指针式万用表的设计与组装

1、1、目的(1)了解指针式万用表的结构和工作原理，(2)掌握常用电子元件的识别，以及判断其好环的方法；(3)学会指针式万用表的设计，会组装万用表。(4)2、要求(1)根据万用表的工作原理设计和计算万用表的参数；(2) 组装一块万用表。(3) 学会识别常用电子元件，以及用万用表判别其好坏。3、指针式万用表的结构与参数万用表的组成和工作原理：以MF47型万用表为例介绍其结构与参数4、指针式万用表的电路工作原理指针式万用表由磁电式表头、 若干分流电阻和分压电阻、干电池、整流元件 组成。下面将四种测量原理电路作简要介绍(1)直流电流：图示为测量电流的原理图：Rg为微安表的内阻Rs为分流电阻，被测电流I自

2、“+”端流入，分成两个支路即Ig和Is,最后回到“一”端，要测量不同的电 流，可以通过改变Rs的阻值来达到。图 1 测量直流电流原理图（2）直流电压。图示为测量电压电路图。它与测量电流的电路相比仅差一 个分压电阻Rv被测电压加在+、一两端，经过Rv的分压后进入电流回路，改 变分压电阻的大小，就可以改变测量电压的量程。图 2 测直流电压原理图（3）交流电压。要测量交流，附有整流器。图示电路中D1将正弦交流电压转换为单向脉动电压，单向脉动电压的平均值与交流电压的有效值成正比。所以以微安表头的指示也与交流有效值成正比。量程的选择与测量直流电压一样， 可以改变分压电阻Rv的值改变被测电压的大小。（4）

3、电阻的测量。被测电阻也是连在“+” “一”两端，当电阻接入后，表 头中就有电流I通过，如图所示：其值I=U/（Rx+R叶Rg其中Rx是被测电阻，Rg是从a,b两端看进去的等效电阻。由上式可见电流I与被测电阻Rx有关。表上即可按此关系将电流值换算为相当于Rx的电阻值刻 度。被测电阻越小，即电流越大，因此指示越大。测量前因先将接线两端短路， 看偏转是否最大，而指示在零，否则可以调节电阻Rg2进行校正。图 4 测量电阻原理图5、主要参数计算(1)直流电流电路参数计算。一个电流表，满量程就是它的灵敏度。例如一个灵敏度为289卩A，内阻为1040Q的表头，这个表头就是一个289卩A的电流表，在图1中，l

4、g=289卩A,Rg=1040Q。为了使头能够测量不同数 量级的电流，我们可以用分流的方法来解决。例如：用lg=289卩A，Rg=1040Q的表头测量电流为1mA的值，就必须并联一个分流电阻，其分流电阻的计算如 下：(如图1所示)l=ls+lgRg*lg=Rs*ls所以Rs=Rg*lg/ls= Rg*lg/(l-lg)，已知lg=289卩A，Rg=1040Q,I = lmA代入贝U Rs=Rg*lg/ls= Rg*lg/(l-lg)=289*10-6*1040/1000-289*10-6=423Q如果需要数个电流量程，则可采用闭环式分流电路，如图5所示。例如图 5 直流电流电路参数计算Ig=2

5、89卩A,Rg=1040Q的表头，量程分别为1mA、50mA、100 mA、250mA四个量程的电流，由上式计算可知，最小量程时分流最小，分流电阻最大，因此， 设Rs=R1+R2+R3+R4=423Q，贝U Rs=423Q。量程为50mA时的分流可按下式计 算：，由图5知：根据式：I=Is+IgRg*Ig=Rs*Is此时 分流电阻为Rs=R1+R2+R3=423-R4，Is=50000-289Rg=1040+R4代入公式：(423-R4)*( 50000-289)=289*(1040+R4)(R1+R2+R3) *( 50000-289) = 289*(1040+423- (R1+R2+R3)

6、(R1+R2+R3)= 289*(1040+423)/50000=8.46QR4=423- R1+R2+R3=423-8.46=415.54Q其余类推。根据同样的方法有多个量程可以分别算出相应的分流电阻。请各位计算出其它的电阻。(2)直流电压电路的参数计算。在万用表中，直流电压档通常把电流档的分流电阻作为表的内阻，并且为不同量程的分压电阻Rs共用，以图6a为例，我们将测量电压的电流从1mA点引入，而且将电路简化为图6b所示。此时，它实 际上电压的灵敏度为I=1mA，表头电压降为1*(1040/423)=1*300=300mV的 电压表。测量电压绝大多数都是采用降压的方式来限制通过仪表的电流，多

