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工程教育初级报告word资料24页
万用电表原理
一.万用表的组成
1.表头:
1)用途:
指示被测得数值
2)测量机构:
多采用高灵敏度的磁场系测量机构
(注:
灵敏度即万用表最小量程)
3)满偏电流:
数微安到数百微安,满偏电流越小,表头灵敏度越高。
本表头满偏电流为83.3µÀ,在一般指针式万用表中属中档灵敏度。
4)选择原则:
灵敏度越高越好
原因:
万用表在用于测量时,要从被测电路中获取能量,用以推动表针偏转,这一能量越小,对被测电路影响越小,测量结果越准确。
2.测量电路
1)用途:
通过测量线路的转换,把各种被测量(电压、电流或电平等)转换成表头偏转的直流微小电流,实现万用表的多功能测量,并且有多种量限(或称满量程)。
2)组成:
多用各种规格的电阻原件组成(如绕线电阻、金属膜电阻、电位器等),在特殊测量中也会用到其它电子器件,如测量交流电压的整流原件,测量电阻的内置电池,测量交流电流的交流电流互感电感。
3.转换开关
1)用途:
是万用表选择不同测量功能和不同量限时的电路切换器件。
2)工作原理:
转换开关通常采用多刀,多掷波段开关或专用的转换开关,通过旋转开关可以使万用表测量线(俗称表笔)与表内不同的测量线路接通,以满足不同的测量要求。
而此次安装的MF-50型万用表,是利用印刷版铜箔作为固定触点,而三头簧片作为旋转触点构成的专用旋转开关,共有18个档位,提供5种不同的测量功能。
二.测量电路原理分析
如上图所示为MF-50型万用表的电路原理
由图可知:
1).表头灵敏度:
83.3µÀ
2)内阻(偏转线圈铜阻):
约1200Ω左右
3)满偏时表头两端电压:
83.3µÀХ1200Ω=100mV
注:
该电压并不能使并于表头二端的二极管产生电流,而电容在直流电压作用下相当于开路。
(下面原理分析中,忽略此些器件的存在)
1.直流电流的测量线路(DCA)
此图利用闭路分流法,以达到量程扩展。
图中,表头与W2串联组成——满偏电流83.3µÀ,内阻为1500Ω的基本表。
测量电路采用环形分流式电路,显然为满足“A点”与“*”间流过100µÀ时的表头满偏。
则并联电阻总值应为:
R并=83.3µÀХ1500Ω/(100-83.3)µÀ=7500Ω
其中:
R并=R1+R2+…..+R8
此时,回路环阻总值为9KΩ,在此状态下我们可以求出每一测量档分流电阻的值。
设:
RN为第n档分流电阻总值(单位为Ω)
IN为第n档电流测量满度值(单位为mA)
则当第n电流测量档表头只是满度时应有下式:
(9KΩ-RN)Х83.3µÀ=(IN-83.3µÀ)RN
9KΩХ83.3µÀ-RN83.3µÀ=INRN-83.3µÀRN
RN=9KΩХ83.3µÀ/IN
根据上式我们可以求得:
第一档I1为2.5A,可得R1=0.3Ω
第二档I2为250mA,可得R2=3Ω
第三档I3为25mA,可得R3=30Ω
而具体的Rn则为RN与RN-1的差值,即:
Rn=RN-RN-1
于是我们可得:
R1=0.3Ω,R2=2.7Ω,R3=27Ω,余类推。
同样,根据上述分析,我们可以求出环型分流电路中任一点接入时的满偏电流值。
即:
IN=9KΩХ83.3µÀ/RN
式中:
R并=R1+R2+…..+R8
IN为此接入端对应的满偏电流值。
据此可求得:
R5与R6中间“B点”接入时的满偏值为:
250µÀ
R7与R8中间“C点”接入时的满偏值为:
112µÀ
2、直流电压的测量线路(DCV)
图中:
直流电压基本测量电路的表头分流接入端为A,此时的满偏电流为100µÀ,只要在A端串入相应的分压电阻,即可构成不同量程的电压表。
根据前述,制成的电压表对被测电路的影响越小越好,对电压表而言,内阻越大,从电路分走的电流越小。
本直流电压表的表头分流电路接入点电流满度为100µÀ,因此串入的分压电阻每分得1V电压所需的电阻值为:
1V/100µÀ=10KΩ,或称电压测量灵敏度为10KΩ/V
此值是表示电压表性能好坏的重要指标,此值越大,电压表性能越好。
如图:
A端与“*”间的等效电阻值为7.5KΩ//1.5KΩ,而任一电压测量档的总电阻为:
