简易万用表的设计及功能 (1)
更新时间:2023-08-12 07:30:01 阅读量: 外语学习 文档下载
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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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