万用表设计实验报告——

0万用表设计实验报告姓名：学号：1110190219时间：2013/4/20指导老师：徐行建任务单：070号万用表设计实验报告1任务单：070号一、已知参数：1．每人的任务条(每人不同，最后将任务条并设计作业一齐订好上交！)A．直流电流档的引入电流0.20mA(每人不同)B．测量机构总阻值（内阻+附加电阻=电阻Rg=3.2KΩ，每人不同）2．公共参数(每人相同)A.测量机构的电流灵敏度：满刻度电流IS=50μAB．DC．A：：2.5级1mA10mA5AC．DC．V：：2.5级2.5V10V250V输入阻抗为：1/ISD．AC．V：5.0级D10V50V250V1000V输入阻抗为；4KΩ/v整流系数为：0.441，二极管正向电阻为：600Ω交流调节电阻为2K～3KE．DΩ．：2.5级×1×10×100（扩展量程×1K）电阻中心值：22Ω工作电池：1.6～1.2V二、各量程的元件参数设计：1．DC.A量程的元件参数设计和分电路调试图：(1)DC.A量程的元件参数设计。设计一个多量程环形分流式直流电流表，如下图。设表头内阻为Rg，电流灵敏度为Ig，扩大的电流量程为I1、I2、I3、I引，计算各分流电阻R1、R2、R3、R4。1）当电流为I引时，万用表设计实验报告2Rs=R1+R2+R3+R4=Ig*Rg/（I引－Ig）=0.00005*3200/(0.0002-0.00005)=1066.67Ω2）当电流为I3时，R1+R2+R3=Ig*(Rg+Rs)/I3=0.00005*(3200+1100)/0.001=213.33Ω3）当电流为I2时，R1+R2=Ig*(Rg+Rs)/I2=0.00005*(3200+1100)/0.01=21.33Ω4)R1=Ig*(Rg+Rs)/I1=0.00005*(3200+1100)/5=0.0427Ω由2）3）4）可得R2==21.257ΩR3=192Ω5）R4=Rs-(R1+R2+R3)=853.34Ω（2）DC.A量程的分电路调试图：2．DC．V量程的元件参数设计和分电路调试图：（1）DC.V量程的元件参数设计。设计一个多量程直流电压表电路，如下图。万用表设计实验报告3设表头内阻为Rg，电流灵敏度为Ig。先计算R1R1=U1/Ig-Rg=2.5/0.00005-3200=46800Ω=46.8kΩ然后再用一段电路的欧姆定律分别计算R2，R3R2=(U2-U1)/Ig=(10-2.5)/0.00005=150000Ω=150kΩR3=(U3-U2)/Ig=(250-10)/0.00005=4800000Ω=4800kΩ（2）DC.V量程的分电路调试图：3．AC.V量程的元件参数设计和分电路调试图：（1）AC.V量程的元件参数设计。交流电压的分流电阻计算和直流相似。交流电压的分压电阻电路如下图。万用表设计实验报告4设表头内阻为Rg，电流灵敏度为Ig。1)根据给定的交流电压灵敏度（输入阻抗Z）计算出交流引入电流（二极管前）I=1/Z=1/4000=0.00025A2)由交流引入电流I计算出半波整流后的（二极管后）的电流Ik=I*0.435=0.00010875A3)计算分流电阻R=Ig*Rg/(Ik-Ig)=0.00005*3200/(0.00010875-0.00005)=2723.4043Ω4)可调电阻RP一般由经验取输入阻抗Z的一半RP=Z/2=2000Ω5)计算Uo=Ug+URP+UVD1。式中，Ug是测量机构内阻Rg上的电压；UR是电位器RP上的电压；UVD1是二极管VD1上的压降，硅管UVD1=0.65V。Uo=Ug+URP+UVD1=Ig*Rg+RP*Ik+UVD1=0.00005*3200+2000*0.00010875+0.65=1.025V6)参考上图，计算各分压电阻：R1=(U1-Uo)/I=(10-1.025)/0.00025=35900ΩR2=(U2-U1)/I=(50-10)/0.00025=160000ΩR3=(U3-U2)/I=(250-50)/0.00025=800000ΩR4=(U4-U3)/I=(1000-250)/0.00025=3000000Ω图中C为滤波电容，约为5uF，防止整流后的脉动波形使表的指针不停的小幅摆动，VD2为保护二极管。