7、档电压表的基本电路如图6b所示。图中Rg=300Q,lg1mA。(例U仁10V，U2=50V)G)图 6 直流电压参数计算rRs=30CIs1= 1MARul脚2分压电阻值可按下列公式计算Ru仁Ul/lsRs代入数据后，Ru仁Ul/lsRs=10/1*10-3-300=9700QRu2=(U2-U1)/ IsRs=40/1*10-3-300=40K在万用表中，常常用每伏特的电阻值来表示电压灵敏度，即：Q/V=1/lg =1/1*10-3=1000QN(3)交流电压电路参数的计算。万用表测量交流仅限于测量正弦波。由于表头 为直流，必须使交流电压整流为直流后方可测量。在万用电表中，采用半导体二极管

8、作为整流元件。图8所示为交流电压测量电路为单向半波整流电路。电流为单向脉动电流，半波单向脉动电流为交流有效值的0.45倍，因此灵敏度为1mA的测量机构，就相当于流过交流有效值的Iv=I/0.45=2.22mA的交流电流。设U仁10V，U2=250V则Ru1=U1/Iv=10/1*10-3-300=4200QRu2=(U2-U1)/ Iv RS=240/2.22*10-3-300=108K图 8 测量交流电压原理图直流电阻电路参数计算。在图9所示测量电阻电路中，若将1、2两点短路， 这时仪表指示恰好满刻度值。即：Imax=U/(Rg+Rr)将1、2两点断开，串入被测电阻Rx，此时回路中的电流为I

9、=U/(Rg+Rr+Rx)， 若Rx=Rg+Rr，贝U回路中的电流I减小到Imax/2，即表头指针恰好指在标尺的 中间位置，我们称它为中值电阻，用RT来表示。当选定 RT后便可对标尺进行电阻值刻度。例如：当Rx=O时，指针偏转在满刻度；当 RX=RT时，指针偏转在中心；当 RX=2RT时，指针偏转在1/3处；当 RX=5RT时，指针偏转在1/6处；当Rx=x时，指针不动。因此电阻值在标尺的刻度上是自右向左递增的，其刻度分布是不均匀的，右半刻度比较稀疏，左半刻度紧密，欧姆计通常是用干电池作为电源的，干电池用久后两端的电压会下降，这样当Rx=O时指针将在0Q的左边，为了消除这种测量误 差，必须在欧

10、姆计测量电路中加一个调零电阻，如图9所示中的Rs3。若允许干电池的最低电压为1.2V，设计时电源按Umin=1.2V，Rs3的触点移到a点计算, 当换用新电池后(Umax=1.6V)可调节Rs3的触点，使Rx=O时指针仍可以在满 刻度的位置上。设电阻中心值 RT=12OOQ，试计算电阻测量电路中各参数的数值。Imin=Umim/RT=1.2/12OO=1mA(Rs3的触点在a端)Rr=RT-Rs/Rg=12OO-1O4O*423心O4O+423)=9OOQ根据前面电流表计算中知，Rs=423Q,Rs1=8.46Q,Rs2=414.54Q,取Rs2=100Q,Rs3=Rs2-Rs2=414.54

11、-100=314.54Q。图 9直流电阻电路6、MF47 万用表的原理图浙或蚪年MF47型万用电表电原理图7、万用表的组装（1）万用表元件清单（2）万用表组装图（3）万用表的组装1）组装前清点、检查元器件，做好组装前准备工作。2）熟悉理解万用表原理图和印刷线路板图。3）按图纸和说明组装万用表（焊接和组装）（4）万用表的调试调试前必须保证焊接无误，核对元器件安装位置是否正确，焊点无虚焊。8 思考题：（1） 万用表有什么功能？（2） 万用表的红笔与表内干电池的哪一个极相连接？（3） 万用表的交流电流档不用整流元件行吗？为什么？（4）什么叫指针式万用表的欧姆中心值？如何计算欧姆表各档的电阻值？例：下

12、图示为欧姆表原理图电路，已知直流电压源Us=1.5V，电阻R1+R3=4KQ,R2=11 .2KQ,表头满偏电流为100卩A，等效电阻Rg=1KQ,试求：1）当Rx=0时，表头中的电流 IA=?2）当Rx=x时，表头中的电流|A= ?3） 设欧姆表的中心电阻为 RT,当 RX=RT时，IA=?4）当 |A=70.5 卩A时，贝URx =?5） 当电池电压下降到1.25V时，应调节零点，将欧姆表输出端短路，调R3使（5）为什么指针式万用表直流电流档采用闭路式分流器？如何计算闭路式分流器各档量程的电阻值？例如：图示为一多量程电流表电路，表头满刻度电流为200卩A，o内阻为490Q，若量程为10mA