RVN=VN/100µÀ
式中:
VN为该测量档表头满偏电压值。
实际应串入的电阻值为:
RVN=RVN-1.25KΩ
本表的最低直流电压测量档的满度为2.5V。
所以R12=2.5V/100µÀ-1.25KΩ=25KΩ-1.25KΩ=23.75KΩ,由于不同量程的测量档其接入电阻是串联累加的,故相邻两测量档的串入电阻值应为:
R=(VN-VN-1)/100µÀ
本表2.5V档的相邻档满度电压值为10V,从上面分析可知:
R11=(10-2.5)V/100µÀ=75KΩ
依次可计算出:
R10=400KΩ,R9=2MΩ
必须指出,1000V直流电压档的表头分流接入端为B点,此时满偏电流为250µÀ,因此,该档应串入的电阻总值为4MΩ,本表借用了交流测量线路的分压电阻,它们的测量电阻和正好为4MΩ。
此时的电压测量灵敏度为4KΩ/V。
显然,如果在250V与1000V相邻档间串联R*,(如上图中虚线所示)同样可以获得满偏为1000V的测量范围,且测量灵敏度也高。
但是
(1)此时计算出的R*应为7.5MΩ,通常高值电阻的精度较低,印刷电路的基板绝缘对其影响较大。
该电阻二端要降去750V电压,对普通小型电阻器难以接受。
而采用现在的电路,则可避免上述弊病。
3、交流电压的测量线路(ACV)(交流定义:
方向随时间有规则变化)
从图中可见,线路中引入了D1和D2对正弦电压进行整流。
当被测电压在正半周时,D2导通,产生的电流推动表头偏转;当被测电压在负半周D1导通,产生的电流流回“*”端。
对表头电路而言,D2构成的仅是半波整流(半波整流后的直流电压平均值仅为实测电压有效值的0.45倍,流过表头电路的平均电流亦仅为实测电流有效值的0.45倍。
又从前面直流1000V的测量线路借用交流测量分压电阻可知,交流测量时的电压灵敏度也为4KΩ/V,即任一档满幅测量时的电流有效值应达250µÀ,而流经表头电路的平均电流只有(250Х0.45)µÀ=112µÀ,因此本测量电路的半波整流输出在表头分流电路的接入端改为C点,(即前面分析的R7与R8中间),正好满足表头满偏112µÀ的要求。
4、电阻测量线路:
注:
电阻是无源器件,不可能为电表提供能量,为使测量时表头偏转,电表内必须内装电池。
我们知道,万用表用于电阻测量时,表笔短接,表头满偏,表指针值为0;当接入被测电阻时,回路电流减小,表针偏转减小,指示值增加,被测电阻越大,回路电流越小,表针偏转越小,指示值越大。
欧姆表中值电阻:
MF-50型万用表表面Ω刻度线中值为10;即档在×1Ω档时指示此值为10Ω;×10Ω档时指示此值是100Ω。
余此类推。
图中可见,在测量回路中串入了1.5V电池,当测量端接入电阻,回路电流即可推动表头偏转。
分析R×1KΩ时的电路原理:
图中开关所呈位置为R×1KΩ状态,在“+”端间接入10K电阻,应使表针指示为中值,当短接此二端,应使表针满偏,显然此时测量线路的内阻与被测电阻相等,也为10K。
由此可知,满偏时的电流值应为:
1.5V/10K=150µÀ
在环形分流电阻中寻找合适的接入点,使其满足测量回路电流为150µÀ即可,在此接入状态下计算出表头电路等效内阻再串入R24,使其总电阻正好为10K即完成了R×1KΩ档的设计。
当IN=150µÀ时,可求得RN=5KΩ
此时表头电路内阻为5KΩ//(9KΩ-5KΩ)=2.23KΩ
R24=10KΩ-2.23KΩ=7.77KΩ
由下图可见,当转换开关置于R×100Ω时,实际在×1KΩ测量基础上再并联R22作为分流电阻而构成:
据前分析,此时表的中心值电阻应为1KΩ,相应测量表内阻也应为1KΩ,短接测试时满偏电流值应为:
1.5V/1K=1.5µÀ
根据分流原理,R22应分流掉1.35mA,则:
R22=10K×150µÀ/1350µÀ=1.11KΩ对于R×10Ω与R×1Ω档,计算方法类似。
在R×10K档时,中值电阻应为100K,电阻测量线路内阻也为100K。
为使表头达到满偏,原来的1.5V电压显然不够,本表采用15V电池(迭成电池)串入R23并利用×1K档的环型分流电阻接入端,可满足此档要求。
遇到的问题
1.直流电流测量时如何改变电流测量范围?