（2）AC.V量程的分电路调试图万用表设计实验报告54．Ω量程的元件参数设计和分电路图：(1)Ω量程的元件参数设计1.挡基本电路如上图所示是电阻档基本电路，其中RP为调零电位器；RP和Rd组成分流电阻。1)电位器RP触点移到b点，电池电压最高（E=1.6V）。此时分流电阻为Rb(分流电阻小，分流电流大)。2)电位器RP触点移到a点，电池电压最低（E=1.2V）。此时分流电阻为Rb+RP(分流电阻大，分流电流小)。3)电位器RP触点移到b、a之间，电池电压为标准（E=1.5V），此时分流电阻为Rb及RP的一部分之和。2.零支路电阻Rb和RP的计算万用表设计实验报告6各档电阻中心值：低倍率挡，R×1的电阻中心值RZ1=22Ω中倍率挡，R×10的电阻中心值RZ2=220Ω高倍率挡，R×100的电阻中心值RZ3=2200Ω最高倍率挡，R×1k的电阻中心值RZ4=22kΩ先以电阻测量高倍率档电阻中心值RZ3计算E不同时的电流，以保证Rx=0时能调零。例如，RZ3=2200时，（b点）Imax=1.6V/2200Ω=727μA，（a点）Imin=1.2V/2200Ω=545μA，（c点）I标＝1.5V/2200Ω=682μA。当已知流过表头满刻度电流为Ig，表头内阻为Rg时，计算如下1)当RP指在a点时的总分流电阻Rb+RP;Rb+RP=Ig*Rg/(Imin-Ig)=0.00005*3200/(0.000545-0.00005)=323.232Ω2)当RP指在b点时的分流电阻Rb;Rb=(Rb+RP)*Imin/Imax=323.232*0.000545/0.000727=242.313Ω3)计算分流电位器RP;RP=(Rb+RP)-Rb=80.919Ω3.串联电阻Rd的计算：串联电阻Rd是由低压高倍率的电阻中心值RZ3确定的。因为电位器RP是变数，设电位器RP触点在中间，阻值为RP/2，接入Rd后，该档的总内阻等于RZ3，因此有Rd=RZ3-(Rg+RP/2)*(Rb+RP/2)/[(Rg+RP/2)+(Rb+RP/2)]=1939.923Ω4.各倍率电阻的计算：各倍率电阻的电路如下图所示。1)设R1为中心电阻RZ1=22Ω时的并联电阻，考虑电池内阻ro一般为0.9~1.1Ω，从端口看RZ1-ro=RZ3//R。取ro=1Ω，则有万用表设计实验报告7R16=(RZ1-ro)*RZ3/[RZ3-(RZ1-ro)]=(22-1)*2200/(2200-(22－1))=21.202386Ω2)设R2为中心阻值RZ2=220Ω时的并联电阻，同样有R17=RZ2*RZ3/(RZ3-RZ2)=220*2200/(2200-220)=244.444444Ω3)设R3为中心阻值RZ2=2200Ω时的并联电阻，则有R18=RZ3*RZ3/(RZ3-RZ3)=∞4)设R1k为测量最高倍率档（R×1k）串联电阻，由于其电阻中心值太大，致使灵敏度降低到端口短接（RX=0）时也无法调零，故需增加电源电压。由于最高倍率档电阻中心值RZ4=22kΩ，比高倍率挡大十倍，因而电源电压也大十倍，选电源EE为15V的层叠电池，同时无分流电阻（R3=∞），可见最高倍率挡也无法分流电阻，工作电流与高倍率挡相同。则高倍率挡串联电阻R1k=RZ4-RZ3-REE=22000-2200-1000=18800Ω式中REE为电源EE的内阻，约为1kΩ。