畢業(yè)設計（論文）萬用表電路的設計與組裝

1、萬用表電路的設計與組裝指導教師： 設計人： 學院： 陜西科技大學時間：2010年6月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，有些萬用表還可測量電容、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個基本量程和電平、電容、電感、晶體管直流參數(shù)等7個附加參考量程，是一種量限多、分檔細、靈敏度高、體形輕巧、性能穩(wěn)定、過載保護可靠、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，每個電氣工作者都應該熟練掌握其工作原理及使用方法。通過本次萬用表的原理與安裝實習，要求學生了解萬用表的工作原理，掌握錫焊技術的工藝要領及萬用表

2、的使用與調(diào)試方法。關鍵詞：萬用表 電路設計abstract 目錄第1章、 引言 第2章、 試驗目的2.1了解簡單的萬用表的簡單電路.2.2計算出所有電阻元件的阻值，并進行組裝.2.3 對成功組裝的萬用表的準確度，電壓靈敏度性能指標進行測試.第3章、 mf30型指針萬用表的簡易實驗電路 第4章、 指針式萬用表的結(jié)構、組成與特征 4.1萬用表的結(jié)構特征 4.2指針式萬用表的組成 4.3萬用表的結(jié)構 4.4 指針式萬用表的工作原理第5章、 萬用表的幾個重要參數(shù) 5.1 準確度 5.2 表頭靈敏度 5.3 表頭內(nèi)阻 5.4 直流電壓靈敏度 5.5 直流電流檔的內(nèi)阻 5.6. 歐姆檔的中值電阻5.7、

3、交流電壓靈敏度第6章 實驗原理第7章、 電阻的計算 第8章、 組裝表的測試 8.1 電流檔的測試 8.2 電壓檔的測試：第9章、 試驗方法第10章、 實驗結(jié)果的分析與討論第11章、 造成誤差的幾個主要原因第12章、 體會及感想第13章、 參考文獻第14章、 致謝 第1章 引言通過設計熟練掌握萬用表的組成結(jié)構、原理，明確組成萬用表的各種電路的優(yōu)缺點，能根據(jù)給定的技術參數(shù)，主要是表頭靈敏度、內(nèi)阻、波段開關結(jié)構、各檔量程要求等，選擇合適的電路設計萬用表線路。提高學生結(jié)合實際綜合考慮間題的能力，要求能看懂各種萬用表電路圖，做到觸類旁通，進一步提高學生識圖、繪圖和計算電路的能力。第2章 試驗目的2.1了

4、解簡單的萬用表的簡單電路.2.2計算出所有電阻元件的阻值，并進行組裝.2.3 對成功組裝的萬用表的準確度，電壓靈敏度等性能指標進行測試. 第3章 mf30型指針萬用表的簡易實驗電路圖1是簡易萬用表的實驗電路。 是微安表頭。電流，電阻,電壓等被測信號經(jīng)過輸入電路和變換電路后，變成微安級電流，再流經(jīng)表頭，使指針偏轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)換靠單級多位開關中單級觸點位置的改變來實現(xiàn)。（-）點，接表頭負極，是所有測量檔的公共接點，通常接黑色表筆。（+）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。第4章 指針式萬用表的結(jié)構、組成與特征4.1萬用

5、表的結(jié)構特征mf47型萬用表采用高靈敏度的磁電系整流式表頭，造型大方，設計緊湊，結(jié)構牢固，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械強度。其特點為：測量機構采用高靈敏度表頭，性能穩(wěn)定；線路部分保證可靠、耐磨、維修方便；測量機構采用硅二極管保護，保證過載時不損壞表頭，并且線路設有0.5a保險絲以防止誤用時燒壞電路；設計上考慮了濕度和頻率補償；低電阻檔選用2干電池，容量大、壽命長；配合高壓按著，可測量電視機內(nèi)25kv以下高壓；配有晶體管靜態(tài)直流放大系數(shù)檢測裝置；表盤標度尺刻度線與檔位開關旋鈕指示盤均為紅、綠、黑三色，分別按交流紅色，晶體管綠色，其余黑色對應制成，共有七條專用

6、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分別有單獨的插座外，其余只須轉(zhuǎn)動一個選擇開關，使用方便；裝有提把，不僅便于攜帶，而且可在必要時作傾斜支撐，便于讀數(shù)。 4.2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)構是類似的。指針式萬用表的結(jié)構主要由表頭、檔位轉(zhuǎn)換開關、測量線路板、面板等組成（見圖3）。表頭是萬用表的測量顯視裝置，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；檔位開關用來選擇被測電量的種類和量程；測量線路板將不同性質(zhì)和大小的被測電量轉(zhuǎn)換為表頭所能接受的直流電流。萬用表可以測量直流電流、直流電壓、交流電壓和

