摘要:万用表是一种多功能、多量程便于携带的电学仪器。它可用不同的量程测量直流电流、直流电压、交流电压及电阻。有的万用表还可以测量阻抗、容抗和音频功率等。学习制作和设计万用表非常重要,还有利于我们大学同学提高电路分析的能力并加深对万用电表工作原理的理解,提高自身的动手能力。
关键字:万用电表、表头、测量电路、转换装置。
设计目的:
现代生活离不开电,我们电类和非电类专业的许多学生都有必要掌握一定的用电知识及电工操作技能。通过实习要求学生学会使用一些常用的电工工具及仪表,比如尖嘴钳、剥线钳、万用表,并且要求学生掌握一些常用开关电器的使用方法及工作原理。通过本次电工实习学生要接触到一定的电学知识,实现理论联系实际,认识一些常用电工器具的外形及结构特点,为后续课程的学习打下一定的基础。
电子与机械是密不可分的,在万用表的组装中还可以了解电子产品的机械结构、机械原理,这对将来的产品设计开发非常有帮助。
设计指标和要求:
1.设计任务
设计一个模拟万用表。技术要求如下:
1、直流电压测量范围:(0~15V)5%。 、
2、直流电流测量范围:(0~10mA)5%。
3、交流电压测量范围及频率范围:有效值(0~5V)5%,50Hz~1kHz。
4、交流电流测量范围:有效值(0~10mA)5%。
5、欧姆表测量:0~1kΩ。
6、要求自行设计和-直流稳压电源(不含整流与滤波电路)。
7、要求采用模拟集成电路,器件自选。
8、采用0μA直流表,要求测试出其内阻数值。
9、量程的转换调节要方便直观。
2.设计报告要求
1.按照设计任务玩曾电表电路设计,画出设计电路图。
2.根据设计任务中的技术指标,对所设计的电压表、电流表、电阻器进行调试、检测。
3.计算误差范围,分析误差原因,确定所设计电压表的精度。
目录
第1章MF-47型万用表概述........................................................................3
第2章万用表的原理..................................................................................3
2.1直流电压表..........................................................................................4
2.2直流电流表..........................................................................................5
2.3交流电压表...........................................................................................6
2.4交流电流表...........................................................................................7
2.5欧姆表电路...........................................................................................7
第3章MF-47型万用表的工作原理...........................................................8
第4章MF-47万用电表安装调试...............................................................9
第5章MF-47的硬件电路图.....................................................................10
第6章课程设计心得体会........................................................................12
附录:......................................................................................................12
参考文献..................................................................................................12
第1章MF-47型万用表概述
