《电压》课件实验二

实验二万用表的组装与校验

(一)实验仪器和器材介绍本实验所用仪器和器材与实验一相同，可参见实验一的介绍。

(二)实验指导

1.课前预习

(1)了解万用表测量电流、电压及电阻的原理及其电路组成。

(2)设计万用表线路，计算各元件值。

①万用表总体线路如图Ⅱ.2-1所示。试分别画出它的测量电流电路、测量电压电路以及测量电阻(即欧姆表)电路。图Ⅱ.2-1万用表总体线路图②图Ⅱ.2-1中，微安表满偏电流I0=200μA,内阻rA=900Ω。其支路总电阻RA=rA+r9+RP+r8=3600Ω。电流

表量程共3挡：1/10/100mA。电压表量程共2挡：10/20V。欧姆表量程共2挡，中值电阻分别为10kΩ和1kΩ,电池

E=3V。欧姆表满偏电流(即流过r6的电流)为300μA(此时RP的滑动触点位于中间位置，

RP=500Ω)。

(3)制定组装万用表及其检验方案。

①画出电流表三量程和电压表二量程在插接式实验板上的复合连线图。

②画出欧姆表二量程在插接式实验板上的连线图。注意在画此图时，开关S可不用，因为实验时，r7插上即开关S闭合，

r7拔去即开关S打开。电池E由稳压电源提供。

③制定对组装表的检验方案(如方法、实验线路和操作步骤等)。

2.实验目的

了解万用表原理及设计、校验方法。

3.实验原理

1)测量机构

万用表的测量机构一般采用高灵敏度磁电式表头。它利用载流线圈在永久磁铁磁场中受力的效应使表头指针产生偏转。指针偏转角度α与流过表头(即线圈)的电流I的关系为

α=SI

(2-1)式中，S称为表头灵敏度，表示单位电流引起指针偏转的角度。使不同大小的标准电流流过表头，指针将产生不同的偏转角，据此可把表盘加以“刻度”。由于α与I成正比例，此种

刻度是均匀分布的，如图Ⅱ.2-2所示。表盘最大刻度对应的电流值是使指针产生最大偏转的“满偏电流”，也称为表头的量程。磁电式表头的量程一般从几十微安到数毫安，有多种规格。图Ⅱ.2-2表盘刻度

2)测量电路

(1)直流测量电路。图Ⅱ.2-3所示的是万用表通常采用的直流电流测量电路。这种电路是环形分流电路。

r1、r2、r3

是分流电阻，共有3个量程：I3＞I2＞I1,S为量程开关。假设表头满偏电流为I0，内阻为rA。图中符号R1=r1+r2+r3,R2=r2+r3,R3=r3,R为表头支路的串接电阻，RA=rA+R。图Ⅱ.2-3直流电流测量电路当开关S位于“I1”量程位置时，由欧姆定律，显然有

R1(I1－I0)=RAI0,解得(2-2)同理，当S位于“I2”、“I3”量程时，可分别计算得到(2-3)(2-4)若I0、RA、I1、I2、I3各量已知，则由式(2-2)可求出

(r1+r2+r3)；将式(2-3)两端同加r1解得r1，再代入式(2-3)解得(r2+r3);再将式(2-4)两端同加r2,并将r1代入式(2-4)解得r2,

最后应用(r1+r2+r3)－r1－r2得r3。

(2)直流电压测量电路。图Ⅱ.2-4所示的是测量直流电压的原理电路，共有3个量程：U3＞U2＞U1,可用开关转换。测量指示部分不是直接使用磁电式表头，而是用最小量程的电流测量电路，如图Ⅱ.2-4中虚线方框所示，其量程为IV，等效内阻为Re。两端电压为ReIV。图中R1、R2、R3称为倍压

电阻，由U1=R1IV+ReIV解得R1,由U2=R2IV+U1解得R2,由U3=R3IV+U2解得R3。图Ⅱ.2-4直流电压测量电路归纳总结计算倍压电阻的公式为电压测量中常需估计电压表内阻，而电压表内阻既与电压量程有关，也与表头灵敏度有关。量程一定时表头越灵敏内阻就越高。“Ω/V数”即是表头满偏电流之倒数(对于图Ⅱ.2-4的电路应为1/IV),“Ω/V数”越大，为使指针偏转同样角度所需的驱动电流越小，故“Ω/V数”也称为电压灵敏度。“Ω/V数”简称“Ω/V”。“Ω/V”通常标明于万用表的表盘上，可借以推算

