万用表设计实验报告

1、三用表的设计任务单：238号 1 表头满偏电流50A2 DC.A：引入电流0.18mA 3 表头内阻+附加串联电阻为Rg=3.3K一、 已知参数：1每人的任务条 (每人不同，最后将任务条并设计作业一齐订好上交！)A直流电流档的引入电流 0.18mA(每人不同) B测量机构总阻值（内阻+附加电阻=电阻Rg 3.3K ，每人不同）2公共参数(每人相同)A. 测量机构的电流灵敏度：满刻度电流IS 50A （每人不同）BDCA：2.5级 1mA 10mA 5ACDCV：2.5级 2.5V 10V 250V 输入阻抗为： 1 / IS DACV ：5.0级D10V 50V 250V 1000V 输入阻抗

2、为； 4K / v 整流系数为：0.441，二极管正向电阻为：600 交流调节电阻为2 K3K ED：2.5级 ×1 ×10 ×100 （扩展量程×1K） 电阻中心值：22 工作电池：1.61.2V 二、各量程的元件参数设计：1DC. A 量程的元件参数设计和分电路调试图：(1)DC.A量程的元件参数设计。设计一个多量程环形分流式直流电流表，如下图。设表头内阻为Rg，电流灵敏度为Ig，扩大的电流量程为I1、I2、I3、I引，计算各分流电阻R1、R2、R3、R4。1）当电流为I引时，Rs=R1+R2+R3+R4=Ig*Rg/（I引Ig）=0.00005*3

3、300/(0.00018-0.00005)=1296.23082）当电流为I3时，R1+R2+R3=Ig*(Rg+Rs)/I3=0.00005*(3300+1296.2308)/0.001=229.81153）当电流为I2时，R1+R2=Ig*(Rg+Rs)/I2=0.00005*(3300+1296.2308)/0.01=22.98114)R1=Ig*(Rg+Rs)/I1=0.00005*(3300+1296.2308)/5=0.04596由2）3）4）可得R2=22.9811-0.04596=22.9351R3=229.8115-22.9811=206.83045）R4=Rs-(R1+R2

4、+R3)= 1296.2308-229.8115=1066.4193(2)DC.A量程的分电路调试图。 2DCV量程的元件参数设计和分电路调试图：（1）DC.V量程的元件参数设计。设计一个多量程直流电压表电路，如下图。设表头内阻为Rg，电流灵敏度为Ig。先计算R1R1=U1/Ig-Rg=2.5/0.00005-3300=46700然后再用一段电路的欧姆定律分别计算R2，R3R2=(U2-U1)/Ig=(10-2.5)/0.00005=150000R3=(U3-U2)/Ig=(250-10)/0.00005=4800000（2）DC.V量程的分电路调试图： 3AC。V量程的元件参数设计和分电路调

5、试图：（1）AC.V量程的元件参数设计。交流电压的分流电阻计算和直流相似。交流电压的分压电阻电路如下图。设表头内阻为Rg，电流灵敏度为Ig。1) 根据给定的交流电压灵敏度（输入阻抗Z）计算出交流引入电流（二极管前）I=1/Z=1/4000=0.00025A2) 由交流引入电流I计算出半波整流后的（二极管后）的电流Ik=I*0.435=0.00010875A3) 计算分流电阻R=Ig*Rg/(Ik-Ig)=0.00005*3300/(0.00010875-0.00005)=2808.5106384) 可调电阻RP一般由经验取输入阻抗Z的一半RP=Z/2=20005) 计算Uo=Ug+URP+UV

6、D1 。式中，Ug是测量机构内阻Rg上的电压；UR是电位器RP上的电压；UVD1是二极管VD1上的压降，硅管UVD1=0.65V。Uo=Ug+URP+UVD1=Ig*Rg+RP*Ik+UVD1=0.00005*3300+2000*0.00010875+0.65=1.0325V6) 参考上图，计算各分压电阻：R1=(U1-Uo)/I=(10-1.0325)/0.00025= 35870R2=(U2-U1)/I=(50-10)/0.00025=160000R3=(U3-U2)/I=(250-50)/0.00025=800000R4=(U4-U3)/I=(1000-250)/0.00025=3000