在表头并联一个适当的电阻进行分流,扩展电流量程。
改变分流电阻对的阻值,就能改变电流量程范围。
2.直流电压测量时如何改变电压测量范围?
在表头上串联一个适当的电阻进行降压,扩展电压量程。
改变倍增电阻的阻值,就能改变电压的测量范围。
3.交流电压测量时如何改变电压测量范围?
因为表头是直流表,所以测量交流时,需加一个并、串式半波整流电路,将交流进行整流变成直流后再通过表头,这样就可以直流电流的大小来测量交流电压。
扩张交流电压量程的方法与直流电压量程相似。
4.测电阻时如何改变电阻值的测量范围?
在表头上并联和串联适当的电阻,同时串接一节电池,使电流通过被测电阻,根据电流的大小,就可测量出电阻值。
改变分流电阻的阻值,就能改变电阻的量程。
MF-50万用表装调与校验
一.MF-50型万用表电原理图
二.
MF-50型万用表的印版土和元器件装配图及引线走向明细图
1号(80mm),引线接至表壳“2.5A”测试接线桩;
2号、3号(45mm),引线接至调零电位器W1两端;
4号(50mm),引线接至表壳“100µÀ”测试接线桩;
5号,此点不用引线,可直接由表头(+)极线接至此;
6号(130mm),引线接至表壳测试公共端“*”接线桩,同时将表头(-)极接至“*”端,晶体管测试端的PNP(e),NPN(c)也接至“*”端;
7号(150mm),引线接至表壳“+”测试接线桩,同时将1.5V电池座(-)极也接至“+”端;
8号(90mm),引线接至调零电位器W1中心端;
9号(110mm),引线接至15V电池座(+)极;
10号(90mm),引线接至1.5V电池座(+)极。
三.万用表的装配
1、清点配套元器件数量并按序标识电阻
(1)电阻(21个):
R10.3Ω(已装),R22.7Ω,R327Ω,R4270Ω,R52.7KΩ,R61.1KΩ,R7500Ω,R8800Ω,R92MΩ,R10400KΩ,R1175KΩ,R1223.8KΩ,R1343.2KΩ(已装),R1436.5KΩ,R15160KΩ,R16800KΩ,R173MΩ,R1820.5KΩ,R1986.6KΩ,R209.1Ω,R21100Ω,R221.1KΩ,R2388KΩ,R247.78K。
(2)W2620Ω(3)二极管IN40074只(4)电容1只
(5)线路板1块(6)电刷1只
(7)其他零件导线若干,内齿垫圈1只(黑色),M4螺母1只,M2.5螺钉2只,M3自攻螺丝3只
2、表头电流灵敏度测试
(1)测试原理:
两电流表串联,其电流相等。
(2)测试方法:
①将校准仪功能开关置DCI,量程选择100µÀ档。
②用螺丝刀调整表头机械零点;用校准仪输出红鳄鱼夹接表头红线,黑鳄鱼夹接表头黑线。
③接通电源开关,“内/外”控开关置外控,调节外控盒“粗、中、细”调电位器,使被测电表满度,此时,校准仪读数即为被测表头灵敏度,一般为83µÀ左右,如过分偏离则表头不能用。
(3)测试结果:
万用表表头电流灵敏度为81.8µÀ。
(4)注意事项:
校准仪输出为恒
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