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1、 万用表电路的设计与安装万用表电路的设计与组装指导教师： 设计人： 学院： 陕西科技大学时间：2010年6月摘要万用表是一种多功能、多量程的便携式电工仪表,一般的万用表可以测量直流电流、交直流电压和电阻，有些万用表还可测量电容、功率、晶体管共射极直流放大系数hFE等。MF47型万用表具有26个基本量程和电平、电容、电感、晶体管直流参数等7个附加参考量程，是一种量限多、分档细、灵敏度高、体形轻巧、性能稳定、过载保护可靠、读数清晰、使用方便的新型万用表。万用表是电工必备的仪表之一，每个电气工作者都应该熟练掌握其工作原理及使用方法。通过本次万用表的原理与安装实习，要求学生了解万用表的工作原理，掌握锡
2、焊技术的工艺要领及万用表的使用与调试方法。关键词：万用表 电路设计ABSTRACT 目录第1章、 引言 第2章、 试验目的2.1了解简单的万用表的简单电路.2.2计算出所有电阻元件的阻值，并进行组装.2.3 对成功组装的万用表的准确度，电压灵敏度性能指标进行测试.第3章、 MF30型指针万用表的简易实验电路 第4章、 指针式万用表的结构、组成与特征 4.1万用表的结构特征 4.2指针式万用表的组成 4.3万用表的结构 4.4 指针式万用表的工作原理第5章、 万用表的几个重要参数 5.1 准确度 5.2 表头灵敏度 5.3 表头内阻 5.4 直流电压灵敏度 5.5 直流电流档的内阻 5.6. 欧
3、姆档的中值电阻5.7、 交流电压灵敏度第6章 实验原理第7章、 电阻的计算 第8章、 组装表的测试 8.1 电流档的测试 8.2 电压档的测试：第9章、 试验方法第10章、 实验结果的分析与讨论第11章、 造成误差的几个主要原因第12章、 体会及感想第13章、 参考文献第14章、 致谢 第1章 引言通过设计熟练掌握万用表的组成结构、原理，明确组成万用表的各种电路的优缺点，能根据给定的技术参数，主要是表头灵敏度、内阻、波段开关结构、各档量程要求等，选择合适的电路设计万用表线路。提高学生结合实际综合考虑间题的能力，要求能看懂各种万用表电路图，做到触类旁通，进一步提高学生识图、绘图和计算电路的能力。
4、第2章 试验目的2.1了解简单的万用表的简单电路.2.2计算出所有电阻元件的阻值，并进行组装.2.3 对成功组装的万用表的准确度，电压灵敏度等性能指标进行测试. 第3章 MF30型指针万用表的简易实验电路图1是简易万用表的实验电路。 是微安表头。电流，电阻,电压等被测信号经过输入电路和变换电路后，变成微安级电流，再流经表头，使指针偏转，从而指示出被测量值。该万用表有四种功能、八个档级。档级的转换靠单级多位开关中单级触点位置的改变来实现。（-）点，接表头负极，是所有测量档的公共接点，通常接黑色表笔。（+）通常接红色表笔，改变多位开关中单极的位置，可以选择所需的测量功能档。第4章 指针式万用表的结
5、构、组成与特征4.1万用表的结构特征MF47型万用表采用高灵敏度的磁电系整流式表头，造型大方，设计紧凑，结构牢固，携带方便，零部件均选用优良材料及工艺处理，具有良好的电气性能和机械强度。其特点为：测量机构采用高灵敏度表头，性能稳定；线路部分保证可靠、耐磨、维修方便；测量机构采用硅二极管保护，保证过载时不损坏表头，并且线路设有0.5A保险丝以防止误用时烧坏电路；设计上考虑了湿度和频率补偿；低电阻档选用2干电池，容量大、寿命长；配合高压按着，可测量电视机内25kV以下高压；配有晶体管静态直流放大系数检测装置；表盘标度尺刻度线与档位开关旋钮指示盘均为红、绿、黑三色，分别按交流红色，晶体管绿色，其余黑
6、色对应制成，共有七条专用刻度线，刻度分开，便于读数；配有反光铝膜，消除视差，提高了读数精度。除交直流2500V和直流5A分别有单独的插座外，其余只须转动一个选择开关，使用方便；装有提把，不仅便于携带，而且可在必要时作倾斜支撑，便于读数。 4.2指针式万用表的组成指针式万用表的型式很多，但基本结构是类似的。指针式万用表的结构主要由表头、档位转换开关、测量线路板、面板等组成（见图3）。表头是万用表的测量显视装置，南京电子仪表厂提供的指针式万用表采用控制显示面板表头一体化结构；档位开关用来选择被测电量的种类和量程；测量线路板将不同性质和大小的被测电量转换为表头所能接受的直流电流。万用表可以测量直流电
