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万用表的设计原理 F0803017 陈子成 5080309581 万用表是一种多量程和测量多种电量的便携式电子测量仪器。一般的万用表可以测量电阻、测量交流直流电压、测量交流直流电流。万用表结构简单、便于携带，使用方便、用途多样、量程范围广，因此它是维修仪表和调试电路的重要工具，是一种常用的测量仪器。 下面先对万用表的工作原理进行一些介绍。万用表通常由表头（指示部分）、测量电路、转换装置三部分组成。表头一般都采用灵敏度高、准确性好的磁电式直流微安表，其重要的参数包括表头内阻、灵敏度和直线性。测量电路使测量仪器具有不同的多量程功能。转换装置主要由转换开关、接线柱、旋钮、插孔等组成，用来接通相应的测量电路。 一、直流电流测量电路 直流电流测量电路实际上是一个多量程的直流电流表。由于表头通常是由磁电式直流微安表构成，其满偏电流很小，所以采用分流电阻来扩大量程。一种电路图如下： 测量原理：如图27-2所示，并联支路的电压相等，即 解此联立方程得 (27-1) （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。 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 即 比值…是量程扩大倍数，以n表示，则由上式解得 . (27-2) 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。 二、直流电压测量电路 直流电压测量电路是一个多量程的直流电压表，它是由转换开关换接电路中与表头串联的不同的附加电阻，来实现不同电压量程的转换，其电路图如下： 测量原理： 从图5-5-3得车直流伏特计的测量原理公式 . （27-3） 量程公式： 由（27-3）式可推导出设计公式为 （27-4） 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： （27-5） 式中： ——为电压扩大倍数。 三、直流电阻测量电路 为了测量电阻，直流测量电阻电路内装有附属电源，一般由干电池提供，其电路如下所示： 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 （27－7） 当Rx=Rg+R′，Ix=.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 （27－8） 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 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=，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