万用表设计实验报告.pdf

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1、三用表的设计三用表的设计任务单：任务单：238238 号号1 1表头满偏电流表头满偏电流 5050 A A2 2DC.ADC.A：引入电流：引入电流 0.18mA0.18mA3 3表头内阻表头内阻+附加串联电阻为附加串联电阻为 Rg=3Rg=3。3K3K一、一、已知参数：已知参数：1 1每人的任务条每人的任务条（每人不同，最后将任务条并设计作业一齐订好上交（每人不同，最后将任务条并设计作业一齐订好上交!)!)A A直流电流档的引入电流直流电流档的引入电流 0.18mA0.18mA（每人不同）（每人不同）B B测量机构总阻值（内阻测量机构总阻值（内阻+附加电阻附加电阻=电阻电阻 RgRg 3.3

2、K 3.3K，每人不同），每人不同）2 2公共参数（每人相同公共参数（每人相同)A.A.测量机构的电流灵敏度：满刻度电流测量机构的电流灵敏度：满刻度电流 I IS S5050 A A（每人不同（每人不同)B BDCDCA A：2.52.5 级级1mA1mA10mA10mA5A5AC CDCDCV V：2 2。5 5 级级 2 2。5V5V10V10V250V250V 输入阻抗为输入阻抗为:1/I1/IS SD DACACV V:5.0:5.0 级级 10V10V50V50V250V250V1000V1000V输入阻抗为；输入阻抗为；4K4K/v/v整流系数为：整流系数为：0.4410.441，

3、二极管正向电阻为：，二极管正向电阻为：600600交流调节电阻为交流调节电阻为 2 K3K2 K3KE E：2 2。5 5 级级1 11010100100（扩展量程（扩展量程1K1K）电阻中心值：电阻中心值：2222工作电池：工作电池：1.61.61.2V1.2V二、各量程的元件参数设计：二、各量程的元件参数设计：1 1DCDC。A A 量程的元件参数设计和分电路调试图：量程的元件参数设计和分电路调试图：（1)DC.A1)DC.A 量程的元件参数设计。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

4、引,计算各分流电阻 R1、R2、R3、R4.1 1）当电流为 I 引时，Rs=R1+R2+R3+R4=IgRg/(I 引Ig）=0.00005*3300/(0.00018-0。00005）=1296。23082 2）当电流为 I3 时，R1+R2+R3=Ig（Rg+Rs）/I3=0.00005*(3300+1296。2308)/0。001=229.81153)3)当电流为 I2 时，R1+R2=Ig*(Rg+Rs）/I2=0.00005*（3300+1296。2308）/0。01=22.98114)4)R1=Ig(Rg+Rs)/I1=0.00005*(3300+1296.2308）/5=0。0

5、4596由 2）3)4）可得R2=22。9811-0.04596=22。9351R3=229.8115-22.9811=206.83045 5）R4=Rs（R1+R2+R3)=1296.2308-229.8115=1066.4193（2)DC.A2)DC.A 量程的分电路调试图。量程的分电路调试图。2 2DCDCV V 量程的元件参数设计和分电路调试图：量程的元件参数设计和分电路调试图：（1)DC.V1)DC.V 量程的元件参数设计。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。设表头内阻为 Rg，电流灵敏度为 Ig。先计算 R1R1=U1/Ig-Rg=2.5/0.00005330

6、0=46700然后再用一段电路的欧姆定律分别计算 R2，R3R2=（U2U1）/Ig=（10-2。5）/0.00005=150000R3=(U3U2）/Ig=(25010）/0.00005=4800000（2 2）DC.VDC.V 量程的分电路调试图：量程的分电路调试图：3 3ACAC。V V 量程的元件参数设计和分电路调试图量程的元件参数设计和分电路调试图:（1)AC.V1)AC.V 量程的元件参数设计。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。设表头内阻为 Rg，电流灵敏度为 Ig。1)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

7、（二极管前）I=1/Z=1/4000=0。00025A2)2)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 3）计算分流电阻R=IgRg/(IkIg）=0.00005*3300/(0.00010875-0。00005）=2808.5106384 4）可调电阻 RP 一般由经验取输入阻抗 Z 的一半RP=Z/2=20005)5)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*