7、000图中C为滤波电容，约为5uF，防止整流后的脉动波形使表的指针不停的小幅摆动，VD2为保护二极管。（2）AC.V量程的分电路调试图 4量程的元件参数设计和分电路图：(1)量程的元件参数设计1.挡基本电路如上图所示是电阻档基本电路，其中RP为调零电位器；RP和Rd组成分流电阻。1) 电位器RP触点移到b点，电池电压最高（E=1.6V）。此时分流电阻为Rb(分流电阻小，分流电流大)。2) 电位器RP触点移到a点，电池电压最低（E=1.2V）。此时分流电阻为Rb+RP(分流电阻大，分流电流小)。3) 电位器RP触点移到b、a之间，电池电压为标准（E=1.5V），此时分流电阻为Rb及RP的一部分之

8、和。2.零支路电阻Rb和RP的计算各档电阻中心值：低倍率挡，R×1 的电阻中心值RZ1 = 22中倍率挡，R×10 的电阻中心值RZ2 = 220高倍率挡，R×100 的电阻中心值RZ3 = 2200最高倍率挡，R×1k 的电阻中心值RZ4 = 22k先以电阻测量高倍率档电阻中心值RZ3计算E不同时的电流，以保证Rx=0时能调零。例如，RZ3=2200时，（b点）Imax=1.6V/2200=727A，（a点）Imin=1.2V/2200=545A，（c点）I标1.5V/2200=682A。当已知流过表头满刻度电流为Ig，表头内阻为Rg时，计算如下1)

9、当RP指在a点时的总分流电阻Rb+RP;Rb+RP=Ig*Rg/(Imin-Ig)=0.00005*3300/(0.000545-0.00005)=333.333332) 当RP指在b点时的分流电阻Rb;Rb=( Rb+RP)*Imin/Imax=333.33333*0.000545/0.000727=249.885373) 计算分流电位器RP;RP=( Rb+RP)- Rb=83.447963.串联电阻Rd的计算：串联电阻Rd是由低压高倍率的电阻中心值RZ3确定的。因为电位器RP是变数，设电位器RP触点在中间，阻值为RP/2，接入Rd后，该档的总内阻等于RZ3，因此有Rd=RZ3-(Rg+R

10、P/2)*(Rb+RP/2)/( Rg+RP/2)+( Rb+RP/2)=1931.7950574.各倍率电阻的计算：各倍率电阻的电路如下图所示。 1) 设R1为中心电阻RZ1=22时的并联电阻，考虑电池内阻ro一般为0.91.1，从端口看RZ1-ro=RZ3/R。取ro=1，则有R16=(RZ1-ro)*RZ3/RZ3-(RZ1-ro)=(22-1)*2200/(2200-(221)=21.2023862) 设R2为中心阻值RZ2=220时的并联电阻，同样有R17=RZ2*RZ3/(RZ3-RZ2)=220*2200/(2200-220)=244.4444443) 设R3为中心阻值RZ2=2

11、200时的并联电阻，则有 R18= RZ3*RZ3/(RZ3-RZ3)=4) 设R1k为测量最高倍率档（R×1k）串联电阻，由于其电阻中心值太大，致使灵敏度降低到端口短接（RX=0）时也无法调零，故需增加电源电压。由于最高倍率档电阻中心值RZ4=22k，比高倍率挡大十倍，因而电源电压也大十倍，选电源EE为15V的层叠电池，同时无分流电阻（R3=），可见最高倍率挡也无法分流电阻，工作电流与高倍率挡相同。则高倍率挡串联电阻R1k=RZ4-RZ3-REE=22000-2200-1000=18800式中REE为电源EE的内阻，约为1k。(2)量程的分电路调试图三、总线路图DC.V挡DC.AA

12、C.V挡四、校验图及达到的精度等级：DC.A 校验图和校验精度等级的表格：接入电流源电流端接入电流A电流表输出电流A理论输出电流AI155050.05/316.6750/316.66710/333.33100/333.333I20.015050.00.01/316.6750/316.6670.02/333.33100/333.333I30.0015050.00.001/316.6750/316.6670.002/333.33100/333.333I引0.000185050.00.0000616.6750/316.6670.0001233.33100/333.333DC.A 准确度等级为

