萬用表的設計與裝調 一 實驗簡介 萬用表是一種多用途 多量程的電工儀表 其類型分為數字式和指針式兩種 數字式萬用表 讀數直觀 準確 目前在各行業中應用廣泛 指針式萬用表 又稱模擬表 二 實驗任務 在規定學時內完成一臺指針式萬用表的設計 裝配及調試任務 并要求分流器為所有量程共用 1 給定條件 2 檔位設計要求 0 75mA 2 5mA 5mA 25mA 2 直流電壓測量量程分3檔 5V 15V 50V 3 交流電壓測量量程分2檔 10V 250V 表頭滿偏轉電流I0 500 A 表頭等效內阻r0 300 1 直流電流測量量程分4檔 4 直流電阻測量量程分3檔 R 1 R 10 R 100 5 直流電流0 75mA檔和直流電壓5V檔共用 3 誤差要求 電壓 電流檔誤差 相對誤差 5 電阻檔誤差 相對誤差 8 三 實驗目的 1 初步了解電路設計的思路 2 通過該大型實驗 鞏固電路理論知識并提高綜合應用和實際動手能力 3 能做到正確使用萬用表 讀懂實際萬用表電路 具備初步的維修能力 四 原理及設計過程 表頭作用 指示被測量對象的數值 測量電路作用 把被測值變換為適合表頭工作的電壓或電流值 轉換開關作用 改變內部測量電路的連接 實現不同檔位的切換或同一檔位不同量程之間的切換 指針式萬用表的組成 一個磁電系微安表頭 一些附加分流 分壓電阻等組成測量電路 以及一個轉換開關 1 表頭參數 滿度電流I0 等效內阻r0 的測定 1 滿度電流測定 步驟 1 測試前 將各表機械零點調整準確 2 根據I0大小初步估算選擇適當的限流電阻和電源電壓 緩慢調節使兩表中有一表先至滿偏 兩種情況 a 標準表先滿偏 如I標準 500 A I測量 495 A 讀數偏小 b 被測表先滿偏 如I標準 495 A I測量 500 A 讀數偏大 根據誤差計算公式 ra 被測表讀數 標準表讀數 標準值 100 a情況 ra 495 500 500 100 1 0 b情況 ra 500 495 500 100 1 0 2 等效內阻的測定 半值法 a K1閉合 K2打開 調整E R1使表頭指針滿偏I I0 b 保持E R1不變 再合上K2 c 調整R2 使表頭指針位于表盤刻度中心I0 2 假設總電流I I0不變 則R2 r0 為保證總電流I I0保持不變 合上K2時 需滿足一定條件 在E R1恒定時 若保持總電流I不因R2支路接入而變化 R1越大越好一般取R1 100R2 2 測量電路及參數計算 1 直流電流測量電路 I I0 I I1 I2 I0 I2 分流器的形式 開路置換式和閉路抽頭式 閉路抽頭式 In I1I2I3為所需擴大的電流量程設計值 實驗中取In 1 5I0 750 A In為最小檔一般取值略大于I0 計算分流總電阻Rpn I0r0 Rpn In I0 計算各分流電阻 對Ik量程有 K n 1 3 2 1 R1 Rp1 R2 Rp2 Rp1 Rn Rpn Rp n 1 2 直流電壓測量電路 U I0r0 U U1 U2 I0r0 U2 測量電路的形式 單個式倍率器和疊加式倍率器 疊加式倍率器 I In 750 A 定義 1 I為電壓表的靈敏度 單位 V物理意義 每產生1V壓降所需電阻值 3 交流電壓測量電路 整流電路 全波整流和半波整流 全波整流 半波整流 整流結果 形成方向不變 大小不斷變化的周期性脈動電流 整流電路電流平均值與有效值的關系 半波整流I均 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 半波整流電路 已知電壓表的靈敏度為1 Ieff RD 整流二極管的正向電阻值一般為500 1k 實際中用Re1 Ueff UD Ieff Rpn r0 Ieff來計算 UD為管壓降 硅管為0 7V 鍺管為0 3V 4 直流電阻測量電路 a 原理簡述 a b端短路時 調節Rc使表頭滿偏 a b端接電阻Rx時 a b端開路時 Rx I 0 標記刻度 I與Rx是非線性的 歐姆表刻度是不均勻的 Rx Rc r0時 設RT Rc r0為中心阻值 同時又是等效內阻 例如以電流為參考 來刻度歐姆表標尺刻度 Rx RT Rc r0I I0 2 Rx RT 2I 2I0 3 Rx 2RTI I0 3 Rx 4RTI I0 5 b 零歐姆調節 Rc Rg Ri Rg Rc c 歐姆表量程的擴展 理論上 任何一個歐姆表測量電阻的范圍都可以是0 但由于刻度規律的非線性 誤差較小的范圍在RT 10 10RT 設計要求 直流電阻測量共3檔量程分別為R 1 R 10 R 100 電源電動勢E 1 5V 要求其下降到1 2V時 仍能夠短路調零 正常工作 在系列值中 取RT 15 則 R 1 RT 15 R 10 RT 150 R 100 RT 1500 確定Rc取值 RT 1500 Ri 設R0滑動頭c點以上部分為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 分別解出E 1 5V和E 1 2V時Rc的取值 取算術平均值為本次設計值Rc R 10 檔 R 1 檔 RT Ri 150 Rc2 1500解出Rc2 RT Ri 15 Rc1 1500解出Rc1 3 萬用表的校驗 滿度相對誤差計算公式 X X A0 A0為真值 即標準表的指示值 Xm為被校表的量程滿度值 X為被校表的指示值 直流電流 直流電壓 直流電阻 校驗中心阻值 注意事項實驗前寫好預習報告 要求有理論參數計算過程 進實驗室后檢查 實驗過程中要求記錄測量數據并計算誤差 實驗結束后當堂交實驗報告 凡是選課時