萬用表的設(shè)計(jì)與組裝畢業(yè)論文

1、萬用表電路的設(shè)計(jì)與組裝指導(dǎo)教師：翟建麗設(shè)計(jì)人：彭文廣學(xué)院： 陜西科技大學(xué)時(shí)間：2012年6月abstract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(cè)量直流電流、交直流電壓和電阻，有些萬用表還可測(cè)量電容、功率、晶體管共射極直流放大系數(shù)hfe等。mf47型萬用表具有26個(gè)基本量程和電平、電容、電感、晶體管直流參數(shù)等7個(gè)附加參考量程，是一種量限多、分檔細(xì)、靈敏度高、體形輕巧、性能穩(wěn)定、過載保護(hù)可靠、讀數(shù)清晰、使用方便的新型萬用表。萬用表是電工必備的儀表之一，每個(gè)電氣工作者都應(yīng)該熟練掌握其工作原理及使用方法。通過本次萬用表的設(shè)計(jì)，要求了解萬用表的工作原理，掌握錫焊技術(shù)的工藝

2、要領(lǐng)及萬用表的使用與調(diào)試方法。關(guān)鍵詞：萬用表，萬用表的原理，電路設(shè)計(jì)，電路圖，萬用表的組成結(jié)構(gòu)take toa multimeter is a multifunctional, multiple range portable electrical instruments, general multimeter can measure dc current, dc voltage and resistance, some multimeter can also measure capacitance, power transistor, common-emitter d-c current am

3、plification coefficient hfe. mf47 multimeter has 26 basic range and level, capacitance, inductance, transistor dc parameter and7 additional reference range, is a kind of limit, grading fine, high sensitivity, light body shape, stable performance, reliable overload protection, clear reading, convenie

4、nt novel multimeter.the multimeter is one of the necessary instrumentation electrician, each of the electrical workers should master the principle and method of use. through this multimeter design, demand to know the multimeter working principle, grasp the soldering technology essentials and the use

5、 of a multimeter and debugging method.key words: multimeter, multimeter principle, circuit design, circuit diagram, multimeter structure目 錄1 概述 2 設(shè)計(jì)目的2.1了解簡單的萬用表的簡單電路.2.2計(jì)算出所有電阻元件的阻值，并進(jìn)行組裝.2.3 對(duì)成功組裝的萬用表的準(zhǔn)確度，電壓靈敏度性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試.3 指針式萬用表的結(jié)構(gòu)、組成與特征 3.1萬用表的結(jié)構(gòu)特征 3.2指針式萬用表的組成 3.3萬用表的結(jié)構(gòu) 3.4指針式萬用表的工作原理4 萬用表的幾個(gè)重要參數(shù)

6、 4.1準(zhǔn)確度 4.2表頭靈敏度 4.3表頭內(nèi)阻 4.4直流電壓靈敏度 4.5直流電流檔的內(nèi)阻 4.6歐姆檔的中值電阻4.7交流電壓靈敏度5 設(shè)計(jì)原理6 電阻的計(jì)算 7 組裝表的測(cè)試與方法 7.1電流檔的測(cè)試7.2電壓檔的測(cè)試：7.3設(shè)計(jì)計(jì)算電阻的阻值7.4組裝萬用表，并檢查各檔的最大誤差8 設(shè)計(jì)結(jié)果的分析與討論9 造成誤差的幾個(gè)主要原因 體會(huì)及感想 參考文獻(xiàn) 致謝概述通過設(shè)計(jì)熟練掌握萬用表的組成結(jié)構(gòu)、原理，明確組成萬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)萬用表線路。提高學(xué)生結(jié)合實(shí)際綜合考慮間題的能力，要求能看懂各