7、流、直流电压、交流电压和电阻等多种电量。当转换开关拨到直流电流档，可分别与5个接触点接通，用于测量500mA、50mA、5mA和500A、50A量程的直流电流。同样，当转换开关拨到欧姆档，可分别测量1、10、100、1k、10k量程的电阻；当转换开关拨到直流电压档，可分别测量0.25V、1V、2.5V、10V、50V、250V、500V、1000V量程的直流电压；当转换开关拨到交流电压档，可分别测量10V、50V、250V、500V、1000V量程的交流电压。注意请学生对照幻灯片认识每一个部分，将万用表的盒子打开散件放在后盖中，电阻等元器件放在塑料袋中，不能丢失。对照幻灯片可以看到控制显示面板
8、由上部的显示表头和下部的控制开关面板组成。注意表头不能跌坏或者拿在手里晃动。档位开关由安装在正面的档位开关旋钮和安装在反面的电刷旋钮组成。测量线路板有黄绿两面，绿面用于焊接，黄面用于安装元件。 4.3万用表的结构万用表由机械部分、显示部分、与电器部分三大部分组成，机械部分包括：外壳、档位开关旋钮及电刷等部分组成，显示部分是表头，电器部分由测量线路板，电位器，电阻，二极管，电容等部分组成（见图4）。 4.4指针式万用表的工作原理1指针式万用表最基本的的工作原理指针式万用表最基本的的工作原理（见图5）。它由表头、电阻测量档、电流测量档、直流电压测量档和交流电压测量档几个部分组成，图中“”为黑表棒插
9、孔，“”为红表棒插孔。测电压和电流时，外部有电流通入表头，因此不须内接电池。当我们把档位开关旋钮SA打到交流电压档时，通过二极管VD整流，电阻R3限流，由表头显示出来；当打到直流电压档时不须二极管整流，仅须电阻R2限流，表头即可显示；打到直流电档档时既不须二极管整流，也不须电阻R2限流，表头即可显示；测电阻时将转换开关SA拨到“”档，这时外部没有电流通入，因此必须使用内部电池作为电源，设外接的被测电阻为 Rx，表内的总电阻为R，形成的电流为I，由 Rx、电池E、可调电位器RP、固定电阻 R1和表头部分组成闭合电路，形成的电流I使表头的指针偏转。红表棒与电池的负极相连，通过电池的正极与电位器 R
10、P及固定电阻R1相连，经过表头接到黑表棒与被测电阻 Rx形成回路产生电流使表头显示。回路中的电流为：IE Rx+R从上式可知： I和被测电阻Rx不成线性关系，所以表盘上电阻标度尺的刻度是不均匀的。当电阻越小时，回路中的电流越大，指针的摆动越大，因此电阻档的标度尺刻度是反向分度。当万用表红黑两表棒直接连接时，相当于外接电阻最小Rx=0，那么：IE Rx+RE R此时通过表头的电流最大，表头摆动最大，因此指针指向满刻度处，向右偏转最大，显示阻值为0。请看电阻档的零位是在左边还是在右边，其余档的零位与它一致吗？反之，当万用表红黑两表棒开路时Rx， R可以忽略不计，那么：IE Rx+RE Rx0此时通
11、过表头的电流最小，因此指针指向0刻度处，显示阻值为。 2.MF47型万用表的工作原理请看今天要安装的MF47型万用表的原理图：测量线路板线路板：。它的显示表头是一个直流A表，WH2是电位器用于调节表头回路中的电流大小，D3、D4两个二极管反向并联并与电容并联，用于保护限制表头两端的电压起保护表头的作用，使表头不至电压、电流过大而烧坏。电阻档分为 1、10、100、1k、10k、几个量程，当转换开关打到某一个量程时，与某一个电阻形成回路，使表头偏转，测出阻值的大小。它由5个部分组成：公共显示部分；直流电流部分；直流电压部分；交流电压部分和电阻部分。线路板上每个档位的分布（见图8），上面为交流电压
12、档，左边为直流电压档，下面为直流mA档，右边是电阻档。第5章 万用表的几个重要参数1. 准确度万用表示值与被测量真值的一致程度称为万用表的准确度。它反映了测量结果的基本误差的大小。同一块万用表，不同功能档的准确度也不尽相同。2. 表头灵敏度万用表所用表头的满量程值称为表头灵敏度。一般为。值越小，灵敏度越高，万用表的性能也越好。3. 表头内阻表头内线圈及上下两层盘丝的直流电阻之和称为表头内阻。万用表表头内阻多在几百到几千欧之间。一般来说，灵敏度越高，内阻越大。但灵敏度相同的表头，内阻也不尽相同。这是因为，在制造相同表头时，所选用的线圈和盘丝的阻值很难做到完全一致。4. 直流电压灵敏度直流电压档的