不同量程时电压表的内阻。

(3)交流电压测量电路。测量交流电压的原理(方法)与测量直流电压的原理(方法)基本相同，只是在测量电路中附加一整流电路，把交流电压变换为“直流”后再加到表头上。

图Ⅱ.2-5所示的是万用表测量交流电压的原理电路，图中采用的是半波整流电路，交流电正半周时，电流实际方向如实线箭头所示，负半周时电流实际方向如虚线箭头所示。万用表中还常用桥式全波整流电路，其原理如图Ⅱ.2-6所示。图Ⅱ.2-5交流电压测量电路图Ⅱ.2-6桥式全波整流电路

(4)测电阻电路(欧姆表原理)。欧姆表原理万用表测电阻是依据欧姆定律的原理，其测量电路如图Ⅱ.2-7所示。图中cd间为测量指示部分，实际上是直流电流测量电路。设其量程为Im,等效电阻为Rcd；R4是限流电阻；E是万用表内部电池的电压；A和B是万用表的两个测量端。图Ⅱ.2-7电阻测量电路设被测电阻Rx接于AB之间，由图Ⅱ.2-7得主回路电流为限流电阻R4的选择原则是当Rx=0(AB间短路)时使电流表指针满偏，此时(2-6)(2–7)式中,RT=R4+Rcd,为欧姆表内阻。引用上述关系，式(2-6)可改写为(2-8)可见，Rx≠0时，I＜Im，且对应每一个Rx值，主回路电流就有一确定值，表头指针也有相应的偏转角。若由式(2-8)求出一系列对应于不同Rx的电流，并在表

头刻度盘的各电流刻度上标以相应的欧姆值，就得到了图

Ⅱ.2-8所示的欧姆刻度，这样测量时就可根据电流表指针的指示直接读出被测电阻值Rx。

当Rx=RT时，主回路电流I=Im/2，欧姆表指针恰指中央位置，故内阻RT也称为中值电阻。图Ⅱ.2-8欧姆表刻度图Ⅱ.2-7中，电位器RP是用来调整零点的。调节电位器RP的滑动触点c的位置,可改变表头支路与R2支路的电流分配关系。只要设计得当，可保证在E的一定变化范围内，当Rx=0时，通过调节RP均可使指针指零。

由图Ⅱ.2-7可写出该欧姆表的中值电阻为(2-9)

多量程欧姆表欧姆表的刻度包含了0~∞的全部电阻数值，但是当被测电阻阻值很大或者很小时，因读数不易分辨，将导致大的测量误差。事实上，只有在相当于(1/5~5)倍中值电阻的阻值范围内，才能保证一定的测量准确度。图Ⅱ.2-9所示的是多量程欧姆表的线路，通过联动开关(共有两组触点，用虚线连接表示它们联动)可以变换量程。例如图中所示开关位于“×1k”位置，此时线路的中值电阻为10kΩ，即表盘中央刻度线“10”(如图Ⅱ.2-8所示)代表阻值应为10×1kΩ。图Ⅱ.2-9多量程欧姆表若开关置×100位置，可以看出在表头负端和电池正极间并接了电阻R7，使中值电阻减小为原来的1/10,为1kΩ。此时表盘中央刻度所代表的欧姆数也减小为原来的1/10，读数应为10×100Ω。

4.实验内容与步骤

1)组装万用表

本实验所用元件多数为插件式，按之前画好的连线图，将各元件插在实验板上适当位置。先组装电流表和电压表，待测试完后再组装欧姆表，并进行欧姆表的测试。

2)校验电流表量程

按图Ⅱ.2-10连接电路，其中标准表用万用表代替R1用

电阻箱，起保护作用;根据被校表量程选取适当的数值，使电源E在（0~6）V范围变化时，被校表刚能满偏。实验时注意电源E应由小到大，逐渐升高E值，使被校表达到满偏。然后在被校表量程范围内，等间隔地选5个点进行测试。将测试数据记入表Ⅱ.2-1中。图Ⅱ.2-10检验电流表量程电路

3)校验电压表量程

被校表与标准表并联后，接于稳压电源输出端。调节电源电压，比较两个表的读数。要求在量程范围内，等间隔地选5个测试点。数据表如表Ⅱ.2-1所示。

4)校验欧姆表

组装欧姆表内部电源用稳压电源，E=3V。当置RT=1kΩ挡位时，测试电阻箱分别取值为200Ω、500Ω、1kΩ、

5kΩ和10kΩ的数值；当置RT=10kΩ挡位时，电阻箱分别取值为2kΩ、5kΩ、10kΩ、50