万用表是一种多功能、多量程的便携式电工仪表,是电子工程师最常用的测量仪表一般的万用表可以测量直流电流、交直流电压和电阻,有些万用表还可测量电容、功率、晶体管共射极直流放大系数hFE等。MF47型万用表具有26个基本量程和电平、电容、电感、晶体管直流参数等7个附加 参考量程,是一种量限多、分档细、灵敏度高、体形轻巧、性能稳定、过载保护可靠、读数清晰、使用方便的新型万用表,可广泛用于企业和实验室中。
第2章 万用表的原理
万用表的基本原理是利用一只灵敏的磁电式直流电流表(微安表)做表头。当微小电流通过表头,就会有电流指示。但表头不能通过大电流,所以,必须在表头上并联与串联一些电阻进行分流或降压,从而测出电路中的电流、电压和电阻。
2.1直流电压表
如图为同相输入、高精度直流电压表原理图。图中R2为头内阻与外接串联电阻之和。
在理想条件下,图中表头电流I与被测电压UI的关系为
I=Ui/R1
由此可见,表头中电流与表头参数及串联电阻无关,只要改变R1可进行量程切换。
取R1=1K R2=2K 当输入电压Ui=15V 10V 5V时,测量其实际值,并与理论值相比,算出相对误差。
2.2直流电流表
如图为直流电流表电原理图。因组件的开环增益Ao很大,所以U+=U-=0
又因运放的本身电阻很大,流入反相端的信号电流可以忽略,所以
-R1I1=R3(I1- I)
即
I=(1+R1/R3)I1
可见,改变电阻比R1/R3可调节流过电流表的电流,以提高灵敏度。
该图被测电流回路无接地点,即所谓浮地电流时,则把运算放大器的电源也对地浮起来。
若2,6间等效电阻为RF则I1RF=I1R1+RMI
则I1RF=I1R1+RM(1+R1/R3)I1
则 I1RF=R1+RM(1+R1/R2)
应用密勒定理,将RF折算到2对地的电阻ri为
ri=RF/(1+Ao) ri为电流表的内阻
取R1=R3=1K R2=2K 输入电流Ii=10mA 6mA 3mA时测量值与理论值比较计算误差。
2.3交流电压表
如图为交流电压表原理图。因被测交流电压Ui加到运算放大器的同相端,故有很高的输入电阻;又因为负反馈能减少反馈回路中的非线性影响,故把二极管桥路和表头置于运算放大器的的反馈回路中,以减少二极管本身非线性的影响。当组件近似理想特性,组件的输入电流近似为零,故电流I全部流过桥路,其值仅与Ui/Rf有关,与
桥路及表头参数无关,即
U+=U-=Ui
I=Ui/R1
被测电压的上限频率决定于运放的频带和上升速度。
设组件的差模输入电阻为rd,开环增益为Ao,则交流电压表的输入电阻为 Ri=AoFrd
比表头内阻大得多。
取R1=1K 当输入电压Ui=15√2cos100t 10√2cos100t 5√2cos100t(V)时测量值与理论值进行比较,计算误差。
2.4交流电流表
如图为测量电位浮动的交流电流,表头及二极管整流桥置与反馈回路中,运算放大器的两个输入端电位差近似为零,引用密勒定理,将反馈支路的电阻折算到输入端减小到原来的(1+Ao)分之一,即电流表的内阻ri极低,和交流电压表相同,流经表头的电流与二极管和表头的参数无关。
表头读数由被测交流电流的全波整流的平均值IIAU决定,则
I=(1+R1/R2) IIAU
取R1=R2=1K 输入电流Ii=10√2cos100t 6√2cos100t 3√2cos100t(mA)时,测量值与理论值比较,算出误差。
2.5 欧姆表电路
电路图如图所示,被测电阻RX跨接在运算放大器的反馈回路中。同相端加基准电压UREF,因为
Up=Un=UREF
I1=IX
故 Uo-UREF/R1= UREF/Rx
即 RX= R1/UREF(Uo-UREF)
流经表头的电流
I=( Uo-UREF)/(R2+Rm)
所以 I=UREF RX/ R1(R2+Rm)
可见,电流I与被测电阻RX成正比,而且表头具有线性刻度,改变电阻R1即可改变欧姆表的量程。
此欧姆表能自动调零,当RX=0时,电路变成电压跟随器,Uo=UREF,表头电流必为零,从而实现自动调零。稳压管起保护作用,有了稳压管可将a点嵌位,表头就不会过载。当RX为正常量程内的阻值时,因a点电位还不能使DZ反向击穿,故DZ不影响电表读数。
R1=500 R2=1K Rm=2k
第3章MF-47型万用表的工作原理
MF-47型万用表的原理图:
3.1 MF-47万用表电阻档工作原理
MF-47万用表电阻档工作原理(见图4-1),电阻档分为×1Ω、×10Ω、×100Ω、×1kΩ、×10kΩ、5个量程。例如将档位开关旋钮打到×1Ω时,外接被测电阻通过“-COM”端与公共显示部分相连;通过“+”经过0.5A熔断器接到电池,再经过电刷旋钮与R18相连,WH1为电阻档公用调零电位器,最后与公共显示部分形成回路.