7、電阻等多種電量。當轉(zhuǎn)換開關撥到直流電流檔，可分別與5個接觸點接通，用于測量500ma、50ma、5ma和500a、50a量程的直流電流。同樣，當轉(zhuǎn)換開關撥到歐姆檔，可分別測量1、10、100、1k、10k量程的電阻；當轉(zhuǎn)換開關撥到直流電壓檔，可分別測量0.25v、1v、2.5v、10v、50v、250v、500v、1000v量程的直流電壓；當轉(zhuǎn)換開關撥到交流電壓檔，可分別測量10v、50v、250v、500v、1000v量程的交流電壓。注意請學生對照幻燈片認識每一個部分，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

8、控制開關面板組成。注意表頭不能跌壞或者拿在手里晃動。檔位開關由安裝在正面的檔位開關旋鈕和安裝在反面的電刷旋鈕組成。測量線路板有黃綠兩面，綠面用于焊接，黃面用于安裝元件。 4.3萬用表的結(jié)構萬用表由機械部分、顯示部分、與電器部分三大部分組成，機械部分包括：外殼、檔位開關旋鈕及電刷等部分組成，顯示部分是表頭，電器部分由測量線路板，電位器，電阻，二極管，電容等部分組成（見圖4）。 4.4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、電阻測量檔、電流測量檔、直流電壓測量檔和交流電壓測量檔幾個部分組成，圖中“”為黑表棒插孔，“”為紅表棒插孔。測

9、電壓和電流時，外部有電流通入表頭，因此不須內(nèi)接電池。當我們把檔位開關旋鈕sa打到交流電壓檔時，通過二極管vd整流，電阻r3限流，由表頭顯示出來；當打到直流電壓檔時不須二極管整流，僅須電阻r2限流，表頭即可顯示；打到直流電檔檔時既不須二極管整流，也不須電阻r2限流，表頭即可顯示；測電阻時將轉(zhuǎn)換開關sa撥到“”檔，這時外部沒有電流通入，因此必須使用內(nèi)部電池作為電源，設外接的被測電阻為 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)

10、過表頭接到黑表棒與被測電阻 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和被測電阻rx不成線性關系，所以表盤上電阻標度尺的刻度是不均勻的。當電阻越小時，回路中的電流越大，指針的擺動越大，因此電阻檔的標度尺刻度是反向分度。當萬用表紅黑兩表棒直接連接時，相當于外接電阻最小rx=0，那么：ie rx+re r此時通過表頭的電流最大，表頭擺動最大，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，當萬用表紅黑兩表棒開路時rx， r可以忽略不計，那么：ie rx+re rx0此時通過表頭的電流最小，因此指

11、針指向0刻度處，顯示阻值為。 2.mf47型萬用表的工作原理請看今天要安裝的mf47型萬用表的原理圖：測量線路板線路板：。它的顯示表頭是一個直流a表，wh2是電位器用于調(diào)節(jié)表頭回路中的電流大小，d3、d4兩個二極管反向并聯(lián)并與電容并聯(lián)，用于保護限制表頭兩端的電壓起保護表頭的作用，使表頭不至電壓、電流過大而燒壞。電阻檔分為 1、10、100、1k、10k、幾個量程，當轉(zhuǎn)換開關打到某一個量程時，與某一個電阻形成回路，使表頭偏轉(zhuǎn)，測出阻值的大小。它由5個部分組成：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。線路板上每個檔位的分布（見圖8），上面為交流電壓檔，左邊為直流電壓檔，下

12、面為直流ma檔，右邊是電阻檔。第5章 萬用表的幾個重要參數(shù)1. 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(jié)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。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。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。但靈敏度相同的表頭，內(nèi)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。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

13、值稱為直流電壓靈敏度，用表示。可寫成 （1）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。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(nèi)阻也不相同。電流表的內(nèi)阻越小，質(zhì)量越好。測電流時，將電流表串聯(lián)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(tài)；二是增加了被測電路的功耗。為了減少這兩方面的影響，內(nèi)阻越小越好。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量范圍。若中值電阻為，則該檔的測量范圍是4之間。7. 交