13、、50mA、100mA和500mA，求R1、R2、R3和R4的值。（6）什么是电压灵敏度?(7)为什么万用表电压档采用的共用式附加分压电路？如何计算分压电阻的阻值？例：图示为一多量程直流电压表电路，表头的满刻度电流为50卩A,R5为一可变电阻器，用来调节使表头部分的等效电阻为2.5KQ,若电压表的量程分别为2.5V、10V、50V和250V时，求R1、R2、R3和R4之值。9、总结报告总结报告的主要内容包括设计、计算、组装调试总结、收获和体会。附：1、时间安排：第一天：集中讲授：万用表工作原理。第二天：学生查找资料：了解电压表、电流表欧姆表的工作原理。 第三天：学生自学并答疑工作原理及参数计算

14、。第四天：学生自学并答疑参数计算方法并计算相关数据。第五天：教师检查各位学生的分析情况。第六天：集中讲授：各元器件的识别及应用方法第七天：教师指导学生安装万用表。第八天：教师指导学生安装并调试。第九天：综合调试，并写实习报告。第十天：实习答辩，交实习报告。2、常用电子元器件的识别1、电阻常用电阻有多种规格， 有合成电阻器， 薄膜电阻器、线绕电阻器等， 本次实验中， 用普通的碳膜电阻，电阻大小可用几种方法指示电阻的大小。1）、直标法：电阻的大小直接标出主要参数和技术指标。2）文字符号法。将需要标志的主要参数与技术性能，用文字、数字符号有规律 地组合在产品表面上的方法。 其规律是： 阻值的整数部分

15、写在阻值单位的标志符 号前面，例4.7K标志符号为4K73）色码法。用不同颜色的带环或点，在产品表面上标志出主要参数的方法。色环电阻是用45条色带打印在电阻体上，以表示阻值和允许的偏差。例如：固定电阻器的色码色环标示识别， 主要应用于圆柱型的电阻器上， 如：碳膜电阻、 氧化膜电阻、精密电阻、耐冲击电阻、保险丝电阻、实芯电阻、实芯电阻、保险 丝电阻、绕线电阻、突波电阻。在早期，一般当电阻的表面不足以用数字表示法 时，就会用色码色环标示法来表示电阻的阻值，公差，规格。电阻器上的色码色 环，主要分成两部分：?第一部分：?靠近电阻前端的一组是用来表示阻值， 两位有效数的电阻值， 用前三个色 环来代表其

16、阻值，如：39Q,39KQ,39血。三位有效数的电阻值，用前 四个色环来代表其阻值，如：69.8Q698Q,69.8KQ,般用于精密电阻 的表示。?第二部分：?靠近电阻后端的一条色环用来代表公差精度。第一部分的每一条色环都是等距，自成一组， 易于区分第二部分的色环。 带有四 个色环的其中第一、二环分别代表两位有效数的阻值；第三环代表倍率； 第四环 代表误差，带有五个色环比四色环多了一个有效数字。TOKEN的第五条色环如为黑色，一般用来表示为绕线电阻器，第五条色环如为 白色，一般用来表示为保险丝电阻器。如果电阻体只有中间一条黑色的色环，则代表此电阻为零欧姆电阻TOKEN RESISTOR COL

17、OR CODECOLORLST SAND2ND BAUD3TB BANDMULT1FLJERTOLERANCE:ELACKQIERO111in+ 1%FEED222100 2%G33344410K255loot 0 5tDBLUE66石IM 0 25%CVIOLET777+ 0 10%EGRET33 0(J5%AWHITE999GOLDa 1+ 5%JSILVER0.(11t 10%:PLAIN 3(MM阿首先，从电阻的底端，找出代表公差精度的色环，金色的代表5%,银色的代表10%。再从电阻的另一端，找出第一条、第二条色环，读取其相对应的数字，以上边图 为例，前两条色环都为红色，故其对应数字为

18、红2,红2,然后，再读取第三条 倍数色环，黑1,所以，我们得到的阻值是22Q。如果第三条倍数色环为金色，则将小数点往左移一位。如果第三条倍数色环为银 色，则将小数点往左移两位。二、电容器（多种电容：瓷介电容、云母电容、电解电容等等）本实验中共用到两种电容1）云母电容电阻色环色码识别2）电解电容：容量大，常用于阻容耦合用，有正负极（长腿的为正极，焊接反了后会爆炸，在焊接时要注意）三、电位器（可变电阻）本实验中共用了五个电位器，分别是3个1K，一个2K和1个10K。标称值方法：102表示：10*102，即1K202表示：20*102，即2K1 V 250V50V10V2.5V 0.5V 0.25V50uAR28180|R4R3R2Rl1R27右560514.991 Jo.476.5 丄5mA 5mA 50mA 500