8、Rg+RP*Ik+UVD1=0。000053300+2000*0.00010875+0。65=1。0325V6)6)参考上图,计算各分压电阻：R1=(U1-Uo)/I=(101.0325）/0.00025=35870R2=（U2-U1）/I=(50-10）/0。00025=160000R3=(U3-U2）/I=(25050)/0。00025=800000R4=（U4U3)/I=(1000-250）/0.00025=3000000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(2）AC.VAC.V 量程的分电路调试图量程的分电路调试图

9、4 4 量程的元件参数设计和分电路图：量程的元件参数设计和分电路图：（1)1)量程的元件参数设计量程的元件参数设计1 1。挡基本电路。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 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 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)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。2.2.零

10、支路电阻零支路电阻 RbRb 和和 RPRP 的计算的计算各档电阻中心值：低倍率挡,R1的电阻中心值 RZ1=22中倍率挡，R10的电阻中心值 RZ2=220高倍率挡，R100的电阻中心值 RZ3=2200最高倍率挡,R1k 的电阻中心值 RZ4=22k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/2200=727A,（a 点)Imin=1。2V/2200=545A,（c 点）I 标1。5V/2200=682A。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)1)当 RP

11、 指在 a 点时的总分流电阻 Rb+RP；Rb+RP=Ig*Rg/（Imin-Ig）=0。00005*3300/(0。000545-0。00005)=333.333332)2)当 RP 指在 b 点时的分流电阻 Rb；Rb=(Rb+RP)Imin/Imax=333。33333*0.000545/0。000727=249。885373)3)计算分流电位器 RP;RP=(Rb+RP）Rb=83.447963.3.串联电阻串联电阻 RdRd 的计算：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

12、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)=1931.7950574.4.各倍率电阻的计算各倍率电阻的计算:各倍率电阻的电路如下图所示。1）设 R1 为中心电阻 RZ1=22时的并联电阻，考虑电池内阻 ro 一般为 0。91。1，从端口看 RZ1ro=RZ3/R.取 ro=1，则有R16=（RZ1-ro）*RZ3/RZ3-(RZ1-ro)=(221)*2200/(2200-（221)）=21。2023862 2）设 R2 为中心阻值 RZ2=220时的并联电阻，同样有R17=RZ2*RZ3/（RZ3RZ2）=

13、2202200/（2200-220)=244.4444443)3)设 R3 为中心阻值 RZ2=2200时的并联电阻，则有R18=RZ3*RZ3/（RZ3-RZ3)=4)4)设 R1k 为测量最高倍率档(R1k）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=22k,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=RZ4RZ3REE=2200022001000=18800式中

14、 REE 为电源 EE 的内阻，约为 1k.（2)2)量程的分电路调试图量程的分电路调试图三、总线路图三、总线路图DCDC。V V 挡挡DCDC。A AACAC。V V挡挡四、校验图及达到的精度等级四、校验图及达到的精度等级：DCDC。A A 校验图和校验精度等级的表格级的表格:接入电流源电流端I1接入电流 A55/310/30。010.01/30.02/30。0010.001/30。002/30。000180。000060。00012电流表输出电流A理论输出电流A5050.016。6750/316.66733.33100/333.3335050。016.6750/316。66733.3310

15、0/333。3335050.016.6750/316.66733。33100/333。3335050。016.6750/316.66733.33100/333。333I2I3I 引DC。A 准确度等级为k=0.03/50100%=0。062.5%，满足要求。DC.VDC.V 校验图和校验精度等级的表格：级的表格：接入电压源电压端接入电压 V电流表输出电流A理论输出电流AU1U2U32.52.5/35/31010/320/3250250/3500/35016.6733。335016。6733。335016。6733.3350.050/316。667100/333。33350。050/316.66

16、7100/333.33350.050/316。667100/333.333DC。V 准确度等级为k=0。03/50100=0。062.5%，满足要求。ACAC。V V 校验图和校验精度等级的表格：级的表格：1 1）.10V.10V 交流电压挡检校：交流电压挡检校：（合上（合上 1 1）U1/V电流表示数实理论输出电流绝对误差/A最大绝对误差验值/AA/A1051.3250.01。321。7910/314.8750/316。6671。7920/333。09100/333.3330。24AC。V10V 挡准确度为：k%=1.79/50100=3。58%5，满足要求。2).50V2).50V 交流电