7、種萬用表電路圖，做到觸類旁通，進(jìn)一步提高學(xué)生識(shí)圖、繪圖和計(jì)算電路的能力。設(shè)計(jì)目的2.1了解簡單的萬用表的簡單電路.2.2計(jì)算出所有電阻元件的阻值，并進(jìn)行組裝.2.3 對(duì)成功組裝的萬用表的準(zhǔn)確度，電壓靈敏度等性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試. 指針式萬用表的結(jié)構(gòu)、組成與特征3.1萬用表的結(jié)構(gòu)特征mf47型萬用表采用高靈敏度的磁電系整流式表頭，造型大方，設(shè)計(jì)緊湊，結(jié)構(gòu)牢固，攜帶方便，零部件均選用優(yōu)良材料及工藝處理，具有良好的電氣性能和機(jī)械強(qiáng)度。其特點(diǎn)為：測(cè)量機(jī)構(gòu)采用高靈敏度表頭，性能穩(wěn)定；線路部分保證可靠、耐磨、維修方便；測(cè)量機(jī)構(gòu)采用硅二極管保護(hù)，保證過載時(shí)不損壞表頭，并且線路設(shè)有0.5a保險(xiǎn)絲以防止誤用時(shí)燒壞電

8、路；設(shè)計(jì)上考慮了濕度和頻率補(bǔ)償；低電阻檔選用2干電池，容量大、壽命長；配合高壓按著，可測(cè)量電視機(jī)內(nèi)25kv以下高壓；配有晶體管靜態(tài)直流放大系數(shù)檢測(cè)裝置；表盤標(biāo)度尺刻度線與檔位開關(guān)旋鈕指示盤均為紅、綠、黑三色，分別按交流紅色，晶體管綠色，其余黑色對(duì)應(yīng)制成，共有七條專用刻度線，刻度分開，便于讀數(shù)；配有反光鋁膜，消除視差，提高了讀數(shù)精度。除交直流2500v和直流5a分別有單獨(dú)的插座外，其余只須轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)選擇開關(guān)，使用方便；裝有提把，不僅便于攜帶，而且可在必要時(shí)作傾斜支撐，便于讀數(shù)。3.2指針式萬用表的組成：指針式萬用表的型式很多，但基本結(jié)構(gòu)是類似的。指針式萬用表的結(jié)構(gòu)主要由表頭、檔位轉(zhuǎn)換開關(guān)、測(cè)量線路

9、板、面板等組成（見圖3）。表頭是萬用表的測(cè)量顯視裝置，南京電子儀表廠提供的指針式萬用表采用控制顯示面板表頭一體化結(jié)構(gòu)；檔位開關(guān)用來選擇被測(cè)電量的種類和量程；測(cè)量線路板將不同性質(zhì)和大小的被測(cè)電量轉(zhuǎn)換為表頭所能接受的直流電流。萬用表可以測(cè)量直流電流、直流電壓、交流電壓和電阻等多種電量。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到直流電流檔，可分別與5個(gè)接觸點(diǎn)接通，用于測(cè)量500ma、50ma、5ma和500a、50a量程的直流電流。同樣，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到歐姆檔，可分別測(cè)量1、10、100、1k、10k量程的電阻；當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到直流電壓檔，可分別測(cè)量0.25v、1v、2.5v、10v、50v、250v、500v、1000v量程的直

10、流電壓；當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到交流電壓檔，可分別測(cè)量10v、50v、250v、500v、1000v量程的交流電壓。注意請(qǐng)學(xué)生對(duì)照幻燈片認(rèn)識(shí)每一個(gè)部分，將萬用表的盒子打開散件放在后蓋中，電阻等元器件放在塑料袋中，不能丟失。對(duì)照幻燈片可以看到控制顯示面板由上部的顯示表頭和下部的控制開關(guān)面板組成。注意表頭不能跌壞或者拿在手里晃動(dòng)。檔位開關(guān)由安裝在正面的檔位開關(guān)旋鈕和安裝在反面的電刷旋鈕組成。測(cè)量線路板有黃綠兩面，綠面用于焊接，黃面用于安裝元件。 3.3萬用表的結(jié)構(gòu)萬用表由機(jī)械部分、顯示部分、與電器部分三大部分組成，機(jī)械部分包括：外殼、檔位開關(guān)旋鈕及電刷等部分組成，顯示部分是表頭，電器部分由測(cè)量線路板，電位器

