万用表的工作原理-实验报告

万用表的工作原理一、实验目的一.1理解万用表的工作原理；2熟悉并掌握万用表的主要功能和使用操作方法。二、实验内容1用万用表检测元器件——电阻测量、电容测量、二极管检测、三极管检测；2用万用表测量电压和电流——直流电压及电流的测量、交流电压及电流的测量。三、实验仪器及器材1表头1台2电源电动势1块3电阻若干4实验箱1台5滑动变阻器四、实验要求1要求学生自己查阅有关万用表的功能和相关工作原理，了解万用表技术指标；2要求学生能适当了解一些科研过程，培养发现问题、分析问题和解决问题的能力；3要求学生独立操作每一步骤；4熟练掌握万用表的使用方法。1个五．实验思路1．表头它是一只高灵敏度的磁电式直流电流表，万用表的主要性能指标基本上取决于表头的性能。表头的灵敏度是指表头指针满刻度偏转时流过表头的直流电流值，这个值越小，表头的灵敏度愈高。测电压时的内阻越大，其性能就越好。表头上有四条刻度线，它们的功能如下：第一条（从上到下）标有R或Ω，指示的是电阻值，转换开关在欧姆挡时，即读此条刻度线。第二条标有∽和VA，指示的是交、直流电压和直流电流值，当转换开关在交、直流电压或直流电流挡，量程在除交流10V以外的其它位置时，即读此条刻度线。第三条标有10V，指示的是10V的交流电压值，当转换开关在交、直流电压挡，量程在交流10V时，即读此条刻度线。第四条标有dB，指示的是音频电平。2．万用表的基本工作原理万用表对被测电量进行测量的过程，是由测量电路实现的。如果要设计一个型号的万用表，则首先要明白其最基本的工作原理，然后再按照所设计的万用表功能而进行电路的具体设计，这里先介绍一下万用表的基本工作原理见由表头、电阻测量档、电流测量档、直流电压测量档和交流电压测量档几个部分组成，图中“－”为黑表棒插孔，“＋”为红表棒插孔。当我们把档位开关旋钮SA打到交流电压档时，通过二极管VD整流，电阻R3限流，由表头显示出来；当打到直流电压档时不须二极管整流，仅须电阻R2限流，表头即可显示；打到直流电流档时既不须二极管整流，也不须电阻R2限流，表头即可显示；测电阻时将转换开关SA拨到Ω档，这时外部没有电流通入，因此必须使用内部电池作为电源，设外接的被测电阻为Rx，表内的总电阻为R，形成的电流为I，由Rx、电池E、可调电位器RP、固定电阻R1和表头部分组成闭合电路，形成的电流I使表头的指针偏转。红表棒与电池的负极相连，通过电池的正极与电位器RP及固定电阻R1相连，经过表头接到黑表棒与被测电阻。Rx形成回路产生电流使表头显示。回路中的电流为：RRxEI式（2.1）从上式可知：I和被测电阻Rx不成线性关系，所以表盘上电阻标度尺的刻度是不均匀的。当电阻越小时，回路中的电流越大，指针的摆动越大，因此电阻档的标度尺刻度是反向分度。当万用表红黑两表棒直接连接时，相当于外接电阻最小Rx=0，那么：RERRxEI式（2.2）此时通过表头的电流最大，表头摆动最大，因此指针指向满刻度处，向右偏转最大，显示阻值为0Ω.请看电阻档的零位是在左边还是在右边，其余档的零位与它一致吗？反之，当万用表红黑两表棒开路时Rx→∞，R可以忽略不计，那么：0RxERRxEI式（2.3）此时通过表头的电流最小，因此指针指向0刻度处，显示阻值为∞。六.万用表原理1、电流表的扩程要将磁电式电表改装成量程为I的电流表，只需在电表表头两端并联一个分流电阻，如图1-1分流电阻阻值按以下公式计算gggSIIIRR并联不同的分流电阻可构成不同量程的电流表。