17、压挡校验（合上交流电压挡校验（合上 2 2）U2/V电流表示数实理论输出电流绝对误差/A最大绝对误差验值/AA/A5051。7550.01.751。7550/316.8350/316.6670.16100/334。27100/333.3330.94AC.V50V 挡准确度为：k=1.75/50*100=3.55%,满足要求。3).250V3).250V 交流电压挡校验（合上交流电压挡校验（合上 3)3)：U3/V电流表示数实理论输出电流绝对误差/A最大绝对误差验值/AA/A25051。8950.01.891.89250/317.2150/316。6670。54500/334.52100/333

18、。1.19333AC.V250V 挡准确度为：k=1。89/50100%=3。78%5，满足要求。4 4）.1000V.1000V 交流电压挡校验（合上交流电压挡校验（合上 4 4）U4/V电流表示数实理论输出电流绝对误差/A最大绝对误差验值/AA/A100051。9050。01。901.901000/317。2650/316.6670。592000/334。56100/333.3331。23AC.V1000V 挡准确度为：k=1。90/50100%=3。85，满足要求.校验图和校验精度等级的表格级的表格:1).1.2V1).1.2V 档调零图档调零图中心电阻值/222202200220002

19、 2）。1 1。6V6V 档调零图档调零图中心电阻值/222202200220004 4）。2222校验图：校验图：RX/电流表示数实验值/A2223。461132。296611。735。539。54110仪表准确度为:k=1.03/50100%=2。06 2。5%,满足要求。5 5）。220220校验图校验图RX/220110660551100电流表示数实验值/A24.5432。6912。2939.208。197理论值/A2533。3312.50408.33绝对误差/A0.460。640。210。80。133最大绝对误差/A0.87.82电流表输出电流/A49。9449.9449。94/电流

20、表输出电流/A50。9750.9750。97/理论值/A2533.3312.50408.33绝对误差/A0。541。030。80.460。51最大绝对误差/A1.03仪表准确度为：k%=0。8/50*100=1。62.5%，满足要求。6 6）。22002200校验图：校验图：RX/电流表示数实验值/理论值/绝对误差/最大绝对误差/22001100660055011000A24.7632.9312。4339.438.297A2533.3312。50408。33A0.240。40。070。570。033A0.57仪表准确度为：k%=0.57/50100=1。14%2。5，满足要求。7 7）.220

21、00.22000校验图：校验图：RX/电流表示数实验值/A理论值/A绝对误差/A最大绝对误差/Ak2224.17250.830。931132。5533。330.786611.5912.500.415。539.85400。151107.408。330.93仪表准确度为：k%=0.93/50*100%=1.862.5,满足要求。五、元件、开关及功能表：五、元件、开关及功能表：元件或开关直流电流档S1R1，R2，R3，R4S5，S6，S7直流电压档S2R5,R6，R7S8，S9,S10交流电压档S3RPRcC1D1D2R8，R9，R10，R11S11,S12，S13，S14名称直流电流表选择开关直流

22、电流表分流电阻直流电流表调档开关直流电压表选择开关直流电压表分压电阻直流电压表调档开关交流电压表选择开关可调电阻分流电阻滤波电容AC/DC 转换器保护二极管交流电压表分压电阻交流电压表调档开关功能选定或断开直流电流表档保证各个电流档的内阻调节选择直流电流档选定或断开直流电压表档保证各个电压档的内阻调节选择直流电压档选定或断开交流电压表档调节交流电压表内阻分流防止整流后的脉动波形使表的指针不停小幅摆动将交流转换成直流保护电路保证各个电压档的内阻调节选择交流电压档欧姆档S4,S18RbRP2RdR16,R17S15，S16，S17，S18VEVE2R0REER1k欧姆表选择开关分流电阻可调电阻串联电阻欧姆表分档电阻欧姆表调档开关低中高档电压源最高档电压源VE 内阻VE2 内阻最高倍率档串联电阻选定或断开欧姆表档分流调节欧姆表内阻调节欧姆表内阻保证各个欧姆档的内阻调节选择欧姆档提供低中高档表内电压提供最高档表内电压