1、精選優質文檔-傾情為你奉上萬用表的設計原理F 陳子成 萬用表是一種多量程和測量多種電量的便攜式電子測量儀器。一般的萬用表可以測量電阻、測量交流直流電壓、測量交流直流電流。萬用表結構簡單、便于攜帶，使用方便、用途多樣、量程范圍廣，因此它是維修儀表和調試電路的重要工具，是一種常用的測量儀器。下面先對萬用表的工作原理進行一些介紹。萬用表通常由表頭（指示部分）、測量電路、轉換裝置三部分組成。表頭一般都采用靈敏度高、準確性好的磁電式直流微安表，其重要的參數包括表頭內阻、靈敏度和直線性。測量電路使測量儀器具有不同的多量程功能。轉換裝置主要由轉換開關、接線柱、旋鈕、插孔等組成，用來接通相應的測量電路。一、直

2、流電流測量電路直流電流測量電路實際上是一個多量程的直流電流表。由于表頭通常是由磁電式直流微安表構成，其滿偏電流很小，所以采用分流電阻來擴大量程。一種電路圖如下：測量原理：如圖27-2所示，并聯支路的電壓相等，即解此聯立方程得 (27-1)（27-1）式便是毫安計的測量原理公式。它表明：在如圖27-1所示的毫安計中，如果R按設計值取值，則用微安表測出Ig后便可由該式測定Ix。量程設計公式：如要把圖27-2的毫安計設計成10mA的量程，這就要選定R的值，使得流過毫安計的電流Ix為10mA，此時流過（uA）的電流恰好為（uA）的量程值（100uA），這個選定（計算）R公式稱為量程設計公式，此時應是I

3、x等于毫安計的量程Ixm時的（27-1）式，推導如下：當Ix=Ixm時，（27-1）式變為 即 比值是量程擴大倍數，以n表示，則由上式解得 . (27-2)此式便是量程設計公式。它表明，要把微安表的量程擴大n倍，其分路電阻R應按該式的計算值取值。二、直流電壓測量電路直流電壓測量電路是一個多量程的直流電壓表，它是由轉換開關換接電路中與表頭串聯的不同的附加電阻，來實現不同電壓量程的轉換，其電路圖如下：測量原理：從圖5-5-3得車直流伏特計的測量原理公式. （27-3）量程公式：由（27-3）式可推導出設計公式為 （27-4）此式表明：在給出了伏特計的量程Uxm后，可用此式算出實現該量程所需的Ru值

4、。由圖27-3可看出： （27-5）式中： 為電壓擴大倍數。三、直流電阻測量電路為了測量電阻，直流測量電阻電路內裝有附屬電源，一般由干電池提供，其電路如下所示：當待測電阻Rx接入測試端a和b時，流過電流表的電流為式中：E為干電池電動勢；Rg為電流表內阻；R為限流電阻。 E、Rg、R給定后，Ix僅由Rx決定。當Rx=0時，選擇R數值使電流表滿偏，即 （277）當Rx=Rg+R，Ix=.時，電流表指針指向刻度線的中點，習慣上用R中表示Rg+R，即R中=Rg+R，稱之為歐姆表中值電阻式，于是，（27-7）式可以寫為 （278）由公式（27-6）可以看出Ix和Rx不成線性比例關系，所以歐姆表的刻度是不

5、均勻的。在使用歐姆表時一般用其中間一段刻度（比例R中5R中這段范圍）以減小測量誤差。公式（27-8）是設計歐姆表的基本公式，E一般選用1.5v干電池，根據對R中的要求，由公式（27-8）可求出Ix，由此可選擇合適的電流表做表頭，以及限流電阻R數值。例如，設計一個R中=1500的歐姆表，則Ig=1.5v/1500=1mA，因此可選用量程為1mA的電流表做為歐姆表的表頭。若此表頭內阻Rg=270，則 以上設計的歐姆表要求電源E保持1.5v不變。但實際上干電池電動勢并非恒定，這將給測量帶來很大誤差，因此需要有“零歐姆調整器”，即將測試端a和b短路，通過調節器使電流表指滿刻度。實際歐姆表通常如圖27-

6、5所示，R1和R2是電流表的分流電阻，改變電阻R2（以電位器代之）可用做零歐姆調整器。設計歐姆表時，若Rx=0，可讓回路總電流I略大于電流表滿度時Ig（1mA）。比如選R中=1200，則I=，選擇合適的R1和R2，使得E=1.5V時R1和R2支路的分流I2=0.25mA，因此流過電流表的電流I1=1mA。當E下降，低于設計值時，增大R2使I2減小，以保持I1仍為1mA。同理，若更換新電池，E高于實際值，則可減小R2，使I2增大，仍可保持I1為1mA。這就是R2可用做零歐姆調整器的原理。四、改進，提高萬用表的測量精度指針式萬用表的缺點是不能測量微小電壓和微小電流，同時，表頭內阻不是0或者無窮而容

7、易引起測量電流或者電壓時的誤差，因此，可以通過采用含有運算放大器的電路，改變為測量指示表頭的特性，提高測量精度，實現高精度的直流電流測量和直流電壓測量電路。具有高精度測量表頭由含有運算放大器的電路構成，測量直流電流的電路如下所示：通過不同的電阻、和可以改變直流電流測量量程。當用于測量電流時，利用理想放大器的“虛短”和“虛斷”性質，容易得到：可見測量的直流電流值僅與電阻R1和R4有關，而與微安表的表頭內阻R5無關，提高了測量精度。當電阻R4選用大電阻時，能測量較大的電流，并且由于運算放大器的應用，使電路的輸入電阻高，對被測電路影響小。測量直流電壓的電路示意圖如下圖所示：通過不同的電阻R1、R2和R3可以改變直流電壓測量量程。當用于測量電壓時，利用理想運算放大器的“虛短”和“虛斷”性質，容易得到Ux=可見測量的直流電壓值僅與電阻R4有關，而與微安表的表頭內阻R5無關，提高了測量精度。當電阻R4選用較小電阻時，能測量較小電壓；而且由于運算放大器的應用，使電路的輸入電阻高，對被測電路影響減小。測量電阻的電路示意圖如下所示：其中A、B兩端接在待測電阻Rx兩端。當用于測量電阻時，利用理想運算放大器的“虛短”和“虛斷”性質，設理想運算放大器的正、負輸入端的電壓分別為U+和U-，易得： U+=U-=RxE/(Rx+