简易万用表设计简易万用表设计电磁学系列 11浙江大学物理实验中心浙江大学物理实验中心 万用表是常用的测量工具，万用表是常用的测量工具，主要是由直流微电流计主要是由直流微电流计G G及若干及若干电阻构成。由于万用表具有多电阻构成。由于万用表具有多种用途及使用方便等优点，有种用途及使用方便等优点，有着广泛的应用。本实验主要熟着广泛的应用。本实验主要熟悉万用表的设计及校正。悉万用表的设计及校正。 一、实一、实 验验 目目 的的 1 1、了解万用表测量电压、电、了解万用表测量电压、电流以及电阻的基本原理流以及电阻的基本原理 ； 2 2、掌握多量程万用表的制作、掌握多量程万用表的制作方法。方法。 二、实二、实 验验 原原 理理 万用表主要由磁电式电流计以及一系万用表主要由磁电式电流计以及一系列电阻构成。由磁电式电流计和不同阻值的列电阻构成。由磁电式电流计和不同阻值的分流电阻可构成不同量程的电流表，同样，分流电阻可构成不同量程的电流表，同样，磁电式电流计和不同阻值分压电阻就构成了磁电式电流计和不同阻值分压电阻就构成了不同量程的电压表。不同量程的电压表。 电流计允许通过的最大电流称为电流计电流计允许通过的最大电流称为电流计的量程，用的量程，用I Ig g表示，电流计线圈有一定的电表示，电流计线圈有一定的电阻称为电流计的内阻，用阻称为电流计的内阻，用R Rg g 表示。量程表示。量程I Ig g 与与内阻内阻 R Rg g 是是电流计特性的两个重要参数。电流计特性的两个重要参数。 要将磁电式电表改装成量程为要将磁电式电表改装成量程为I I 的电流表，只需在电表表头两端的电流表，只需在电表表头两端并联一个分流电阻，如图并联一个分流电阻，如图1-11-1分流电分流电阻阻值按以下公式计算阻阻值按以下公式计算 ： 图图1-11-1 如果如果 并联不同的分流电阻可构并联不同的分流电阻可构 图图1-21-2成不同量程的电流表。如图成不同量程的电流表。如图1-21-2所示电流表有四个不同量程。所示电流表有四个不同量程。 IgI - IgGRSG1、电流表的扩程电流表的扩程I = n IgRS =RgN - 1 如果要将表头改装成如果要将表头改装成量程为量程为U U的电压表，则表的电压表，则表头需串联一分压电阻，分头需串联一分压电阻，分压电阻阻值按如下公式计算：压电阻阻值按如下公式计算：串联不同的分压电阻，得到串联不同的分压电阻，得到不同量程的电压表如图不同量程的电压表如图2-22-2 图图 2-2 2-2 GRXVRgRgV3R1R2R3V1V22、电压表的改电压表的改装装图图 2-1三、实三、实 验验 内内 容容标准表标准表E变阻器变阻器B a a：表头表头I Ig g 与与 R Rg g 的的测量测量GA 将标准表与被测表将标准表与被测表按图连接起调节可变按图连接起调节可变电阻，直到被测表电阻，直到被测表G G满满偏，这时标准表的指偏，这时标准表的指示值就是示值就是IgIg 将转换开关由将转换开关由A A转向转向B B，并保持变阻器位置并保持变阻器位置不变，调节变阻器使不变，调节变阻器使标准表又出现原先的标准表又出现原先的指示值，那么标准表指示值，那么标准表变阻器的指示值就是变阻器的指示值就是RgRg1 1、设计多量程电流表并校准设计多量程电流表并校准b：多量程电流分流电阻的计算多量程电流分流电阻的计算GR Rg gR4 R3 R2 R1+ 设RS=R1+R2+R3+R4根据理论推导电流的量程与它分流电阻的乘积是根据理论推导电流的量程与它分流电阻的乘积是一个常数，即一个常数，即其中其中：RS1=RS = R1+R2+R3+R4 RS2=R2+R3+R4RS3=R3+R4 RS4=R4 RS=IgRgI1 - IgI Ig gI1I2I3I4RS1=Ig(Rg+RS)I1RS2=Ig(Rg+RS)I2RS3=Ig(Rg+RS)I3RS4=Ig(Rg+RS)I4R1 = RS - RS2R2=RS2 RS3R4=RS4R3=RS3 RS4c：校准与定级校准与定级GR Rg gR4 R3 R2 R1+A1、接线图、接线图2、记录数据表、记录数据表 G A I3、校准曲线校准曲线AImax4、定级定级2 2、设计多量程伏特表设计多量程伏特表R1R2R3V1V2V3GRgIg在改装后的电流表内阻在改装后的电流表内阻R Rg g ，电流为电流为I Ig g。则则：R1=V1Ig- RgR2=V2V1IgR3=V3V2Ig1：计算分压电阻计算分压电阻2 2：校准与定级校准与定级R1R2R3V1V2GVV3标准电压表标准电压表1接线图接线图2 其他步骤同电流其他步骤同电流表类同，表类同， 如果要将表头改成欧如果要将表头改成欧姆表，可由左图说明，开姆表，可由左图说明，开始短接始短接a a、b b两端，调节电两端，调节电阻阻R R使得电流计满刻度，使得电流计满刻度，此时：此时： 当当R Rx x接入回路后，回接入回路后，回路电流为：路电流为： 所以，一旦所以，一旦 确定后，回路电流仅由确定后，回路电流仅由 决定。当决定。当时，时，I Ix x = I = I0 0 / 2 / 2，此时电流表指针指向刻度线中点，这时的电阻此时电流表指针指向刻度线中点，这时的电阻R Rx x称称为欧姆表的中值电阻。为欧姆表的中值电阻。 a+b-RgRRxE3 3、设计欧姆表设计欧姆表I I0 0与与R Rx x成非成非线性关系，下表是几个特殊值线性关系，下表是几个特殊值 起始起始 0 0.01 I0 99r 0.1 I0 9r 0.33 I0 2r 0.4 I0 1.5r 中央中央 0.5 I0 r 0.66 I0 0.5r 满满偏偏 I0 0 指针位置指针位置 I R Rx x设设由此方法可在电流计面板上刻上刻度由此方法可在电流计面板上刻上刻度, ,以显示不同的阻值以显示不同的阻值R Rx x。由于由于I Ix x与与R Rx x呈非线性关系，所以欧姆表刻度为非均匀刻度，呈非线性关系，所以欧姆表刻度为非均匀刻度，另外，实际是作为电源的电池也非恒定，所以欧姆表还需另外，实际是作为电源的电池也非恒定，所以欧姆表还需作零欧姆调整。作零欧姆调整。欧姆表刻度线欧姆表刻度线GR Rg gR4 R3 R2 R1+R5R6R7V1V2V3I1I2I3I44 4、简易万用表实验总体线路图、简易万用表实验总体线路图