11、，電阻，二極管，電容等部分組成（見圖4）。 3.4指針式萬用表的工作原理1指針式萬用表最基本的的工作原理指針式萬用表最基本的的工作原理（見圖5）。它由表頭、電阻測(cè)量檔、電流測(cè)量檔、直流電壓測(cè)量檔和交流電壓測(cè)量檔幾個(gè)部分組成，圖中“”為黑表棒插孔，“”為紅表棒插孔。測(cè)電壓和電流時(shí)，外部有電流通入表頭，因此不須內(nèi)接電池。當(dāng)我們把檔位開關(guān)旋鈕sa打到交流電壓檔時(shí)，通過二極管vd整流，電阻r3限流，由表頭顯示出來；當(dāng)打到直流電壓檔時(shí)不須二極管整流，僅須電阻r2限流，表頭即可顯示；打到直流電檔檔時(shí)既不須二極管整流，也不須電阻r2限流，表頭即可顯示；測(cè)電阻時(shí)將轉(zhuǎn)換開關(guān)sa撥到“”檔，這時(shí)外部沒有電流通入，

12、因此必須使用內(nèi)部電池作為電源，設(shè)外接的被測(cè)電阻為 rx，表內(nèi)的總電阻為r，形成的電流為i，由 rx、電池e、可調(diào)電位器rp、固定電阻 r1和表頭部分組成閉合電路，形成的電流i使表頭的指針偏轉(zhuǎn)。紅表棒與電池的負(fù)極相連，通過電池的正極與電位器 rp及固定電阻r1相連，經(jīng)過表頭接到黑表棒與被測(cè)電阻 rx形成回路產(chǎn)生電流使表頭顯示?；芈分械碾娏鳛椋篿e rx+r從上式可知： i和被測(cè)電阻rx不成線性關(guān)系，所以表盤上電阻標(biāo)度尺的刻度是不均勻的。當(dāng)電阻越小時(shí)，回路中的電流越大，指針的擺動(dòng)越大，因此電阻檔的標(biāo)度尺刻度是反向分度。當(dāng)萬用表紅黑兩表棒直接連接時(shí)，相當(dāng)于外接電阻最小rx=0，那么：ie rx+re

13、 r此時(shí)通過表頭的電流最大，表頭擺動(dòng)最大，因此指針指向滿刻度處，向右偏轉(zhuǎn)最大，顯示阻值為0。請(qǐng)看電阻檔的零位是在左邊還是在右邊，其余檔的零位與它一致嗎？反之，當(dāng)萬用表紅黑兩表棒開路時(shí)rx， r可以忽略不計(jì)，那么：ie rx+re rx0此時(shí)通過表頭的電流最小，因此指針指向0刻度處，顯示阻值為。 2.mf47型萬用表的工作原理請(qǐng)看今天要安裝的mf47型萬用表的原理圖：測(cè)量線路板線路板： 它的顯示表頭是一個(gè)直流a表，wh2是電位器用于調(diào)節(jié)表頭回路中的電流大小，d3、d4兩個(gè)二極管反向并聯(lián)并與電容并聯(lián)，用于保護(hù)限制表頭兩端的電壓起保護(hù)表頭的作用，使表頭不至電壓、電流過大而燒壞。電阻檔分為 1、10、