如图所示电流表有四个不同量程2、电压表的改装如果要将表头改装成量程为U的电压表，则表头需串联一分压电阻，分压电阻阻值按如下公式计算：串联不同的分压电阻，得到不同量程的电压表公式gxRIUR.3电阻的测量万用表的电阻测量电路，实质上是一个多量程的电阻表。电阻表的基本原理见图。图2.5电阻测量电路其关系式：IgIgRgRpIm/式（2.15）RPRp41式（2.16）Im/'1ERKZ式（2.17）11111/ZKZZKZRRRRR式（2.18）1011012/ZKZZKZRRRRR…式（2.19）式中，Im是将表头扩展成简单最小整数的电流值。Rz1表示电阻×1的中心电阻值，Rz10表示电阻×10档的中心电阻值，其余类推。RP为电位器代号。E’是欧姆表内附电源的计算值。当表内电池电压E，表内电阻RC和调零电位器电阻RP一定时，表头电流I与被测电阻RX之间存在一定的对应关系，即不同的被测电阻RX就会有不同的表头电流I。如果表头的刻度线直接按电阻值刻度，就可以直接读出电阻值的大小，所以测电阻值实际上仍是测电流值。七．万用表直流电流和电压测量电路工作原理指针式万用表的主要元件是一只磁电系电流表，通常称为表头。但一只表头只能测量小于它的灵敏度的电流。为了扩大被测电流的量程，就需要给它并上分流电阻，使流过表头的电流为被测电流的一部分从而扩大量程。为了在测量大小不同电流时得到一定的精确度，电流表都是设计成多档量程的。应用最多的是闭路抽头式分流电路，其电路如图1所示。图中R1～R5统称为总分流电阻RS，实际产品中，为了便于调整和成批生产，总分流电阻RS大多采用较大的整数千欧的阻值，表头上再串联一只可变线绕电阻R0，当表头参数有变化时仍可以得到补偿并方便调整。八、直流电压测量电路工作原理根据欧姆定律U=IR，则一只灵敏度为I、内阻为R的电流表，本身就是一只量程为U的电压表，如一只100μA的电流表，它的内阻为1.5KΩ，能用来测量的电压量程为0.15V,显然是不实用的，但是我们可以给它串接一只电阻，来扩大它的量程范围。如串接一只8.5KΩ的电阻，量程就可扩展为1V，这时该电压表的内阻为10KΩ。这就引出直流电压灵敏度这一概念了；针对该例，这只电压表测量每伏直流电压时需要10KΩ内阻，即：10KΩ／V。有了电压灵敏度就个概念，就可以很方便的将电压表各档的内阻计算出来。同时，直流电压灵敏度越高，测量直流电压时分去的电流越小，测量结果越准确。直流电压测量电路如图2所示。图中RS为直流电流档的分流电阻，R6～R10为各电压测量档的降压电阻九．万用表的使用方法及注意事项•在不知电阻阻值的情况下的步骤：•一、旋转左侧转换开关置于Ω的位置，旋转右侧转换开关置于×1、×10、×100、×1K的任一档。•二．粗测电阻，确定挡位。将表笔并联在被测电阻或被测电路的两侧，调整档位，（当指针指示阻值很大时说明档位较小，需要调大档位；当指针指示阻值为零时说明档位较大，需要调小档位）。使指针指示在0、1---10中心欧姆值的范围内。•三、校零。短接万用表表笔，旋转电阻校零旋纽，使得指针指示为零。•四、将表笔再一次并联在被测电阻或被测电路的两侧，测试电阻，读数（看第一条刻度标尺）。•五、电阻阻值=读数×倍率档•六、测量完毕将万用表的转换开关置于关的位置或电压500V挡•如果知道电阻阻值而进行测量，则可直接确定挡位，校零，测量，读数。•如测一个3.6KΩ的电阻的阻值。•1．旋转左侧转换开关置于Ω的位置，旋转右侧转换开关置于1K的档位。•2．短接万用表表笔，旋转电阻校零旋纽，使得指针指示为零。