图 3-1
第4章 MF-47万用电表安装调试
在没有专用调试设备的情况下,可用普通数字万用表校准,方法如下:
1. 将装配好的万用表仔细检查,确保无装错、短路的情况下,将万用表档位旋至最小电流档0.25V/μA处,用数字万用表测量其“+”、“-”插座两端的电阻值,应在4.9——5.1之间。如不符合要求,应调整电路中的750Ω电阻阻值,直到达到要求为止。此时基准档调试完毕。
2. 将基准档位调试正常的万用表从电流档开始逐档检测其满度值。检测时应从最小档位开始,首先检测直流电流档位,然后是直流电压、交流电压、直流电阻(中心值)及其他。各档位检测合格后,该表即可正常使用。
第5章 MF-47的硬件电路图
图5-1 MF-47的内部硬件电路图
图5-2 MF-47的内部硬件电路图
图5-3 MF-47的外观图
第6章课程设计心得体会
经过两个星期的学习,我们小组终于完成了MF-47万用表的制作。当调试成功的那一刻,我们小组成员都特别高兴。回顾此次课程设计,我学到了很多在书本上没有过的知识。通过这次课程设计我懂得了理论与实践相结合是很重要的,只有把理论与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计和制作的过程中我们遇到了很多问题,也在设计过程中发现了自己的不足之处,对以前所学的知识理解的不够深刻。掌握的不够牢固,通过这次课程设计之后,我一定要把以前学过的知识重新温故。
这次课程设计终于顺利完成了,在设计中遇到了很多原理、操作上的问题,最后在樊老师的细心指导下都一一解决,同时,我也得到了各位指导老师及同学的到帮助,对你们表示感谢!
在今后的学习中我会不断总结经验,踏实务实,不断进步!
附录:
参考文献
[1]沙占有,王彦明编.万用表原理与维修 电子工业出版社. 2009
[2]马克联,张宏编.万用表实用检测技术 化学工业出版社. 2006
[3]李斌编.万用表修理 重庆大学出版社.2007
[4]邵宏图.电工基础 中国劳动社会保障出版社. 2007
[5]胡翔骏编.电路分析基础 高等教育出版社. 1994
第二篇:昆明理工大学电路分析课程设计报告: 万用表安装与原理
电路分析课程设计报告
设计题目:专 业
班 级
学 号
学生姓名
指导教师
设计时间
教师评分
20xx年06月20日
昆明理工大学津桥学院模拟电子技术课程设计
目录
1.概述...................................................................2
1.1目的...............................................................2
2.万用表原理与安装设计的内容..................................3
3.总结...................................................................9
3.1课程设计进行过程及步骤........................................9
3.2所遇到的问题,你是怎样解决这些问题的......................9
3.3体会收获及建议...................................................9
3.4参考资料(书、论文、网络资料).............................9
4.教师评语.......................................10
5.成绩..................................................................10
1
昆明理工大学津桥学院模拟电子技术课程设计
1.概述
万用表是一种多功能、多量程的便携式电工仪表,一般的万用表可以测量直流电流、交直流电压和电阻,有些万用表还可测量电容、功率、晶体管共射极直流放大系数hFE等。MF47型万用表具有26个基本量程和电平、电容、电感、晶体管直流参数等7个附加参考量程,是一种量限多、分档细、灵敏度高、体形轻巧、性能稳定、过载保护可靠、读数清晰、使用方便的新型万用表。
