简易万用表的设计及功能 (1)

实验二十七 简易万用表的设计及功能

实验要求

1． 测微安表头内阻Rg（约数千欧）及满度电流（约100uA）。

2． 将表头改装成0-1mA-10mA电流表，要求用闭路抽头转换电路。对10mA量程 要求逐点校准，并画出校准曲线，对1mA量程只要求校准满量程点。

3． 将表头改装成1kΩ/v，量程0-2v-5v电压表，并校准其量程点。

4． 设计一个R中=1200Ω的欧姆表，要求E在1.3~1.5v范围内用欧姆表能调零。用电阻箱校准欧姆表，画校准曲线。用组装的欧姆表测一未知电阻。

实验器材

微安表头（100uA）、电阻箱、万用表、电流表（0.5级，0~10mA）、电压表（0.5级，0-2-5v）、变阻器、直流电源、干电池、电位器、电阻若干、电烙铁、焊锡、松香。 提示

1． 设计万用电表时，为了兼顾电压和电阻的测量，首先将微安表头改装成电流、电压和电阻共用的电流表，通常采用如图27-1所示的闭路抽头转分流电路。用最小电流档作为万用表公用，如本实验的0~1mA电流档。

2． 万用表原理

一电式表头并联一个适当的分流电阻R可以改制成一个所需量程的电流表；串联一个适当的降压电阻R可改制成一个电压表。

（1） 电流表原理

a． 测量原理

如图27-2所示，并联支路的电压相等，即

IgRg I1R

Ix Ig I1

解此联立方程得

R RgIg …(27-1) Ix R

（27-1）式便是毫安计的测量原理公式。它表明：在如图27-1所示的毫安计中，如果R′按设计值取值，则用微安表测出Ig后便可由该式测定Ix。

b．量程设计公式

如要把图27-2的毫安计设计成10mA的量程，这就要选定R`的值，使得流过毫安计的电流Ix为10mA，此时流过（uA）的电流恰好为（uA）的量程值（100uA），这个选定（计算）R′公式称为量程设计公式，此时应是Ix等于毫安计的量程Ixm时的（27-1）式，推导如下：

当Ix=Ixm时，（27-1）式变为

………… Ixm

即……….. RgR1 R1Igm

RgIxmR1 IgmR1

比值…Ixm….是量程扩大倍数，以n表示，则由上式解得 Igm

Rg

n 1 . (27-2) ……… ……R1

此式便是量程设计公式。它表明，要把微安表的量程扩大n倍，其分路电阻R′应按该式的计算值取值。

（2） 电压表原理

a． 测量原理

从图5-5-3得车直流伏特计的测量原理公式

…… … Ux (Rg RU)Ix. （27-3）

b．量程公式

由（27-3）式可推导出设计公式为

……… ….RU Uxm Rg （27-4）Igm

此式表明：在给出了伏特计的量程Uxm后，可用此式算出实现该量程所需的Ru值。 由图27-3可看出：

………….. U IgRg IgRU

RU (U IgRg)/Ig (U Ug)/Ig (nU 1)Rg

UU ——为电压扩大倍数。 UgIgRg （27-5） 式中：nU

（3） 欧姆表原理

欧姆表原理性电路图如图27-4所示，当待测电阻Rx接入测试端a和b时，流过电流表的电流为

Ix E （27－6） Rg R Rx

式中：E为干电池电动势；Rg为电流表内阻；R′为限流电阻。

E、Rg、R′给定后，Ix仅由Rx决定。

当Rx=0时，选择R′数值使电流表满偏，即

…………….. Ig E （27－7） Rg Rx

当Rx=Rg+R′，Ix=Ig

2.时，电流表指针指向刻度线的中点，习惯上用R中表示Rg+R′，

即R中=Rg+R′，称之为欧姆表中值电阻式，于是，（27-7）式可以写为

Ig E （27－8） R中

由公式（27-6）可以看出Ix和Rx不成线性比例关系，所以欧姆表的刻度是不均匀的。

在使用欧姆表时一般用其中间一段刻度（比例R中~5R中这段范围）以减小测量误差。

公式（27-8）是设计欧姆表的基本公式，E一般选用1.5v干电池，根据对R中的要求，由公式（27-8）可求出Ix，由此可选择合适的电流表做表头，以及限流电阻R′数值。例如，设计一个R中=1500Ω的欧姆表，则Ig=1.5v/1500Ω=1mA，因此可选用量程为1mA的电流表做为欧姆表的表头。若此表头内阻Rg=270Ω，则

……….. R R中 Rg 1500 270 1230

以上设计的欧姆表要求电源E保持1.5v不变。但实际上干电池电动势并非恒定，这将给测量带来很大误差，因此需要有“零欧姆调整器”，即将测试端a和b短路，通过调节器使电流表指满刻度。实际欧姆表通常如图27-5所示，R1和R2是电流表的分流电阻，改变电阻R2（以电位器代之）可用做零欧姆调整器。设计欧姆表时，若Rx=0，可让回路总电流I略大于电流表满度时Ig（1mA）。比如选R中=1200Ω，则I=1.5V，1200 选择合适的R1和R2，使得E=1.5V时R1和R2支路的分流I2=0.25mA，因此流过电流表的电流I1=1mA。当E下降，低于设计值时，增大R2使I2减小，以保持I1仍为1mA。同理，若更换新电池，E高于实际值，则可减小R2，使I2增大，仍可保持I1为1mA。这就是R2可用做零欧姆调整器的原理。

实验步骤

根据实验要求自己设计出简易万用表的实验电路，实验步骤，并进行校准。 问题讨论

1. 设计R中=1200Ω的欧姆表，现有两块量程1mA的电流表，其内阻分别为250Ω和75Ω，你认为选哪块做为表头较好？为什么？

2. 现有一个量程为100uA的毫安计，其正常Rg约为1kΩ。试问：能否用MF-9的 .键去检查它是好是坏？若能，应选哪一档检测？画出测量的等效电路图。

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