13、内阻与该档满量程电压的比值称为直流电压灵敏度，用表示。可写成 （1）电压灵敏度单位是或，简称每伏欧姆数。电压灵敏度越高，万用表的性能也越好。5. 直流电流档的内阻电流表内阻的大小决定于表头内阻及分流电阻的大小。对同一块万用表而言，不同档级的电流表，其分流电阻不同，所以内阻也不相同。电流表的内阻越小，质量越好。测电流时，将电流表串联在被测电路中，对被测电路会造成两方面的影响：一是它的阻流作用会改变原电路的工作状态；二是增加了被测电路的功耗。为了减少这两方面的影响，内阻越小越好。6. 欧姆档的中值电阻欧姆档的内阻称为该档的中值电阻。已知中值电阻的大小可以确定该档的测量范围。若中值电阻为，则该档的测
14、量范围是4之间。7. 交流电压灵敏度交流电压档内阻与该档量程之比称为交流电压灵敏度 (2)单位是。对同一块万用表来说交流电压各档的电压灵敏度的量值是相同的。只要已知,则任何测量档的内阻都可以求出。（1）式中的是直流电压值，（2）式中的是交流电压的有效值。可以证明二者比例关系为:代入（2），得再与式（1）比较得 （3）第六章 实验原理1. 将一个表头改装成为一只电流表，其实就是将表头与一个阻值较小的定值电阻R并联（如下图）以达到分流的目的，设改装后的电流表的量程为，则几个参量满足以下关系式：由这个关系式可以得出： 由此可根据需要求出或，在后续的计算中可以发现，基本原理都是这个关系式。只是其中的参
15、量是用其它参量表示的。2. 将一个表头改装成为一只电压表，其实就是将表头与一个阻值较大的定值电阻R串联（如下图）以达到分压的目的，设改装后的电流表的量程为，则几个参量满足以下关系式：由此式可以得出：同理，根据此式可以依据需要求出或。3. 较之电流、电压档，电阻档的设计比较特殊，其原理图如下，其中的几个参量满足下面的关系:可见，当增大时，指针偏转减小，当时，指针不偏转，即电阻档的刻度是反向的，并且是非线性关系，当被测电阻很大时，刻度会变得很“密”，使得相对误差变得很大，当被测电阻特别大时，测量数据甚至没有意义。因此，为了增加测量范围，欧姆表通常分为许多档级，每两相邻档级的中值电阻是倍的关系。如果
16、中值电阻的大小已知，则测量范围即已确定，如中值电阻为，则测量范围是。这就要求我们测量电阻时要选择正确的档位，以减小误差。第七章 电阻的计算1. 电流档的设计（计算和）将直流电流5mA和50mA档的电路从图1中分离出来，如图4。是50mA档的分流电阻，是5mA档的分流电阻。所有分流电阻与表头串联成一闭合回路。50mA挡的电路中，总电流在和的连接处分成两路，一路经表头回到B点，电流为，另一路经回到B点，电流为（），因为这两个并联电路的电压降相等，所以有又 代入上式得 经整理得 （4）（4）式说明，在闭路式分流电流表中，其电流量程与该量程分流电阻的乘积是一常数，其值等于表头灵敏度与闭合回路总电阻之积
17、。根据这一结论，5mA量程的分流电阻也可以求出。2. 直流电压档的设计（计算和）直流电压6V档和60V 档电路从图1中分离出来，如图5。间电压量程为60V ， 间电压量程为6V，而间可以看成更小量程的电压档，其量程为0.15V 。它的电压灵敏度。据此，可分别求出这两档的内阻。内阻求出之后，可求出和分别为：= =3. 电阻档的设计（计算、和）将电阻档“1K”和“10” 两档的电路从图1中分离出来，如图6，其中（a）与（b）都是“1K” 档，不同的是调零电阻的工作状态不同。（c）是“10”档的电路。的作用是测量前将欧姆表调至零点。即在测量前，将“+” “-”表笔短接，使表头满偏，以满足。 是电池电
18、压，在欧姆表的使用过程中，E会不断下降，中值电阻需适时调整，才能使表头随时能够调零。的变化值在1.2 1.65V之间，的大小也应适应的这种变化。显然，当时，的触点应移至最右端。如图6（a）。当时，应移至最左端，如图6（b）。在（a）与（b）两种状态下，会有所变化，给测量带来误差，但只要足够大，的影响就可以忽略，中值电阻也可以认为是不变的。下面求，要想求首先要求 。由（6）式，决定于电池电压和表头灵敏度。在图6（a）中，等效表头灵敏度由（3）式给出：，代入（6）式得而中值电阻即是该档的总内阻，所以式中，（电池内阻可忽略），=下面计算RT。图6（b）中，“+”与“-”表笔短接时，回路总电流 于是有
19、 式中，均已知，故=下面计算。 根据，可求出=下面计算“10”档中值电阻及由图6（c），“10”档的内阻为由上式可解出=4. 交流电压档的设计（计算和）交流电压档的分压电阻和的计算方法，与直流电压档的分压电阻和的计算方法相仿，根据（3）式给出的，分别求出10和60档的内阻即可求出分压电阻和。= = 第八章 组装表的测试1. 电流档的测试：电流档的测试电路是通过将其与一只标准电流表串联起来，测量同一支路中的电流，比较二者的示值来实现的。其测试电路如右图。其中的变阻器阻值要足够大，标准表的内阻要与组装表的内阻相当，以提高准确度。2. 电压档的测试：电压档的测试电路是通过将其与一只标准电压表并联起来