14、100、1k、10k、幾個(gè)量程，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)打到某一個(gè)量程時(shí)，與某一個(gè)電阻形成回路，使表頭偏轉(zhuǎn)，測(cè)出阻值的大小。它由5個(gè)部分組成：公共顯示部分；直流電流部分；直流電壓部分；交流電壓部分和電阻部分。萬用表的幾個(gè)重要參數(shù)4.1 準(zhǔn)確度萬用表示值與被測(cè)量真值的一致程度稱為萬用表的準(zhǔn)確度。它反映了測(cè)量結(jié)果的基本誤差的大小。同一塊萬用表，不同功能檔的準(zhǔn)確度也不盡相同。4.2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。值越小，靈敏度越高，萬用表的性能也越好。4.3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。萬用表表頭內(nèi)阻多在幾百到幾千歐之間。一般來說，靈敏度越高，內(nèi)阻越大。但靈

15、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。4.4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，表示。電壓靈敏度單位是或，簡稱每伏歐姆數(shù)。電壓靈敏度越高， 萬用表的性能也越好。4.5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。

16、4.6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。4.7交流電壓靈敏度交流電壓檔內(nèi)阻與該檔量程之比稱為交流電壓靈敏度單位是。對(duì)同一塊萬用表來說交流電壓各檔的電壓靈敏度的量值是相同的。只要已知,則任何測(cè)量檔的內(nèi)阻都可以求出。設(shè)計(jì)原理5.1將一個(gè)表頭改裝成為一只電流表，其實(shí)就是將表頭與一個(gè)阻值較小的定值電阻r并聯(lián)（如下圖）以達(dá)到分流的目的，設(shè)改裝后的電流表的量程為。5.2將一個(gè)表頭改裝成為一只電壓表，其實(shí)就是將表頭與一個(gè)阻值較大的定值電阻r串聯(lián)（如下圖）以達(dá)到分壓的目的，設(shè)改裝后的電流表的量程為5.3較之電流、電

17、壓檔，電阻檔的設(shè)計(jì)比較特殊，其原理圖如下可見，當(dāng)增大時(shí)，指針偏轉(zhuǎn)減小，當(dāng)時(shí)，指針不偏轉(zhuǎn)，即電阻檔的刻度是反向的，并且是非線性關(guān)系，當(dāng)被測(cè)電阻很大時(shí)，刻度會(huì)變得很“密”，使得相對(duì)誤差變得很大，當(dāng)被測(cè)電阻特別大時(shí)，測(cè)量數(shù)據(jù)甚至沒有意義。因此，為了增加測(cè)量范圍，歐姆表通常分為許多檔級(jí)，每兩相鄰檔級(jí)的中值電阻是倍的關(guān)系。如果中值電阻的大小已知，則測(cè)量范圍即已確定，如中值電阻為，則測(cè)量范圍是。這就要求我們測(cè)量電阻時(shí)要選擇正確的檔位，以減小誤差。電阻的計(jì)算6.1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，如圖4。是50ma檔的分流電阻，是5ma檔的分流電阻。所有分流電阻與表頭

18、串聯(lián)成一閉合回路。50ma擋的電路中，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 經(jīng)整理得 （4）（4）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(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。6.2直流電壓檔的設(shè)計(jì)（計(jì)算和）直流電壓6v檔和60v 檔電路從圖1中分離出來，如圖5。間電壓量程為60v ， 間電壓量程為6v，而間可以看成更小量程的電壓檔，其量程為0.15v 。它的電壓靈敏度。據(jù)此，可分別求出這兩檔的內(nèi)阻。內(nèi)阻求出之后，

19、可求出和分別為：= =6.3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，如圖6，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，在歐姆表的使用過程中，e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)時(shí)，的觸點(diǎn)應(yīng)移至最右端。如圖6（a）。當(dāng)時(shí)，應(yīng)移至最左端，如圖6（b）。在（a）與（b）兩種狀態(tài)下，會(huì)有所變化，給測(cè)量帶來誤差，但只要足夠

