-简易万用表的设计组装和使用

本科毕业论文(设计)题目：简易万用表的设计组装及使用学院：物理与电子科学学院班级：2010级物理学二班姓名：李武善指导教师：孙祝职称：副教授完成日期：2014年5月15日简易万用表设计组装及使用摘要：随着人们生活水平逐渐的升高，越来越多的家用电器走进了我们的日常生活，常用的各种仪器仪表成为生活中必要的工具。本文主要研究了常用工具万用表的原理，并根据日常生活中常用到的几种功能设计了简易的万用表，这样既经济又方便。关键词：高灵敏度磁电系直流微安表、电流表、电压表、欧姆表目录引言................................................................................................................................11.万用电表的基本结构...............................................................................................11.1表头内阻测量........................................................................................................11.2把表头改装为大量程电流表................................................................................21.3把表头改装为电压表............................................................................................31.4将表头改装为可以直接测电阻的欧姆表............................................................32.简易万用表设计和分析.............................................................................................52.1直流电流挡:..........................................................................................................62.2直流电压挡............................................................................................................62.3欧姆挡的分析........................................................................................................73.简易万用表的使用：.................................................................................................83.1万用表使用时注意的事项....................................................................................93.2检查二极管、三极管及稳压管的质量.............................................................93.3测电容（喇叭好坏和扬声器正负极）................................................................93.4检查电路故障......................................................................................................103.4.1电压检查法.....................................................................................................103.4.2电阻检查法.....................................................................................................104总结...........................................................................................................................11参考文献......................................................................................................................111引言：万用表是一个多用途、多量程的测量仪器,在各种生产实践和科学实验中都是不可缺少的检测仪表之一。另外随着家用电器的不断增多，万用表也渐渐地走进了我们的日常生活，为我们日常的简单修理提供了很大的帮助。万用表不但可以用力测电压，电流，还可以用来测量电阻等，对二极管、三极管的质量，电路中各个原件的好坏和原因的察看，万用表都是一个优先选择的仪器。