万用表的组装与调试

关于万用表的组装与调试第一页，共四十八页，2022年，8月28日图

1MF-47型万用表的组成

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1.机械部分机械部分由外壳、转换开关旋钮部分组成。转换开关由转轴、电刷及测量电路的触片组成。转换开关是万用表选择不同测量种类和不同量程时的电路切换元件。万用表用的转换开关都采用多层多刀多掷波段开关或专用的转换开关。开关里面有固定触点和活动触点,通常活动触点称为“刀”,固定触点称为“掷”。旋动“刀”的位置,可以使其与不同挡的固定触点闭合,从而接通相应的测量电路。有几个挡位就叫几“掷”。MF-47型万用表转换开关是三触点二十四掷的开关。最外层有二十四个挡位,每个挡位均与一定的测量对象所对应,当转轴转动时,电刷也随着转动,挡位也随之改变。

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2.显示部分显示部分是由表头及刻度盘组成的。表头由高灵敏度的磁电式直流微安表组成,表头灵敏度(表头满偏电流)I0≤50μA,表头内阻不大于1.8kΩ。表头刻度盘上刻有多种量程的刻度,用以指示被测量的数值。其满刻度偏转电流越小,表头特性越好,灵敏度就愈高。表头的表盘上有对应各种测量所需的多条刻度尺,以便直接读出被测量数据。在表盘上还标有一些数字和符号,它们表明了万用表的性能和指标。

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3.电气部分电气部分由测量线路板、电位器、电阻、二极管、电容、分压电阻、分流电阻、整流器等元件组成,电气部分的功能是把各种被测的电量转换成表头所需的微弱电量,例如将被测的大电流通过分流电阻变换成表头所需的微弱电流;将被测的高电压通过分压电阻及整流器变换成表头所需的低电压;将被测的交流电压通过分压电阻及整流器变换成表头所需的直流电压。

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二、万用表工作原理指针式万用表的功能方框图如图2所示。MF-47型万用表的原理图如图3所示。

1.表头保护电路原理表头采用VD3、VD4两个二极管反向并联并与电容并联,用于限制表头两端的电压,保护表头不至因电压、电流过大而烧坏。

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2指针式万用表功能方框图

第七页，共四十八页，2022年，8月28日图3MF-47型万用表原理图

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2.直流电流的测量原理当转换开关掷于直流电流挡时,万用表就相当于一个直流电流表。万用表的表头是一磁电式电流计,其灵敏度一般都很高,因此测量直流电流的范围很小。为了扩大量限以适应不同测量范围的要求,可在表头上并联不同阻值的分流电阻(亦称分流器),如MF-47表中的R1～R4。有了分流电阻,便可使表头中仍通过额定电流,多余的电流则从分流电阻中通过。这样,既能使很大的电流通过万用表,又不致损坏表头。万用表的多量程测量是通过转换开关改变分流电阻的大小来实现的。第九页，共四十八页，2022年，8月28日

3.直流电压的测量原理当转换开关掷于直流电压挡时,万用表就是一个多量程的直流电压表。万用表的表头具有一定的内阻,当有直流电流从表头流过时,就能产生一定的电压降。表头上的电压降与流经表头的直流电流成正比,因此可以在表盘上标出对应于一定直流电流的电压值。由于表头灵敏度很高,内阻很小,因此压降也很小,一般在十几毫伏至上百毫伏之间,如不串联分压电阻,量程很小,不适于实际测量。因此,必须在表头回路中串联一只阻值适当的电阻,这个电阻叫做附加电阻(又称倍增电阻),如MF-47表中R11～R17。通过附加电阻将绝大部分电压降掉,而将适当的电压加于表头,这样就可以扩大表头测量电压的量程。附加电阻越大,能扩大测量电压的范围就越大。万用表测量直流电压时,电压表所显示的均为平均值。