20、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 。由（6）式，決定于電池電壓和表頭靈敏度。在圖6（a）中，等效表頭靈敏度由（3）式給出：，代入（6）式得而中值電阻即是該檔的總內(nèi)阻，所以式中，（電池內(nèi)阻可忽略），=下面計(jì)算rt。圖6（b）中，“+”與“-”表筆短接時(shí)，回路總電流 于是有 式中，均已知，故=下面計(jì)算。 根據(jù)，可求出=下面計(jì)算“10”檔中值電阻及由圖6（c），“10”檔的內(nèi)阻為由上式可解出=6.4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，根據(jù)（3）式給出的，分別求出10和60檔的內(nèi)阻即可求出分壓電阻和

21、。= = 組裝表的測(cè)試與方法7.1電流檔的測(cè)試：電流檔的測(cè)試電路是通過將其與一只標(biāo)準(zhǔn)電流表串聯(lián)起來，測(cè)量同一支路中的電流，比較二者的示值來實(shí)現(xiàn)的。其測(cè)試電路如右圖。其中的變阻器阻值要足夠大，標(biāo)準(zhǔn)表的內(nèi)阻要與組裝表的內(nèi)阻相當(dāng)，以提高準(zhǔn)確度。7.2電壓檔的測(cè)試：電壓檔的測(cè)試電路是通過將其與一只標(biāo)準(zhǔn)電壓表并聯(lián)起來，測(cè)量同一支路兩端的電壓，比較二者的示值來實(shí)現(xiàn)的。其測(cè)試電路如右圖。其中的變阻器阻值要盡量大，標(biāo)準(zhǔn)表的內(nèi)阻要與組裝表的內(nèi)阻相當(dāng)，以提高準(zhǔn)確度。7.3設(shè)計(jì)計(jì)算電阻的阻值。7.4組裝萬用表，并檢查各檔的最大誤差。設(shè)計(jì)結(jié)果表1電流檔的測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比項(xiàng)量程格數(shù)6標(biāo)準(zhǔn)表50ma組裝表6ma標(biāo)準(zhǔn)表10ma

22、組裝表6ma百分誤差（%）6ma7.05.24.33.619.57.55.84.94.313.68.06.05.34.812.78.56.25.85.116.59.06.56.25.518.29.56.86.86.121.2平均8.256.085.554.916.95標(biāo)準(zhǔn)表20ma組裝表60ma標(biāo)準(zhǔn)表20ma組裝表60ma百分誤差（%）60ma72.511.036.2523.435.1758.08.529.021.429.2145.57.022.7518.528.6835.05.017.512.027.4326.04.013.09.626.1513.02.08.54.816.15平均41.67

23、6.2520.8314.9527.13注：標(biāo)準(zhǔn)表格數(shù)為100，萬能表格數(shù)為25。表2 直流電壓檔的測(cè)試數(shù)據(jù)量程格數(shù)6對(duì)比項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)表60v組裝表15v標(biāo)準(zhǔn)表60v組裝表15v百分誤差（%）60v39.03.80.780.9724.3%52.05.01.041.2521%72.07.01.441.7521.5%99.09.11.982.27514.9%108.910.02.1782.514.8%122.512.12.453.02523.5%平均82237.831.641.9620%標(biāo)準(zhǔn)表6v組裝表7.5v標(biāo)準(zhǔn)表6v組裝表7.5v百分誤差（%）6v9.51.01.92.531.6%17.11.83.424.531.6%21.02.04.2519.0%31.03.06.27.521.0%36.03.57.28.7521.5%41.24.18.2410.2524.4%平均26.02.575.196.4224.85%注：標(biāo)準(zhǔn)表格數(shù)為150，萬能表格數(shù)為20。 造成誤差的幾個(gè)主要原因11.1組裝萬用表所用的電阻都是根據(jù)給出的標(biāo)準(zhǔn)算出的，但是實(shí)際用的電阻與理論計(jì)算出的電阻并不完全一致，這必然將導(dǎo)致實(shí)際的量程與理論值不符，也