萬用表設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上北 京 交 通 大 學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)題目 萬用表的設(shè)計(jì)與組裝 學(xué)院 班級(jí) 學(xué)號(hào) 姓名 首次實(shí)驗(yàn)時(shí)間 2012年 11 月 6 日指導(dǎo)教師簽字 萬用表的設(shè)計(jì)與組裝引言一實(shí)驗(yàn)任務(wù)：分析研究萬用表電路，設(shè)計(jì)并組裝一個(gè)萬用表。二實(shí)驗(yàn)要求：1 分析常用萬用表電路，說明個(gè)擋的夠功能和設(shè)計(jì)原理；2 設(shè)計(jì)組裝并校驗(yàn)具有下列四檔功能的萬用表。 （1）直流電流擋：量程1.00mA；（2）以自制的1.00mA電流表為基礎(chǔ)的直流電壓檔：量程2.50V。（3）以自制的1.00mA電流表為基礎(chǔ)的交流電壓檔：量程10.00V。(4）以自制的1.00mA電流表為基礎(chǔ)的電阻檔（×

2、100）電源使用1.5V電池。3給出將×100電阻檔改造為×10電阻檔的電路。三主要儀器：表頭，導(dǎo)線若干，電阻箱若干，萬用表。四常用萬用表電路的分析：1、圖1是簡易萬用表及歐姆表的實(shí)驗(yàn)電路。電流，電阻，電壓等被測信號(hào)經(jīng)過輸入電路和變換電路后，變成微安級(jí)電流，再流經(jīng)表頭，使指針偏轉(zhuǎn)，通過歐姆定律等電學(xué)公式的計(jì)算轉(zhuǎn)換，從而指示出被測量值圖12、直流電流擋原理如圖1-1，在微安電流表頭上并聯(lián)一個(gè)適當(dāng)?shù)姆至?電阻R，從而達(dá)到擴(kuò)充量程的目的。由公式I=Ig+IR=Ig+RgRIg=R+RgRIg可知，電流表的量程為原量程的 R+RgR 倍。圖1-1直流電壓擋原理如圖1-2，在表頭串聯(lián)

3、一個(gè)適當(dāng)大的分壓電阻，使經(jīng)過表頭的電壓降低，擴(kuò)充了它的量程。由公式U=Ug+UR=IgR+Rg=Ug1+RRg可知，串聯(lián)一大小為R的電阻，電表的量程變?yōu)樵瓉淼?+RRg倍。圖1-23、交流電壓擋原理如圖1-3，由于表頭只能流過直流電，因此測量交流時(shí)還需要一個(gè)整流電路。萬用表中一般采用通過串并聯(lián)的兩個(gè)二極管半波整流的形式將交流變?yōu)橹绷?。?dāng)被測交流電處于正半周時(shí)，電流經(jīng)分壓電阻及整流二極管V2流經(jīng)等效表頭，表針偏轉(zhuǎn)；而在被測交流電的負(fù)半周。電流直接從二極管V1流過分壓電阻。而不經(jīng)過表頭。U=120Umsintdt0.45U有效當(dāng)外電路交流電壓有效值為10V時(shí)，內(nèi)電路直流電壓為4.5V?？紤]到二極管

4、自身的電勢降0.6/2=0.3V，加在表頭上的電壓為4.2V。圖1-34、電阻擋原理如圖1-4，當(dāng)兩表筆短接時(shí)，調(diào)節(jié)R2的值，使電流表滿偏，有歐姆定律得：IR3+R電=E外接電阻時(shí)，有歐姆定律得：I1R3+R電+Rx=ERx=EI1-EI由公式易知電阻與電流非線性變化，所以表盤刻度不均勻，當(dāng)Rx=R3+R電時(shí)，電流表半偏，稱其為中值電阻。圖1-4實(shí)驗(yàn)方案： 用給定的表頭通過與相應(yīng)的電阻進(jìn)行串并聯(lián)可以組裝成有直流電壓、電流檔的萬用表。通過整流濾波電路可以組裝成有交流電壓檔的萬用表。該表頭的內(nèi)阻為Rg，滿偏電流為Ig。一：直流電流檔表頭滿偏電流較小，不能直接測量較大電流。因此需要小電阻分流。分流電

5、路如圖（a）。設(shè)直流電流檔的量程為I。并聯(lián)電阻為Rx。由歐姆定律的IgRg=I1Rg+1Rx.(1)GRx (a)由公式（1）可以求得Rx的理論值是Rx=IgRgI-Ig二：直流電壓檔由于表頭內(nèi)阻較小，滿偏電流也很小。因此滿篇電壓也很小則需串聯(lián)一個(gè)較大的電阻分壓。設(shè)直流電壓檔的量程為串聯(lián)電阻為Ry由歐姆定律得U=IRy+Ug.(2)其電路圖如圖（b）RyGGRx (b)則由式（2）可求得分壓電阻的理論值是Ry=U-IgRgI三：交流電壓檔 必須先把交流電壓轉(zhuǎn)為直流電壓再測其電壓。通過半橋整流電路可將交流電轉(zhuǎn)化為直流電。如圖（c） （c）電壓的有效值為U的交流電輸入后，經(jīng)半橋整流后得到電壓平均值