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4.交流电压的测量原理万用表的交流电压挡就是一个多量程的整流系交流电压表。万用表的测量装置为直流微安表头,以致测量交流电压时必须引入整流元件,如MF-47型万用表中VD1、VD2,将被测交流电变成直流电再作用于测量机构。万用表中的整流电路多采用锗或硅二极管构成的半波整流或全波整流电路,经整流后就可以应用测直流电压的方法来测交流电压了。由于人们总是习惯以有效值来量度交流电压,因此万用表表盘上的刻度也是以有效值来表示的。

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5.直流电阻的测量原理万用表电阻挡实际是个多量程的欧姆表。电阻测量的基本原理如图4所示。E为电池电压,R为调零电位器,Rx为被测电阻。当Rx=0(相当于表笔短接)时,调节R使表头指针指向满刻度,也就是零欧姆,此时流过表头的电流Io=E/(Ro+R)。当接入被测电阻Rx之后,流过表头的电流为I=E/(Ro+R+Rx),可以看出:第十二页，共四十八页，2022年，8月28日图

4直流电阻测量原理图

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(1)在电池电压E、调零电阻R为定值的情况下,当电路中接入某一确定的被测电阻Rx时,电路中就有一相应电流使表头的指针有一个确定的偏转角度。当被测电阻Rx的值改变时,电路中的电流会跟着发生变化,于是表头的指针偏转角度也相应地变化。可见,表头指针的偏转角度大小与被测电阻大小是一一对应的。如果表头的标度尺按电阻刻度,那么就可以用该电路直接测量电阻了。第十四页，共四十八页，2022年，8月28日

(2)被测电阻Rx越大,电路中的电流就越小,表头指针向右偏转的角度越小。当Rx无穷大时,电路中电流为零,此时表头指针不偏转,指在零位。可见,当被测电阻阻值在0～∞之间变化时,表头指针则在满刻度与零位之间变化,所以欧姆标度尺应是反向刻度,它与电流电压挡标度尺的刻度方向相反。同时从公式I=E/(Ro+R+Rx)可以看出,电路中的电流与被测电阻大小不成正比关系,而是非线性关系,所以测量电阻的标度尺分度是不均匀的。调零电阻R的作用是:当电池电压变化,使得Rx=0而表头指针不能满刻度偏转时,可以调节R使表头指针满度偏转,即指在欧姆标度尺的零位。因此称R为零欧姆调整器。第十五页，共四十八页，2022年，8月28日由上可知,在用欧姆表测量电阻之前,为避免因电池电压变化而引起的测量误差,应首先将万用表测试表笔短接,同时调节调零旋钮,使表针指在Rx=0的位置(即满偏转),然后再进行测量。第十六页，共四十八页，2022年，8月28日

6.晶体管的hFE测试根据三极管的放大原理测量NPN、PNP管直流放大倍数hFE。将三极管插入相应的测量孔中,利用万用表内部线路满足三极管的放大条件,使三极管的放大性能从表头指示上得以体显。表头实际上反映了被测晶体管集电极回路中的电流IC。IC电流越大,表头指针摆动的幅度越大。第十七页，共四十八页，2022年，8月28日

7.音频电平的测量原理将转换开关掷交流电压10V挡,就可以测量音频电平了(单位为dB),其工作原理同交流电压的测量。分贝的定度是以600Ω负载电阻上得到功率为1mW(压降为0.775V)定为零分贝的。表盘上的分贝刻度是以10V交流电压挡经换算而标出的。在这一挡,可以直接读出音频电平的分贝数。

其中:U1是零分贝电压有效值,即0.775V;U2是输入交流电压有效值。

第十八页，共四十八页，2022年，8月28日三、装焊工艺

1.实训说明本实训练习以MF-47型万用表的组装、调试为主要任务,其原理图如图3所示。

第十九页，共四十八页，2022年，8月28日2.训练器材与设备(1)万用表的零、组件(MF-47型)1套。(2)电烙铁(220V,20W或30W)1把。(3)镊子、起子、剪刀、尖嘴钳等常用工具1套。(4)直流稳压电源1台。(5)自耦调压器(0.5kVA0～240V)1台。(6)标准表(0.5级交、直流电压表,直流电流表各1只)。(7)标准电阻箱1只。(8)可变电阻器(200Ω,1A)1只。

