萬(wàn)用表電路的設(shè)計(jì)與組裝

萬(wàn)用表電路的設(shè)計(jì)與組裝環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院化工11級(jí)祝銘指導(dǎo)教師：徐朋摘要：萬(wàn)用表是一種多功能、多量程的便攜式電工儀表，一般的萬(wàn)用表可以測(cè)量直流電流、交直流電壓和電阻。本次試驗(yàn)通過(guò)設(shè)計(jì)熟練掌握萬(wàn)用表的組成結(jié)構(gòu)、原理，明確組成萬(wàn)用表的各種電路的優(yōu)缺點(diǎn)，能根據(jù)給定的技術(shù)參數(shù)，主要是表頭靈敏度、內(nèi)阻、波段開關(guān)結(jié)構(gòu)、各檔量程要求等，選擇合適的電路設(shè)計(jì)萬(wàn)用表線路，并檢驗(yàn)電路。關(guān)鍵詞：萬(wàn)用表；設(shè)計(jì)組裝；檢驗(yàn)電路1實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夂?jiǎn)單的萬(wàn)用表的簡(jiǎn)單電路。計(jì)算出所有電阻元件的阻值，并進(jìn)行組裝。對(duì)成功組裝的萬(wàn)用表的性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)原理指針式萬(wàn)用表的簡(jiǎn)易電路及使用方法圖1是簡(jiǎn)易萬(wàn)用表的實(shí)驗(yàn)電路，電流、電阻、電壓等被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)輸入電路和變換電路后，變成微安級(jí)電流，再流經(jīng)表頭，使指針偏轉(zhuǎn)，從而指示出被測(cè)量值。該萬(wàn)用表有四種功能、八個(gè)檔級(jí)。檔級(jí)的轉(zhuǎn)換靠單級(jí)多位開關(guān)中單級(jí)觸點(diǎn)位置的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)。B（-）點(diǎn)，接表頭負(fù)極，是所有測(cè)量檔的公共接點(diǎn)，通常接黑色表筆。A（+）通常接紅色表筆，改變多位開關(guān)中單極的位置，可以選擇所需的測(cè)量功能檔。萬(wàn)用表的幾個(gè)重要參數(shù)準(zhǔn)確度萬(wàn)用表示值與被測(cè)量真值的一致程度稱為萬(wàn)用表的準(zhǔn)確度。它反映了測(cè)量結(jié)果的基本誤差的大小。同一塊萬(wàn)用表，不同功能檔的準(zhǔn)確度也不盡相同。表頭靈敏度萬(wàn)用表所用表頭的滿量程值稱為表頭靈敏度。一般為9.2~200μA。值越小，靈敏度越高，萬(wàn)用表的性能也越好。本實(shí)驗(yàn)取=50μA。表頭內(nèi)阻表頭內(nèi)線圈及上下兩層盤絲的直流電阻之和稱為表頭內(nèi)阻。萬(wàn)用表表頭內(nèi)阻多在幾百到幾千歐之間。一般來(lái)說(shuō)，靈敏度越高，內(nèi)阻越大。但靈敏度相同的表頭，內(nèi)阻也不盡相同。這是因?yàn)?，在制造相同表頭時(shí)，所選用的線圈和盤絲的阻值很難做到完全一致。直流電壓靈敏度直流電壓檔的內(nèi)阻與該檔滿量程電壓的比值稱為直流電壓靈敏度，用表示?？蓪懗?①電壓靈敏度越高，萬(wàn)用表的性能也越好。直流電流檔的內(nèi)阻電流表內(nèi)阻的大小決定于表頭內(nèi)阻及分流電阻的大小。對(duì)同一塊萬(wàn)用表而言，不同檔級(jí)的電流表，其分流電阻不同，所以內(nèi)阻也不相同。電流表的內(nèi)阻越小，質(zhì)量越好。測(cè)電流時(shí)，將電流表串聯(lián)在被測(cè)電路中，對(duì)被測(cè)電路會(huì)造成兩方面的影響：一是它的阻流作用會(huì)改變?cè)娐返墓ぷ鳡顟B(tài)；二是增加了被測(cè)電路的功耗。為了減少這兩方面的影響，內(nèi)阻越小越好。歐姆檔的中值電阻歐姆檔的內(nèi)阻稱為該檔的中值電阻。已知中值電阻的大小可以確定該檔的測(cè)量范圍。若中值電阻為，則該檔的測(cè)量范圍是—4之間。電阻的計(jì)算電流檔的設(shè)計(jì)（計(jì)算和）將直流電流5mA和50mA檔的電路從圖1中分離出來(lái)，如圖2。是50mA檔的分流電阻，和是5mA檔的分流電阻。所有分流電阻與表頭串聯(lián)成一閉合回路。50mA檔的電路中，總電流在和的連接處分成兩路，一路經(jīng)→→→表頭回到B點(diǎn)，電流為，另一路經(jīng)回到B點(diǎn)，電流為（-），因?yàn)檫@兩個(gè)并聯(lián)電路的電壓降相等，所以有：(+++)=（-）又++=-代入上式得(-+)=（-）整理得=(+)②②式說(shuō)明，在閉路式分流電流表中，其電流量程與該量程分流電阻的乘積是一常數(shù)，其值等于表頭靈敏度與閉合回路總電阻之積。根據(jù)這一結(jié)論，5mA量程的分流電阻+也可以求出。