6、為E的直流電。四：電阻檔電阻檔是在自供電壓為E的直流電源下，與待測電阻串聯(lián)形成通路。再測量電阻。在兩極短接是電阻必須為零，故而電阻檔須有調(diào)零電阻。電阻檔電路圖如圖（d）GR2R1 (d)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一：制作可調(diào)電壓的直流電源二：制作量程1.00mA直流電流表并校驗(yàn)三：制作量程2.50V的直流電壓表并校驗(yàn)四：制作量程10.0V交流電壓表并校驗(yàn)五：制作×100擋的歐姆表并校驗(yàn)六：將×100電阻檔改造為×10電阻檔的電路實(shí)驗(yàn)步驟一：制作可調(diào)電壓的直流電源用以下電路圖轉(zhuǎn)交流為直流R測量得最大輸出電壓Um為 V二：制作量程1.00mA直流電流表并校驗(yàn)1設(shè)計(jì)和制作：按圖（a）組裝

7、電流表。測得表頭內(nèi)阻Rg= 表頭內(nèi)固定的電阻R= 則表頭實(shí)際內(nèi)阻為Rg= 表頭量程Ig= Ma則Rx= 用下圖電路進(jìn)行校驗(yàn)2校驗(yàn)GRXA（1）校準(zhǔn)方法：比較法（與標(biāo)準(zhǔn)萬用表比較）。（2）校準(zhǔn)要求：給出校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，畫出校準(zhǔn)曲線（折線）（3）校準(zhǔn)電路：將組裝表、標(biāo)準(zhǔn)表、限流電阻、電源接入電路（4）對(duì)組裝表實(shí)際量程的調(diào)整：組裝表、標(biāo)準(zhǔn)表均為1.00mA時(shí)方可進(jìn)行校準(zhǔn) 三：制作量程2.50V的直流電壓表并校驗(yàn)1設(shè)計(jì)和制作：在1mA電流表的基礎(chǔ)上組裝2.50V的電壓表按圖（b）組裝電路可得Ry=U-IgRgI= 按下圖進(jìn)行分刻度校驗(yàn)RgRxGVR2校驗(yàn)（1）校準(zhǔn)方法：比較法（與標(biāo)準(zhǔn)萬用表比較）。（2）校準(zhǔn)

8、要求：給出校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，畫出校準(zhǔn)曲線（折線）（3）校準(zhǔn)電路：將組裝表、標(biāo)準(zhǔn)表、所得的1mA電流表、電源接入電路（4）對(duì)組裝表實(shí)際量程的調(diào)整：組裝表、標(biāo)準(zhǔn)表均為2.5V時(shí)方可進(jìn)行校準(zhǔn) 四：制作量程10.0V交流電壓表并校驗(yàn)1半波整流后的正弦電流有效值和平均值的關(guān)系交流電流的有效值按電流的熱效應(yīng)來規(guī)定，定義為： 因此，有效值也叫均方根值有效值的意義是：在一個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)，交流電流 通過電阻R產(chǎn)生的熱量與穩(wěn)恒電流 通過同一個(gè)電阻 產(chǎn)生的熱量相等或者說，就電流通過電阻產(chǎn)生的熱量說， （變化）與 （穩(wěn)定）等效類似地，交流電壓、交流電動(dòng)勢的有效值定義為： 不同波形的交流電，有效值與最大值的關(guān)系不同對(duì)正弦交流電

9、， ，由定義得： = 即正弦交流電的有效值等于最大值被 除對(duì)正弦交流電，由定義得： = = = 0×637Im正弦交流電的有效值與平均值之比為： 經(jīng)過半波整流后=*0.452設(shè)計(jì)和制作由于整流后的電流是平均值，則有I均=0.45I有效并且考慮到二極管的降壓作用降壓 0.3 v則10v交流電壓經(jīng)整流后對(duì)表頭的作用只換句話說10v交流電壓經(jīng)半波整流后作用于表頭時(shí)指針偏轉(zhuǎn)角相當(dāng)于 4.2 v直流電壓作用下的偏轉(zhuǎn)角。則有R串=UI-RA= 用如下電路圖進(jìn)行校驗(yàn)GRxR串V3校驗(yàn)（1）電路：半橋整流，只有半個(gè)周期電流通過毫安表（2）交流電壓平均值：整流后的直流電壓是交流電壓的平均值, 平均值在