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3.识读电路原理图运用所学电子技术基本知识和基本技能,结合电路图形符号,对电路原理图所描述的测量功能、结构特点、工作原理和元器件作用等逐一进行分析、理解,掌握原理图中所给出的全部信息。理清原理图各部分的功能,并按功能简化出方框图;突出重点,找出核心单元;按信号流程逐级分析;最后归纳、

总结全电路的工作原理和特性。

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4.绘制装配图应用已学过的万用表结构原理和线路设计知识,结合万用表的零、组件实物,绘制装配图,供组装万用表时使用。首先要周密考虑和充分利用万用表表盒空间,合理安置表头、转换开关、电池、零欧姆调节电位器等零、组件的位置。确定转换开关各挡位的测量种类及量程,安排好各电阻的位置,排列要整齐。最后,绘出各零、组件的连接引线,构成装配图。图5所示是MF-47型万用表的电路装配图。

第二十二页，共四十八页，2022年，8月28日图5MF-47型万用表装配图

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5.检测并选择零、组件

1)测量表头灵敏度I0和内阻R0

(1)表头灵敏度I0的测量。按图6所示测量电路接线。取Us＝5V,R1为标准电阻箱,R为限流电阻,可变电阻Rw的滑动触头放在中间位置。开关S2合向位置“1”,闭合开关S1,调节可变电阻Rw,使被测表头为满偏电流,读取标准表的电流值,即为被测表头的灵敏度I0

。

(2)表头内阻R0的测量。开关S2合向位置“2”,调节标准电阻R1,使标准表仍指在被测表头的灵敏度I0处,读取R1的值即为被测表头的内阻R0。

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6表头灵敏度和内阻的测量电路

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2)检测电阻元件的阻值选用直流单臂电桥对各个电阻的阻值进行精确测量,选择符合要求的电阻值。

3)选择转换开关转换开关触点接触要紧密,导电性能应良好,旋动转轴时轻松而且具有弹性,到挡位时可听到清脆的“嗒”声,定位准确。在某一位置上如再轻轻拨动转轴,转换开头不应左右摇晃。

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6.万用表的组装要求和工艺

1)组装万用表的要求

(1)万用表的体积较小,装配工艺要求较高,元、组件的布局必须紧凑,否则焊接完工后也无法装进表盒。

(2)各元、组件布局要合理,位置恰当,排列整齐。电阻阻值标示要向外,以便查对和维修更换。

(3)布线合理,长度适中,引线沿底壳应走直线、拐直角。

(4)转换开关内部连线要排列整齐,不能妨碍其转动。

(5)焊点大小要适中、圆润、牢固、光亮美观,不允许有毛刺或虚焊,焊锡不能粘到转换开关的固定连接片上。

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2)注意事项

(1)R35用3个2MΩ电阻串联制成,并套上绝缘套管。

(2)R31是5A分流器,焊接部分不要超出线路板焊接面2mm,否则影响测量精度。

(3)保险管夹应焊在印刷线路板一面,以便更换保险管。

第二十八页，共四十八页，2022年，8月28日3)结构装配顺序(1)将铭牌贴在面板上,装电池夹。(2)将弹簧、钢珠放入孔内。(3)将开关旋钮插入面板中心孔。(4)装入表头,用4颗M3X6螺钉固定。(5)将焊接好的线路板卡入机壳中。(6)装上电刷,用M5螺母固定,注意螺母要上紧。(7)按调试说明调试线路板,并将线路连接好。(8)装配提手,注意垫圈位置不可装错，提手螺母应松紧合适。(9)把后盖组件与面板组件组合。

第二十九页，共四十八页，2022年，8月28日四、检测调试

1.数字万用表校准校准数字万用表的方法如下(A、B点见装配图):