直流電壓檔的設(shè)計(jì)（計(jì)算和）直流電壓5V檔和50V檔電路從圖1中分離出來(lái)，如圖3。DB間電壓量程為50V，A’B間電壓量程為5V，而CB間可以看成更小量程的電壓檔，其量程為0.15V。據(jù)此，可分別求出這兩檔的內(nèi)阻。內(nèi)阻求出之后，根據(jù)=+,=++可求出和。電阻檔的設(shè)計(jì)（計(jì)算、、和）將電阻檔“×1K”和“×10”兩檔的電路從圖1中分離出來(lái)，如圖4，其中（a）與（b）都是“×1K”檔，不同的是調(diào)零電阻的工作狀態(tài)不同。（c）是“×10”檔的電路。的作用是測(cè)量前將歐姆表調(diào)至零點(diǎn)。即在測(cè)量前，將“+”“-”表筆短接，使表頭滿偏，以滿足=。是電池電壓，在歐姆表的使用過(guò)程中，會(huì)不斷下降，中值電阻需適時(shí)調(diào)整，才能使表頭隨時(shí)能夠調(diào)零。的變化值在1.2-1.65V之間，的大小也應(yīng)適應(yīng)的這種變化。顯然，當(dāng)=1.2V時(shí)，的觸點(diǎn)應(yīng)移至最右端。如圖4（a）。當(dāng)=1.65V時(shí)，應(yīng)移至最左端，如圖4（b）。在（a）與（b）兩種狀態(tài)下，會(huì)有所變化，給測(cè)量帶來(lái)誤差，但只要足夠大，的影響就可以忽略，中值電阻也可以認(rèn)為是不變的。下面求，要想求首先要求。決定于電池電壓和表頭靈敏度。在圖4（a）中，=1.2V，=2=100，得=12。而中值電阻即是該檔的總內(nèi)阻，所以=++式中=1.5，=1（電池內(nèi)阻可忽略）可求。下面計(jì)算。根據(jù)（+）=，可求。根據(jù)，可求出。根據(jù)，，可求出。交流電壓檔的設(shè)計(jì)（計(jì)算和）交流電壓檔的分壓電阻和的計(jì)算方法，與直流電壓檔的分壓電阻和的計(jì)算方法相仿，分別求出10V交流電和50V交流電檔的內(nèi)阻即可求出分壓電阻和。實(shí)驗(yàn)儀器萬(wàn)用表組裝板；標(biāo)準(zhǔn)電流表；標(biāo)準(zhǔn)電壓表；電阻箱；導(dǎo)線；滑動(dòng)變阻器；學(xué)生萬(wàn)用表實(shí)驗(yàn)步驟1.5.1電流檔的測(cè)試自制萬(wàn)用表按電流檔的設(shè)計(jì)，測(cè)定50mA的電流。取，組裝萬(wàn)用表。串聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)電流表。調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使兩表的指針同向而行，記錄5組數(shù)據(jù)。1.5.2電壓檔的測(cè)試自制萬(wàn)能表按直流電壓電路的設(shè)計(jì)，測(cè)定5V的電壓。取，組裝萬(wàn)能表。并聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)電壓表。調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使兩表的指針同向而行，記錄5組數(shù)據(jù)。結(jié)果與討論原始數(shù)據(jù)5系列數(shù)據(jù)處理2.2.1電流檔的測(cè)試數(shù)據(jù)50mA檔組裝表（量程50/25格）/10.020.030.040.050.0標(biāo)準(zhǔn)表（150/150格）/9.2018.9528.8038.0547.805mA檔組裝表（量程5/25格）/1.12.52.83.44.6標(biāo)準(zhǔn)表（150/150格）/1.002.602.803.204.202.2.2電壓檔的測(cè)試數(shù)據(jù)組裝表（5V/25格）電壓/V1.002.203.004.004.80標(biāo)準(zhǔn)表（15V/150格）電壓/V1.112.303.1054.1154.95誤差分析本次實(shí)驗(yàn)造成誤差的主要原因有以下幾點(diǎn)：理論計(jì)算得出的各元件電阻值并不精確，這將導(dǎo)致測(cè)量時(shí)所得出的結(jié)果與實(shí)際值不符。萬(wàn)用表組裝板上各連接點(diǎn)均有電阻，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的影響不可忽略。表頭本身不可矯正的機(jī)械誤差。其他造成誤差的客觀因素。3結(jié)論這次設(shè)計(jì)性試驗(yàn)讓我獲得了理論與實(shí)際相結(jié)合的經(jīng)驗(yàn)，既有理論知識(shí)的運(yùn)用又等結(jié)合實(shí)際考慮問(wèn)題，提高了解決問(wèn)題的綜合能力。連接萬(wàn)用表電路看似簡(jiǎn)單，實(shí)際操作起來(lái)卻不是那么容易，通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，使我受益匪淺。參考文獻(xiàn)[1]李學(xué)