10、數(shù)學(xué)上的定義：（3）二極管正向壓降0.6伏則 （4）計(jì)算R（5）注意校準(zhǔn)電路中電源接法：電壓要可調(diào)五：制作×100擋的歐姆表并校驗(yàn)按圖（d）組裝電路即為×100擋的歐姆表。歐姆表自供電源為一節(jié) v的干電池。具體步驟為：（1）電源電壓：電源為1.5伏電池，計(jì)算時(shí)取1.3伏（2）R1取最大值（3）校準(zhǔn)：用電阻箱進(jìn)行校準(zhǔn)，將其作為被測電RX接入電路；當(dāng)RX=0時(shí)，表頭指針應(yīng)滿偏，如不滿偏，應(yīng)調(diào)整調(diào)零電位器使其滿偏，然后進(jìn)行校準(zhǔn)（4）校準(zhǔn)曲線：與電流、電壓不同，因?yàn)镽X與I不是簡單的反比關(guān)系（5）中值電阻：當(dāng)被測電阻RX等于電阻表內(nèi)阻時(shí)，指針指在表盤的中心位置，此時(shí)的阻值為電阻表的

11、中值電阻實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析1 制作直流電流表Rg=0.949kIg=500AR串理=0.9454kR串實(shí)=200（調(diào)零電阻）+0.760 k（電阻箱）=960格數(shù)100160240300380460500I測（mA）0.2000.3200.4800.6000.7600.9201.000I標(biāo)（mA）0.2060.3920.4950.6220.7600.9101.000I差(mA)-0.06-0.072-0.015-0.0220.0000.0100.000表-1 直流電流表測量值于是得到校準(zhǔn)曲線2制作2.5V直流電壓表R串理=2.0kR串實(shí)=1900格數(shù)100140200260340400500v

12、測（v）0.500.701.001.301.702.002.50v標(biāo)（v）0.490.711.021.311.702.02.51v差(v)0.01-0.01-0.02-0.010.000.00-0.01表-2 直流電流表誤差值于是得到校準(zhǔn)曲線3。10V交流電壓表R實(shí)=2980格數(shù)0100200300400500V測（v）02.004.006.008.0010.00V標(biāo)（v）02.514.306.277.9710.00V差（v）0-0.51-0.30-0.270.030.00表3 電壓表電壓測量值于是得到交流電壓表的校準(zhǔn)曲線4組裝歐姆表R理=1300-960/2=820電流計(jì)格數(shù)50040030

13、0250200100理論值電阻/0330840 1180 1880 5100 表-4 歐姆表測量值5將X100擋歐姆表改裝成X10擋歐姆表設(shè)計(jì)方案 設(shè)歐姆表內(nèi)電源電壓為1.3V，R5=820，若改裝成X10擋時(shí)，當(dāng)電流表表頭指針半偏時(shí)，接入測量電阻Rx應(yīng)該為118.0，由電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)知道，此時(shí)應(yīng)該給原來測量端口并聯(lián)一電阻，設(shè)為R6。 于是得電路圖為：圖-10 歐姆表改裝電路圖 由集總參數(shù)電路原理得公式：R6×RxRx+R6=Rx 將半偏值代入得R6=131.11，于是得到當(dāng)并聯(lián)一個(gè)這樣的電阻的時(shí)候能夠達(dá)到X10擋的效果，改裝完畢。萬用表使用說明：（1） 由于儀器限制電表測量值與真實(shí)值

14、之間存在誤差。因此在校驗(yàn)時(shí)給出了校驗(yàn)曲線，誤差、真實(shí)值、測量值之間的關(guān)系為真實(shí)值=測量值- 誤差（誤差即為校驗(yàn)曲線中的縱坐標(biāo)）。（2） 使用電表時(shí)請(qǐng)注意各表量程。使用交流電壓表時(shí)由于二極管的原因請(qǐng)不要測量較大的交流電壓以防電壓擊穿二極管。（3） 歐姆表的調(diào)零電阻設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)內(nèi)置在表頭內(nèi)，所以各表切換時(shí)不會(huì)有影響，應(yīng)注意使用歐姆表時(shí)兩表筆短接用調(diào)零電阻調(diào)零。（4） 由于歐姆表制作較粗糙，只能用于粗側(cè)電阻。若要精測電阻請(qǐng)使用更精密的儀器。參考資料 磁電式萬用表的組裝調(diào)試經(jīng)驗(yàn) 張艷雯 長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002(3)：27-28. 1.11大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 成正維 牛原主編 北京交通大學(xué)出版社 2010年5月第一版基礎(chǔ)電路分析 聞躍 高巖主編 北京交通大學(xué)出版社 2003年10月第二版實(shí)驗(yàn)總結(jié)這是到大學(xué)以來第一次做這種設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候真的感覺到無從下手，不得不從網(wǎng)上查找資料，去圖書館翻閱書籍，向?qū)W長請(qǐng)教做實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)的思路等等。經(jīng)過一番努力，也終于完成了最初的設(shè)計(jì)報(bào)告，雖然隊(duì)員里和具體思路及操作還有諸多不解。也真的很慶幸選上了王老師的實(shí)驗(yàn)課，老師不僅能把實(shí)驗(yàn)的操作和原理講解的十分透徹清晰，更能在過程中教育我們?cè)撛鯓訉?duì)待學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)，讓我不禁思考自己的學(xué)習(xí)的方法和態(tài)度頓時(shí)慚愧不已又對(duì)老師多了許多的敬意。