14、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 (2)單位是。對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,則任何測量檔的內(nèi)阻都可以求出。（1）式中的是直流電壓值，（2）式中的是交流電壓的有效值?？梢宰C明二者比例關系為:代入（2），得再與式（1）比較得 （3）第六章 實驗原理1. 將一個表頭改裝成為一只電流表，其實就是將表頭與一個阻值較小的定值電阻r并聯(lián)（如下圖）以達到分流的目的，設改裝后的電流表的量程為，則幾個參量滿足以下關系式：由這個關系式可以得出： 由此可根據(jù)需要求出或，在后續(xù)的計算中可以發(fā)現(xiàn)，基本原理都是這個關系式。只是其中的參量是用其它參量表示的。2

15、. 將一個表頭改裝成為一只電壓表，其實就是將表頭與一個阻值較大的定值電阻r串聯(lián)（如下圖）以達到分壓的目的，設改裝后的電流表的量程為，則幾個參量滿足以下關系式：由此式可以得出：同理，根據(jù)此式可以依據(jù)需要求出或。3. 較之電流、電壓檔，電阻檔的設計比較特殊，其原理圖如下，其中的幾個參量滿足下面的關系:可見，當增大時，指針偏轉(zhuǎn)減小，當時，指針不偏轉(zhuǎn)，即電阻檔的刻度是反向的，并且是非線性關系，當被測電阻很大時，刻度會變得很“密”，使得相對誤差變得很大，當被測電阻特別大時，測量數(shù)據(jù)甚至沒有意義。因此，為了增加測量范圍，歐姆表通常分為許多檔級，每兩相鄰檔級的中值電阻是倍的關系。如果中值電阻的大小已知，則測

16、量范圍即已確定，如中值電阻為，則測量范圍是。這就要求我們測量電阻時要選擇正確的檔位，以減小誤差。第七章 電阻的計算1. 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，電流為，另一路經(jīng)回到b點，電流為（），因為這兩個并聯(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

17、程的分流電阻也可以求出。2. 直流電壓檔的設計（計算和）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，可求出和分別為：= =3. 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。的作用是測量前將歐姆表調(diào)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

18、，e會不斷下降，中值電阻需適時調(diào)整，才能使表頭隨時能夠調(diào)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，當時，的觸點應移至最右端。如圖6（a）。當時，應移至最左端，如圖6（b）。在（a）與（b）兩種狀態(tài)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 。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），=下面計算rt。圖6（b）中，“+”與“-”表筆短接時，回路總電流 于是有 式中，均已知，故=下面

19、計算。 根據(jù)，可求出=下面計算“10”檔中值電阻及由圖6（c），“10”檔的內(nèi)阻為由上式可解出=4. 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，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。= = 第八章 組裝表的測試1. 電流檔的測試：電流檔的測試電路是通過將其與一只標準電流表串聯(lián)起來，測量同一支路中的電流，比較二者的示值來實現(xiàn)的。其測試電路如右圖。其中的變阻器阻值要足夠大，標準表的內(nèi)阻要與組裝表的內(nèi)阻相當，以提高準確度。2. 電壓檔的測試：電壓檔的測試電路是通過將其與一只標準電壓表并聯(lián)起來，測量同一支路兩端的電壓

20、，比較二者的示值來實現(xiàn)的。其測試電路如右圖。其中的變阻器阻值要盡量大，標準表的內(nèi)阻要與組裝表的內(nèi)阻相當，以提高準確度。第八章 試驗方法1. 設計計算電阻的阻值。2.組裝萬用表，并檢查各檔的最大誤差。第十章 實驗結(jié)果的分析與討論表1各阻值的計算值電阻 r1r2r3r4r5r6r7r8r9rtrmrs計算值/歐 6.76028425800054000010000121.2507002112003890.966表2電流檔的測試數(shù)據(jù)對比項量程格數(shù)6標準表50ma組裝表6ma標準表10ma組裝表6ma百分誤差（%）6ma7.05.24.33.619.57.55.84.94.313.68.06.05.34

21、.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標準表20ma組裝表60ma標準表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41.676.2520.8314.9527.13注：標準表格數(shù)為100，萬能表格數(shù)為25。6ma圖60ma圖表3 直流電壓檔的

22、測試數(shù)據(jù)量程格數(shù)6對比項標準表60v組裝表15v標準表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%標準表6v組裝表7.5v標準表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：標準表格數(shù)為150，萬能表格數(shù)為20。 60v圖 6v 圖 第十章 造成誤差的幾個主要原因1. 組裝萬用表所用的電阻都是根據(jù)給出的標準算出的，但是實際用的電阻與理論計算出的電阻并不完全一致，這必然將導致實際的量程與理論值不符，也必將導致測量結(jié)果與標準表的測量結(jié)果有出入。2. 組裝萬用表時，電路各連接點的電阻不容忽視，這也給實驗造成了一定的影響。3. 測試萬用表性能時，所用的電表與組裝表的規(guī)格