万用表是电工必备的仪表之一,每个电气工作者都应该熟练掌握其工作原理及使用方法。通过本次万用表的原理与安装实习,要求学生了解万用表的工作原理,掌握锡焊技术的工艺要领及万用表的使用与调试方法。
1.1目的
现代生活离不开电,我们电类和非电类专业的许多学生都有必要掌握一定的用电知识及电工操作技能。通过实习要求学生学会使用一些常用的电工工具及仪表,比如尖嘴钳、剥线钳、万用表,并且要求学生掌握一些常用开关电器的使用方法及工作原理。通过本次电工实习学生要接触到一定的电学知识,实现理论联系实际,认识一些常用电工器具的外形及结构特点,为后续课程的学习打下一定的基础。
万用表是最常用的电工仪表之一,通过这次实习,学生应该在了解其基本工作原理的基础上学会安装、调试、使用,并学会排除一些万用表的常见故障。锡焊技术是电工的基本操作技能之一,通过实习要求大家在初步掌握这一技术的同时,注意培养自己在工作中耐心细致,一丝不苟的工作作风。
2万用表原理与安装设计的内容
2.1认识万用表的元器件
1. 清点材料
2
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电阻,可调电阻,二极管、保险丝夹,电容,保险丝、连接线、短接线,线路板,面板+表头、档位开关旋钮、电刷旋钮及电池盖板,电位器旋钮、晶体管插座、后盖,螺钉、弹簧、钢珠,电池夹、铭牌、标志,V形电刷、晶体管插片、输入插管,表棒。
注意:按材料清单一一对应,记清每个元件的名称与外形。打开时请小心,不要将塑料袋撕破,以免材料丢失。清点材料时请将表箱后盖当容器,将所有的东西都放在里面
2.二极管极性的判断
判断二极管极性时可用实习室提供的万用表,将红表棒插在“+”,黑表棒插在“-”,将二极管搭接在表棒两端,观察万用表指针的偏转情况,如果指针偏向右边,显示阻值很小,
表示二极管与黑表棒连接的为正极,与红表棒连接的为负极,与实物相对照,黑色的一头为正极,白色的一头为负极,也就是说阻值很小时,与黑表棒搭接的时二极管的黑头,反之,如果显示阻值很大,那么与红表棒搭接的时二极管的正极。
3电解电容极性的判断
注意观察在电解电容侧面有“-”,是负极,如果电解电容上没有标明正负极,也可以根据它引脚的长短来判断,长脚为正极,短脚为负极.
如果,已经把引脚剪短,并且电容上没有标明正负极,那么可以用万用表来判断,判断的方法是正接时漏电流小(阻值大),反接时漏电流大。
4色环的认识
从材料袋中取出一电阻,注意别的东西不要丢失,封好塑料袋的封口。对照幻灯片观察,看它有几条色环,蓝电阻或绿电阻有5条色环(见图25),其中有一条色环与别的色环间相距较大,且色环较粗,读数时应将其放在右边。
每条色环表示的意义(表),色环表格左边第一条色环表示第一位数字,第2个色环表示第2个数字,第3个色环表示乘数,第4个色环也就是离开较远并且较粗的色环,表示误差。将所取电阻对照表格进行读数
3
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蓝色或绿色的电阻(,首先找出表示误差的,比较粗的,而且间距较远的色环将它放在右边。从左向右,前三条色环分别表示三个数字,第4条色环表示乘数,第5条表示误差。
2.4焊接前的准备工作
1 清除元件表面的氧化层
元件经过长期存放,会在元件表面形成氧化层,不但使元件难以焊接,而且影响焊接质量,因此当元件表面存在氧化层时,应首先清除元件表面的氧化层。注意用力不能过猛,以免使元件引脚受伤或折断。
清除元件表面的氧化层的方法是:左手捏住电阻或其他元件的本体,右手用锯条轻刮元件引脚的表面,左手慢慢地转动,直到表面氧化层全部去除。为了使电池夹易于焊接要用尖嘴钳前端的齿口部分将电池夹的焊接点锉毛,去除氧化层。
2 元件引脚的弯制成形