(1)表头引线不焊,数字表拨至200kΩ挡,红表笔接电流口A端,黑表笔接B端,调可调电阻R9,使显示值为30.4kΩ,调好后焊好电流口。

(2)焊好表头引线正端,数字表拨至20kΩ挡,红表笔接B端,黑表笔接表头负端,调可调电阻R10,使显示值为2.5kΩ(温度为常温20℃),调好后焊好表头线负端。

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2.机械表校试方法

(1)按照电表校试规程规定,标准电表的准确度等级至少要求比被校表高两级。以校试直流电压挡为例,电路如图7所示。图中V0为0.5级标准直流电压表,Vx为被校准的万用表,Uo为标准表测得的被测电压值(可看作实际值),Ux为被校表的读数。按图3-7接线,调节稳压电源的输出电压Us,使被校表的指针依次指在标尺的整刻度处,即如图8所示的A、B、C、D、E五个位置上,分别记下标准表和被校表的读数U0和Ux,则在每个刻度值上的绝对误差为ΔU=Ux-U0,取绝对误差中的最大值ΔUmax,按下式计算被校万用表电压挡的准确度等级(最大引用误差):第三十一页，共四十八页，2022年，8月28日图

7机械表校试电路

第三十二页，共四十八页，2022年，8月28日图8校试刻度

第三十三页，共四十八页，2022年，8月28日式中:Um为被校表的量限。若Ku=±2.5%,则被校表电压挡在此量程的准确度等级为2.5级。若准确度已达到设计的技术要求,则认为被测表合格。若低于设计的指标,必须作重新调整和检查,直到符合要求为止。对于直流电流挡、交流电压挡、电阻挡及其各量程的校试,均可按照上述方法进行。

第三十四页，共四十八页，2022年，8月28日

(2)校试步骤。按图9所示校试电路接线,被校表分别放置在直流电流为10μA、50μA、100μΑ、1mA、10mA、100mA、1000mA的各挡上,标准表相应放置在直流电流各量程上,调节可变电阻器Rw,使标准表的电流读数分别为8μΑ、40μΑ、80μΑ、0.8mA、8mA、80mA、800mA,再从被校表读取相应测量数据,记入表3-1中。由表中最大引用误差确定准确度等级。若不符合要求,说明环形分流电阻不合格,可调整、

检查分流电阻阻值,直到符合技术指标为止。

第三十五页，共四十八页，2022年，8月28日图9直流电流挡校试电路

第三十六页，共四十八页，2022年，8月28日①直流电压挡校试。按图7所示校试电路接线,分别校试0.5V、1V、2.5V、10V、50V、100V、250V、500V直流电压挡。调节稳压电源的输出电压,使标准表的直流电压读数分别为0.4V、0.8V、2V、8V、40V、80V、200V、400V,再从被校表读取相应的测量数据,记入表1中。由表中的最大引用误差确定准确度等级,若准确度不符合要求,需检查或更换分压电阻。

第三十七页，共四十八页，2022年，8月28日②交流电压挡校试。按图10所示校试电路接线,被校表放置在交流电压10V挡位上,标准表也放置在相应的量程上,调节自耦调压器输出电压,使标准表指示为8V,从被校表读取相应数据,记入表1中。若准确度不符合要求,可通过调节R２０电阻来实现。再分别校试50V、250V、500V交流电压挡,调节自耦调压器输出电压,使标准表交流电压读数分别为40V、200V、250V,从被校表上读取相应的读数,记入表3-1中。

第三十八页，共四十八页，2022年，8月28日图10交流电压挡校试电路

第三十九页，共四十八页，2022年，8月28日③电阻挡校试。将被校表装上电池,进行零欧姆点调节,对各电阻挡都要调节零欧姆点。若调节零欧姆调节旋钮,指针不能指到零欧姆位置上,则可能是电池电量不足,应予以更换;也有可能是调零电位器R8有故障