磁电式电流表又叫表头，由于通过电流很小，所以不能测较大的电流而表头自身有一定的内阻， 所以有相当于一个小量程的电压表 当进行较大电流、 较大电压或交流时就需要对表头进行改装2.直流电流档：在表头两端并联一个电阻分流，可以使整个改装电表通过较大的电流，构成直流电流。

此时 IgRg=IR, 并联电阻 R= IgRg ，磁电阻一般比表头的内阻小I3.直流电压档：要增大表头的电压测量量程， 需要穿连一个分压电阻 R，使电表的量程变为 Ig（Rg+R ），此电阻一般比表头的内阻大4.交流电压表：交流电压表的分压原理与直流电压表类似， 但表头不能测量交变电流， 所以需要把交流电变成直流电 由于二级管有单向导电性， 可以用二极管进行整流， 使正弦交流电的负值部分变成正值，这叫做全桥滤波 用二极管消去正弦交流电的负值部分， 只保留正值部分，叫做半桥滤波 半桥滤波有较大的能量损失， 但由于交流电压表的作用仅仅是测量而不是供能，所以采用半桥整流较为简单而在将交流电变为直流电时采用全桥整流由于表头的偏转是由电流产生的力偶矩决定的， 它与电流的平均值有关； 而我们希望测量的是交流电的有效值，因此需要一定的转换设交流电的方程为 u(t ) 2U sin t 2U sin (V ) ，那么经过半桥整流后，在一个sin d周期内的平均值为 U02U 然后在通过与直流电压表类似的方法可因算出2需要串联的电阻如图：5.欧姆表：欧姆表的工作原理是在接入待测电阻后， 构成一个闭合回路， 通过表头显示的电流， 求出待测电阻的阻值，因此改装欧姆表还需要一个直流电源，一般使用干电池。

这样，I ( Rg r R) ，则 R Rg r ，其中 Rg+r 统称欧姆表的内阻I6.可调直流电压：220V 交流电经过变压器降压，然后经过全桥整流后大小仍然是变化的，需要在输出端接入大容量电容进行滤波 由于电容两端的电压不能突变， 在输入电压呈正弦变化时， 电容的充放电使电压的变化趋于平滑最后通过电位器的分压作用可以调节输出的电压值四．实验步骤：1.测量表头的内阻为453.0，它的满偏电流为0.5mA 2.直流电流表：通过计算，理论上并联的电阻大小与表头的内阻相同，为过校准，得到实际并联的电阻值为 453.0 ，与理论计算相同453.0实际组装电路，经该改装电流表的等效内阻为226.5经过校验得到如下数据：满偏电流（ mA ）修 正 值（mA ）100%80%60%40%20%0%1.00300.80130.60840.40440.198600.00300.00130.00840.0044-0.00140校验曲线如下：直流电流表校验曲线1.210.80.60.40.200%20%40%60%80%100%120%-0.23 直流电压表：通过计算，得到应串联电阻的理论值，R=2500。

经过校准，得到226.5 2283.51实际的串联电阻值 2274.7 经过校验得到如下数据：满偏电压（ V）修 正 值（V ）100%80%60%40%20%0%2.50142.00341.52201.00920.499600.00140.00340.02200.0092-0.00040校验曲线如下：直流电压表校验曲线32.52）V 1.5（压1电0.50-0.50%20%40%60%80%100%120%满偏4.交流电压表：交流电压表的量程为有效值10V ，换算成整流后的平均值为102，二极管上4.5V的电压降为0.3V ，则应串联的电阻的理论值为（4.5-0.3）/0.001-226.5=3983.5经过校准得到实际的串联电阻为3950.5 经过校验得到如下数据：满偏100%80%60%40%20%0%电压（ V）10.00118.13486.33024.42672.47870修正值（V ） 0.00110.13480.33020.42670.47870校验曲线如下：交流电压表校验曲线12108）V 6（压 4电20-2 0%20%40%60%80%100%120%满偏5.欧姆表：欧姆表的两表笔短接时，表的示数为满偏；电源电压为 1.5244V ，所以应串联的电阻为1524.4-226.4=1298 。

实际短接之后， 用串联的变阻器进行调零，当欧姆表半偏时，外接电阻为 1488.2 由于所设计的为 *100的电阻为 15 左右得到表的内阻为 1488.2 档的欧姆表，半偏时应标记经过校验得到如下数据：满偏100%80%60%50%40%20%0%电阻（）0390 1000148822586150∞校验曲线如下：欧姆表校验曲线700060005000)Ω 4000（ 3000阻电 2000 10000-1000 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%满偏电阻要将 *100 挡改造成 *10 R6 后，欧姆表的内阻有挡的欧姆表， 则需电表半偏时， 介入的电阻为 1481488 变为 148 ，所以并联的电阻 R6=164，即并联了。