左手用镊子紧靠电阻的本体,夹紧元件的引脚,使引脚的弯折处,距离元件的本体有两毫米以上的间隙。左手夹紧镊子,右手食指将引脚弯成直角。注意:不能用左手捏住元件本体,右手紧贴元件本体进行弯制,如果这样,引脚的根部在弯制过程中容易受力而损坏,元件弯制后的形状,引脚之间的距离,根据线路板孔距而定,引脚修剪后的长度大约为8mm,如果孔距较小,元件较大,应将引脚往回弯折成形。电容的引脚可以弯成直角,将电容水平安装,或弯成梯形,将电容垂直安装。二极管可以水平安装,当孔距很小时应垂直安装,为了将二极管的引脚弯成美观的圆形,应用螺丝刀辅助弯制。将螺丝刀紧靠二极管引脚的根部,十字交叉,左手捏紧交叉点,右手食指将引脚向下弯,直到两引脚平行。 元器件做好后应按规格型号的标注方法进行读数。将胶带轻轻贴在纸上,把元器件插入,贴牢,写上元器件规格型号值,然后将胶带贴紧,备用。注意:不要把元器件引脚剪太短。
4
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3焊接练习
焊接前一定要注意,烙铁的插头必须插在右手的插座上,不能插在靠左手的插座
上;如果是左撇子就插在左手。烙铁通电前应将烙铁的电线拉直并检查电线的绝缘层是否有损坏,不能使电线缠在手上。通电后应将电烙铁插在烙铁架中,并检查烙铁头是否会碰到电线、书包或其他易燃物品。
烙铁加热过程中及加热后都不能用手触摸烙铁的发热金属部分,以免烫伤或触电。 烙铁架上的海棉要事先加水。
4元器件的插放
将弯制成型的元器件对照图纸插放到线路板上。
注意:一定不能插错位置;二极管、电解电容要注意极性;电阻插放时要求读数方向排列整齐,横排的必须从左向右读,竖排的从下向上读,保证读数一致。
2.5元器件的焊接
1元器件的焊接
在焊接练习板上练习合格,对照图纸插放元器件,用万用表校验,检查每个元器件插放是否正确、整齐,二极管、电解电容极性是否正确,电阻读数的方向是否一致,全部合格后方可进行元器件的焊接。
焊接完后的元器件,要求排列整齐,高度一致。为了保证焊接的整齐美观,焊接时应将线路板板架在焊接木架上焊接,两边架空的高度要一致,元件插好后,要调整位置,使它与桌面相接触,保证每个元件焊接高度一致。焊接时,电阻不能离开线路板太远,也不能紧贴线路板焊接,以免影响电阻的散热。
焊接时如果线路板未放水平,应重新加热调整。图中线路板未放水平,使二极管两端引脚长度不同,离开线路板太远;蓝电阻放置歪斜;电解电容折弯角度大于90?,易将引脚弯断。应先焊水平放置的元器件,后焊垂直放置的或体积较大的元器件,如分流器、可调电
5
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阻等。焊接时不允许用电烙铁运载焊锡丝,因为烙铁头的温度很高,焊锡在高温下会使助焊剂分解挥发,易造成虚焊等焊接缺陷。
2错焊元件的拔除
当元件焊错时,要将错焊元件的拔除。先检查焊错的元件应该焊在什么位置,正确位置的引脚长度是多少,如果引脚较短,为了便于拔出,应先将引脚剪短。在烙铁架上清除烙铁头上的焊锡,将线路板绿色的焊接面朝下,用烙铁将元件脚上的锡尽量刮除,然后将线路板竖直放置,用镊子在黄色的面将元件引脚轻轻夹住,在绿色面,用烙铁轻轻烫,同时用镊子将元件向相反方向拔除。拔除后,焊盘孔容易堵塞,有两种方法可以解决这一问题。
烙铁稍烫焊盘,用镊子夹住一根废元件脚,将堵塞的孔通开;
将元件做成正确的形状,并将引脚剪到合适的长度,镊子夹住元件,放在被堵塞孔的背面,用烙铁在焊盘上加热,将元件推入焊盘孔中。注意用力要轻,不能将焊盘推离线路板,使焊盘与线路板间形成间隙或者使焊盘与线路板脱开。
3电位器的安装
电位器安装时,应先测量电位器引脚间的阻值,电位器共有五个引脚,其中三个并排的引脚中,1、3两点为固定触点,2为可动触点,当旋钮转动时,1、2或者2、3间的阻值发生变化。电位器实质上是一个滑线电阻,电位器的两个粗的引脚主要用于固定电位器。安装时应捏住电位器的外壳,平稳地插入,不应使某一个引脚受力过大。不能捏住电位器的引脚安装,以免损坏电位器。安装前应用万用表测量电位器的阻值,电位器1、3为固定触点,2为可动触点,1、3之间的阻值应为10kΩ,拧动电位器的黑色小旋钮,测量1与2或者2与3之间的阻值应在0~10kΩ间变化。如果没有阻值,或者阻值不改变,说明电位器已经损坏,不能安装,否则5个引脚焊接后,要更换电位器就非常困难。