20、，测量同一支路两端的电压，比较二者的示值来实现的。其测试电路如右图。其中的变阻器阻值要尽量大，标准表的内阻要与组装表的内阻相当，以提高准确度。第八章 试验方法1. 设计计算电阻的阻值。2.组装万用表，并检查各档的最大误差。第十章 实验结果的分析与讨论表1各阻值的计算值电阻 R1R2R3R4R5R6R7R8R9RTRmRs计算值/欧 6.76028425800054000010000121.2507002112003890.966表2电流档的测试数据对比项量程格数6标准表50mA组装表6mA标准表10mA组装表6mA百分误差（%）6mA7.05.24.33.619.57.55.84.94.313
21、.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标准表20mA组装表60mA标准表20mA组装表60mA百分误差（%）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：标准表格数为100，万能表格数为25。6mA图60
22、mA图表3 直流电压档的测试数据量程格数6对比项标准表60V组装表15V标准表60V组装表15V百分误差（%）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%标准表6V组装表7.5V标准表6V组装表7.5V百分误差（%）6V9.51.01.92.531.6%17.11.83.424.531.6%21.02.04.2519.0%31.03.06.27.
23、521.0%36.03.57.28.7521.5%41.24.18.2410.2524.4%平均26.02.575.196.4224.85% 注：标准表格数为150，万能表格数为20。 60V图 6V 图 第十章 造成误差的几个主要原因1. 组装万用表所用的电阻都是根据给出的标准算出的，但是实际用的电阻与理论计算出的电阻并不完全一致，这必然将导致实际的量程与理论值不符，也必将导致测量结果与标准表的测量结果有出入。2. 组装万用表时，电路各连接点的电阻不容忽视，这也给实验造成了一定的影响。3. 测试万用表性能时，所用的电表与组装表的规格相差过大，导致测试数据的可信度降低。4. 表头的本身存在的误
24、差。5. 其它导致误差的因素，如读数误差等 第十二章 体会及感想 对于本实验，是我一次很好的学习机会，既能加深理解，学会运用所学理论知识；又能提高我的考虑实际问题、解决实际间题的综合分析能力与独立动手能力。使我了解要取得实效，达到预期目的，必须充分做好准备工作，既要有必要的物资准备，更要有足够的思想准备，明确实验的目的、任务及其实施的艰辛。在这次实验中我深深的感受到物理世界的伟大，使我对物理有了更高的兴趣，希望我以后有更多的机会参与这样的实验来提高自己，丰富己。第十三章 致谢本设计及论文是在我的指导老师翟建丽和诸位老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他们严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的
25、工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，朱翟老师和各位专业老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。在此谨向各老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。在此，我还要感谢在一起愉快的度过三年生活的10-46班各位同学，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!第十四章 参考文献1. 李学慧.大学物理实验.北京.高等教育出版社.20052. 科泰仪器（昆山）有限公司. 7001型指针式万用表的组装.电子制作2004年 第3期3. 游平. MF47型万用表组装技能.文章编号：1671802X（2003）05.20034. 张艳雯. 磁电式万用表的组装调试经验.文章编号：10090908（2002）03002702.2002
