萬用表電路的設計與組裝環境與化學工程學院化工11級祝銘指導教師：徐朋摘要：萬用表是一種多功能、多量程的便攜式電工儀表，一般的萬用表可以測量直流電流、交直流電壓和電阻。本次試驗通過設計熟練掌握萬用表的組成結構、原理，明確組成萬用表的各種電路的優缺點，能根據給定的技術參數，主要是表頭靈敏度、內阻、波段開關結構、各檔量程要求等，選擇合適的電路設計萬用表線路，并檢驗電路。關鍵詞：萬用表；設計組裝；檢驗電路1實驗部分實驗目的了解簡單的萬用表的簡單電路。計算出所有電阻元件的阻值，并進行組裝。對成功組裝的萬用表的性能指標進行測試。實驗原理指針式萬用表的簡易電路及使用方法圖1是簡易萬用表的實驗電路，電流、電阻、電壓等被測信號經過輸入電路和變換電路后，變成微安級電流，再流經表頭，使指針偏轉，從而指示出被測量值。該萬用表有四種功能、八個檔級。檔級的轉換靠單級多位開關中單級觸點位置的改變來實現。B（-）點，接表頭負極，是所有測量檔的公共接點，通常接黑色表筆。A（+）通常接紅色表筆，改變多位開關中單極的位置，可以選擇所需的測量功能檔。萬用表的幾個重要參數準確度萬用表示值與被測量真值的一致程度稱為萬用表的準確度。它反映了測量結果的基本誤差的大小。同一塊萬用表，不同功能檔的準確度也不盡相同。表頭靈敏度萬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，萬用表的性能也越好。本實驗取=50μA。表頭內阻表頭內線圈及上下兩層盤絲的直流電阻之和稱為表頭內阻。萬用表表頭內阻多在幾百到幾千歐之間。一般來說，靈敏度越高，內阻越大。但靈敏度相同的表頭，內阻也不盡相同。這是因為，在制造相同表頭時，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阻與該檔滿量程電壓的比值稱為直流電壓靈敏度，用表示。可寫成=①電壓靈敏度越高，萬用表的性能也越好。直流電流檔的內阻電流表內阻的大小決定于表頭內阻及分流電阻的大小。對同一塊萬用表而言，不同檔級的電流表，其分流電阻不同，所以內阻也不相同。電流表的內阻越小，質量越好。測電流時，將電流表串聯在被測電路中，對被測電路會造成兩方面的影響：一是它的阻流作用會改變原電路的工作狀態；二是增加了被測電路的功耗。為了減少這兩方面的影響，內阻越小越好。歐姆檔的中值電阻歐姆檔的內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量范圍。若中值電阻為，則該檔的測量范圍是—4之間。電阻的計算電流檔的設計（計算和）將直流電流5mA和50mA檔的電路從圖1中分離出來，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→→→表頭回到B點，電流為，另一路經回到B點，電流為（-），因為這兩個并聯電路的電壓降相等，所以有：(+++)=（-）又++=-代入上式得(-+)=（-）整理得=(+)②②式說明，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，其值等于表頭靈敏度與閉合回路總電阻之積。根據這一結論，5mA量程的分流電阻+也可以求出。直流電壓檔的設計（計算和）直流電壓5V檔和50V檔電路從圖1中分離出來，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。據此，可分別求出這兩檔的內阻。內阻求出之后，根據=+,=++可求出和。電阻檔的設計（計算、、和）將電阻檔“×1K”和“×10”兩檔的電路從圖1中分離出來，如圖4，其中（a）與（b）都是“×1K”檔，不同的是調零電阻的工作狀態不同。（c）是“×10”檔的電路。的作用是測量前將歐姆表調至零點。即在測量前，將“+”“-”表筆短接，使表頭滿偏，以滿足=。是電池電壓，在歐姆表的使用過程中，會不斷下降，中值電阻需適時調整，才能使表頭隨時能夠調零。的變化值在1.2-1.65V之間，的大小也應適應的這種變化。顯然，當=1.2V時，的觸點應移至最右端。如圖4（a）。當=1.65V時，應移至最左端，如圖4（b）。在（a）與（b）兩種狀態下，會有所變化，給測量帶來誤差，但只要足夠大，的影響就可以忽略，中值電阻也可以認為是不變的。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阻，所以=++式中=1.5，=1（電池內阻可忽略）可求。下面計算。根據（+）=，可求。根據，可求出。根據，，可求出。交流電壓檔的設計（計算和）交流電壓檔的分壓電阻和的計算方法，與直流電壓檔的分壓電阻和的計算方法相仿，分別求出10V交流電和50V交流電檔的內阻即可求出分壓電阻和。實驗儀器萬用表組裝板；標準電流表；標準電壓表；電阻箱；導線；滑動變阻器；學生萬用表實驗步驟1.5.1電流檔的測試自制萬用表按電流檔的設計，測定50mA的電流。取，組裝萬用表。串聯標準電流表。調節滑動變阻器，使兩表的指針同向而行，記錄5組數據。1.5.2電壓檔的測試自制萬能表按直流電壓電路的設計，測定5V的電壓。取，組裝萬能表。并聯標準電壓表。調節滑動變阻器，使兩表的指針同向而行，記錄5組數據。結果與討論原始數據5系列數據處理2.2.1電流檔的測試數據50mA檔組裝表（量程50/25格）/10.020.030.040.050.0標準表（150/150格）/9.2018.9528.8038.0547.805mA檔組裝表（量程5/25格）/1.12.52.83.44.6標準表（150/150格）/1.002.602.803.204.202.2.2電壓檔的測試數據組裝表（5V/25格）電壓/V1.002.203.004.004.80標準表（15V/150格）電壓/V1.112.303.1054.1154.95誤差分析本次實驗造成誤差的主要原因有以下幾點：理論計算得出的各元件電阻值并不精確，這將導致測量時所得出的結果與實際值不符。萬用表組裝板上各連接點均有電阻，對實驗結果造成的影響不可忽略。表頭本身不可矯正的機械誤差。其他造成誤差的客觀因素。3結論這次設計性試驗讓我獲得了理論與實際相結合的經驗，既有理論知識的運用又等結合實際考慮問題，提高了解決問題的綜合能力。連接萬用表電路看似簡單，實際操作起來卻不是那么容易，通過這次實驗，使我受益匪淺。參考文獻[1]李學