.4输入插管的安装
输入插管装在绿面,是用来插表棒的,因此一定要焊接牢固。将其插入线路板中,用尖嘴钳在黄面轻轻捏紧,将其固定,一定要注意垂直,然后将两个固定点焊接牢固。
5晶体管插座的安装
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晶体管插座装在线路板绿面,用于判断晶体管的极性。在绿面的左上角有6个椭圆的焊盘,中间有两个小孔,用于晶体管插座的定位,将其放入小孔中检查是否合适,如果小孔直径小于定位突起物,应用锥子稍微将孔扩大,使定位突起物能够插入。
晶体管插片装好后,将晶体管插座装在线路板上,定位,检查是否垂直,并将6个椭圆的焊盘焊接牢固。
2.7焊接后的实物图
2.8万用表的调试及使用
1调试及使用
表头的特点
表头的准确度等级为1级(即表头自身的灵敏度误差为±1% ),水平放置,整流式仪表,绝缘强度试验电压为5000V
。表头中间下方的小旋钮为机械零位调节旋钮。表头共有七
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条刻度线,从上向下分别为电阻(黑色)、直流毫安(黑色)、交流电压(红色)、晶体管共射极直流放大系数hEF(绿色)、电容(红色)、电感(红色)、分贝(红色)等。
档位开关
档位开关共有五档,分别为交流电压、直流电压、直流电流、电阻及晶体管,共24个量程。
插孔
MF47万用表共有四个插孔,左下角红色“+ ”为红表棒,正极插孔;黑色“-”为公共黑表棒插孔;右下角“2500V”为交直流2500V插孔;“5A”为直流5A插孔。
机械调零
旋动万用表面板上的机械零位调整螺钉,使指针对准刻度盘左端的“0”位置。
2注意事项
测量时不能用手触摸表棒的金属部分,以保证安全和测量准确性。测电阻时如果用手捏住表棒的金属部分,会将人体电阻并接于被测电阻而引起测量误差。
测量直流量时注意被测量的极性,避免反偏打坏表头。
不能带电调整档位或量程,避免电刷的触点在切换过程中产生电弧而烧坏线路板或电刷。
测量完毕后应将档位开关旋钮打到交流电压最高档或空档。
不允许测量带电的电阻,否则会烧坏万用表。
表内电池的正极与面板上的“-”插孔相连,负极与面板“+” 插孔相连,如果不用时误将两表棒短接会使电池很快放电并流出电解液,腐蚀万用表,因此不用时应将电池取出。
在测量电解电容和晶体管等器件的阻值时要注意极性。
电阻档每次换档都要进行调零。
不允许用万用表电阻档直接测量高灵敏度的表头内阻,以免烧坏表头。
一定不能用电阻档测电压,否则会烧坏熔断器或损坏万用表。
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3.总结
3.1所遇到的问题,你是怎样解决这些问题的
(1)组装时误把电阻的阻值弄错;
(2)焊接时把二极管、电容和V型电刷接反。
这些问题都通过问老师以及和同学讨论最终都解决了。
3.2体会收获及建议
⑴ 通过这次课程设计,加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中,我们通过这个设计包括组装一套万用表和焊接电路板,基本了解了万能表的内部结构和焊接的方法;
⑵认识了一些仪器和其使用方法及其注意事项;
⑶ 这次课程设计终于顺利完成了,在设计中遇到了很多问题,都是很难弄懂的,但我都更加认真的去做,这样才可以不断地提高自己。
3.3参考资料
⒈/diangong/article/2009-9-29/13270-1.htm
⒉材料配套清单及调试说明;
⒊MF47型万用表使用说明书。
4.教师评语
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5.成绩 昆明理工大学津桥学院模拟电子技术课程设计
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