(2)Ω量程的分电路调试图三、总线路图万用表设计实验报告8四、校验图及达到的精度等级：1.DC.A校验图和校验精度等级的表格：万用表设计实验报告9接入电流源电流端接入电流A电流表输出电流μA理论输出电流μAI155050.05/316.6750/3≈16.66710/333.33100/3≈33.333I20.015050.00.01/316.6750/3≈16.6670.02/333.33100/3≈33.333I30.0015050.00.001/316.6750/3≈16.6670.002/333.33100/3≈33.333I引0.000205050.00.0001033.33100/3≈33.333DC.A准确度等级为±k%=0.03/50*100%=0.06%2.5%,满足要求。2.DC.V校验图和校验精度等级的表格：万用表设计实验报告10接入电压源电压端接入电压V电流表输出电流μA理论输出电流μAU12.55050.02.5/316.6750/3≈16.6675/333.33100/3≈33.333U2105050.010/316.6750/3≈16.66720/333.33100/3≈33.333U32505050.0250/316.6750/3≈16.667500/333.33100/3≈33.333DC.V准确度等级为±k%=0.03/50*100%=0.06%2.5%,满足要求。3.AC.V校验图和校验精度等级的表格：万用表设计实验报告111).10V交流电压挡检校：（合上1）U1/V电流表示数实验值/μA理论输出电流μA绝对误差/μA最大绝对误差/μA1051.3250.01.321.7910/314.8750/3≈16.667-1.7920/333.09100/3≈33.333-0.24AC.V10V挡准确度为：±k%=1.79/50*100%=3.58%5%,满足要求。2).50V交流电压挡校验(合上2)U2/V电流表示数实验值/μA理论输出电流μA绝对误差/μA最大绝对误差/μA5051.7550.01.751.7550/316.8350/3≈16.6670.16100/334.27100/3≈33.3330.94AC.V50V挡准确度为：±k%=1.75/50*100%=3.5%5%，满足要求。3).250V交流电压挡校验（合上3）：U3/V电流表示数实验值/μA理论输出电流μA绝对误差/μA最大绝对误差/μA25051.8950.01.891.89250/317.2150/3≈16.6670.54500/334.52100/3≈33.3331.19万用表设计实验报告12AC.V250V挡准确度为：±k%=1.89/50*100%=3.78%5%，满足要求。4).1000V交流电压挡校验(合上4)U4/V电流表示数实验值/μA理论输出电流μA绝对误差/μA最大绝对误差/μA100051.9050.01.901.901000/317.2650/3≈16.6670.592000/334.56100/3≈33.3331.23AC.V1000V挡准确度为：±k%=1.90/50*100%=3.8%5%，满足要求。4.Ω校验图和校验精度等级的表格：万用表设计实验报告131).1.2V档调零中心电阻值/Ω电流表输出电流/μA2249.9422049.94220049.9422000/2).1.6V档调零中心电阻值/Ω电流表输出电流/μA2250.9722050.97220050.9722000/万用表设计实验报告144).22Ω校验：RX/Ω电流表示数实验值/μA理论值/μA绝对误差/μA最大绝对误差/μA2223.46250.541.031132.2933.331.036611.7312.500.85.539.54400.461107.828.330.51仪表准确度为：±k%=1.03/50*100%=2.06%2.5%，满足要求。5).220Ω校验RX/Ω电流表示数实验值/μA理论值/μA绝对误差/μA最大绝对误差/μA22024.54250.460.811032.6933.330.6466012.2912.500.215539.20400.811008.1978.330.13