13、7;k%=0.03/50*100%=0.06%<2.5%,满足要求。 DC.V校验图和校验精度等级的表格： 接入电压源电压端接入电压V电流表输出电流A理论输出电流AU12.55050.02.5/316.6750/316.6675/333.33100/333.333U2105050.010/316.6750/316.66720/333.33100/333.333U32505050.0250/316.6750/316.667500/333.33100/333.333DC.V 准确度等级为±k%=0.03/50*100%=0.06%<2.5%,满足要求。 AC.V校验图和校验精

14、度等级的表格： 1).10V交流电压挡检校：（合上1） U1/V电流表示数实验值/A理论输出电流A绝对误差/A最大绝对误差/A1051.3250.01.321.7910/314.8750/316.667-1.7920/333.09100/333.333-0.24AC.V 10V挡准确度为：±k%=1.79/50*100% =3.58%<5%,满足要求。2).50V交流电压挡校验(合上2)U2/V电流表示数实验值/A理论输出电流A绝对误差/A最大绝对误差/A5051.7550.01.751.7550/316.8350/316.6670.16100/334.27100/333.33

15、30.94AC.V 50V挡准确度为：±k%=1.75/50*100 %=3.5%<5%，满足要求。3).250V交流电压挡校验（合上3）：U3/V电流表示数实验值/A理论输出电流A绝对误差/A最大绝对误差/A25051.8950.01.891.89250/317.2150/316.6670.54500/334.52100/333.3331.19AC.V 250V挡准确度为：±k%=1.89/50*100%=3.78%<5%，满足要求。4).1000V交流电压挡校验(合上4)U4/V电流表示数实验值/A理论输出电流A绝对误差/A最大绝对误差/A100051.90

16、50.01.901.901000/317.2650/316.6670.592000/334.56100/333.3331.23AC.V 1000V挡准确度为：±k%=1.90/50*100%=3.8%<5% ，满足要求。 校验图和校验精度等级的表格：1).1.2V档调零图中心电阻值/电流表输出电流/A2249.9422049.94220049.9422000/2).1.6V档调零图中心电阻值/电流表输出电流/A2250.9722050.97220050.9722000/4).22校验图： RX/电流表示数实验值/A理论值/A绝对误差/A最大绝对误差/A2223.46250.54

17、1.031132.2933.331.036611.7312.500.85.539.54400.461107.828.330.51仪表准确度为：±k%=1.03/50*100%=2.06% <2.5%，满足要求。5).220校验图RX/电流表示数实验值/A理论值/A绝对误差/A最大绝对误差/A22024.54250.460.811032.6933.330.6466012.2912.500.215539.20400.811008.1978.330.133仪表准确度为：±k%=0.8/50*100%=1.6%<2.5%，满足要求。6).2200校验图：RX/电流表示数

18、实验值/A理论值/A绝对误差/A最大绝对误差/A220024.76250.240.57110032.9333.330.4660012.4312.500.0755039.43400.57110008.2978.330.033仪表准确度为：±k%=0.57/50*100%=1.14%<2.5%，满足要求。7).22000校验图：RX/k电流表示数实验值/A理论值/A绝对误差/A最大绝对误差/A2224.17250.830.931132.5533.330.786611.5912.500.415.539.85400.151107.408.330.93仪表准确度为：±k%=0.93/50*100%=1.86%<2.5%，满足要求。 五、元件、开关及功能表：元件或开关名称功能直流电流档S1直流电流表选择开关选定或断开直流电流表档R1，R2，R3，R4直流电流表分流电阻保证各个电流档的内阻S5 ，S6，S7直流电流表调档开关调节选择直流电流档直流电压档S2直流电压表选择开关选定或断开直流电压表档R5，R6，R7直流电压表分压电阻保证各个电压档的内阻S8，S9，S10直流电压表调档开关调节选择直流电压档交流电压档S3交流电压表选择开关选定或断开交流电压表档RP可调电阻调节交流电压表内阻Rc分流电阻分流C1滤