万用表的出现由以前的多表测量改进为一表多测，是一个非常实用而且方便的仪表。1.万用电表的基本结构：简易万用表的基本结构是把高灵敏度的磁电系直流微安表当作表头。如果有很小的电流通过表头时，微安表的指针就会有一定的偏转，但是电流不能太大。所以要在表头串联或并联电阻来分压或分流。从而能够测量出电路中的电阻、电压、电流，下面对万用表基本结构进行详细的介绍。1.1表头内阻测量：万用电表的表头是一个高灵敏度磁电系直流微安表（内阻很小的电流表）,表头量程越小,灵敏度越高。表头的灵敏度和内阻是如何设计万用电表的依据,所以在制作电表前必须先测出表头内阻,我们采用电桥法来计算表头内阻。图1-1电桥法测量表头内阻如上图1-1所示，Rm是表头的内阻,012RRR分别是定值电阻，当表头读数为零时，此时就可以得出表头内部电阻的阻值。202RR并联，1mRR并联。所以：20UU1MUU（1-1-1）2200IRIR11MMIRIR（1-1-2）因为表头示数为零，说明此时没有电流通过表头,则：12II0MII（1-1-3）带入上面式子可得：120MIRIR11MMIRIR（1-1-4）两式相比：021MRRRR（1-1-5）所以:012MRRRR（1-1-6）1.2把表头改装为大量程电流表：要想把表头改装成一个大量程的电流表，就要增大通过电流表的电流，此时，就得并联一个更小的电阻，其起到分流的作用。如下图所示：图1-2将表头改装成大量程电流表电路图通电后使表头指针达到满偏，此时通过电阻R的电流为：3GGRIRRI（1-2-1）所以：GGRIRIR（1-2-2）则改装后的电流表最大量程为：GGRGRRIIIIR（1-2-3）知道最大量程后，把原表头上的刻度均匀标上数字，这样就可以得到一个新的电流表。1.3把表头改装为电压表：为了可以使表头可以承受较大的电压，需要串联一个阻值比较大的电阻，起到分压作用。如下图所示：图1-3将表头改装成电压表通电后使表头达到满偏，此时通过的电流为GI那么表头和电阻R两端的电压之和就是此时改装过电压表可以测的最大电压：GGUIRR（1-3）计算出最大电压后.把表头上以前的刻度数值改为电压数值，就可以制作出一个可以测量电压的电压表。1.4将表头改装为可以直接测电阻的欧姆表：前面介绍了如何将表头改装为大量程的电流表和电压表，在上述情况中外电4路是存在电源的，在测量电阻时外电路中无电源，这就要求万用表中存在电源，现在我们分析一下欧姆表电路。如下图所示：图1-4-1将表头改装成欧姆表常用干电池电压约为1.5EV内阻0.5r，1R为滑动变阻器（可调电阻），表头（C31-μA）内阻为7.5GR，满偏电流10GImA,那么在不接入外电阻Rx的情况下移动滑动变阻器划片使表头指针满偏，此时可以知道滑动变阻器接入的电阻1R为：1GGERRrI=142（1-4-1）接着不动滑动变阻器的滑片，接入未知电阻XR，那么只要接入电阻，表头的指针就会偏离原来位置，并且可以得到读数，从而可以求出未知电阻XR的大小为：1XGERrRRI（1-4-2）由上式可以得出：1.当电流达到最大值即I=10mA时，未知电阻XR=02.当表头指针半偏即5ImA时，未知电阻XR=1503.当0I时，R从上面三个结论可以知道，滑动变阻器的阻值与电流的关系是一一对应的，但是我们很快可以发现一个问题，电流是有固定范围的，而电阻的范围是由零开始指向无穷大的，用图像表示为：5图1-4-2电阻和电流关系曲线欧姆表的最小量程是零，最大量程为，故此欧姆表的表盘刻度是不均匀的。越到左边刻度越密集，中间的刻度还是比较均匀的。图1-4-3欧姆表表头刻度2.简易万用表设计和分析：简易的万用表是电压表、电流表、欧姆表三个表组合到一起共用一个表头，再加上转换开关、机械调零旋钮、欧姆调零旋钮、档位选择开关，就可以成为一个万用表，其电路设计如下图所示：6图2-1简易万用表电路图2.1直流电流挡:根据欧姆定律可以导出，多挡电流表的各个档位的电流量程iI和该量程的分流电阻siR的积iIsiR是一个定值ggsIRR，sR就是与表头并联的电阻的总的阻值，从图中可以看出123sRRRR,令0gsgisiVRRIIR为回路电压，那么就有siR=0V/iI，那么就可以得到各个量程的扩容电阻为：112S2S13S3S2R=RR=R-RR=R-Rs（2-1）其中S11S212S3123R=R,R=R+R,R=R+R+R2.2直流电压挡：在直流电压挡中存在两个重要的参数:1.其中电压表每伏欧姆数:它是在1伏特电压作用下,使表头指针满偏所需的电阻值,其值为电压表的工作电流gVI的倒数,即：gVgVgV=1/I=R/V（2-2-1）2.电阻PR:由欧姆定律不难导出,各档的分压电阻PiR可由下式求出:PiXR=(V-V)前（2-2-2）式子中的XV为电压测量挡的量程，V前是前一个测量挡的量程。根据上面式子可以推出各个电压档位的扩程电阻为：711gvP221P332P443R=R=R=R=..............PVVVVVVVV（2-2-3）2.3欧姆挡的分析：图2-3欧姆挡电路图把万用表的欧姆挡原理部分提取出来我们进行仔细的分析。如上图所示，在不计电池内阻的情况下，欧姆挡的设计主要从以下三个方面去考虑：中值电阻ZR的设计值，中值电阻表示当外电阻阻值等于中值阻值时，即=ZXRR时，表盘中的指针会指向中心位置，所以，中值电阻的阻值就是该欧姆表的阻值之和。先外接电阻，使指针指向中间位置，然手使XR=0，在电池电动势的变化过程中回路中的电流的平均值I应该是满偏电流gI的两倍，因此中值阻值的大小可以利用下面的公式得到：g2ZEERII（其中E=1.4V）（2-3-1）万用表在使用一段时间后电池的电动势会降低，为了保证电池由新的电动势maxE=1.6V降到minE=1.2V时,欧姆表能正常调零,0R应具有的调整范围。那么调零电阻有：000minmaxmi