万用表制作实验报告

          

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。

一、实验目的

（1）通过万用表组装实验，进一步熟悉万用表结构、工作原理和使用方法。

（2）了解电路理论的实际应用，进一步学会分析电路，提高自身的能力。

二、实验原理

万用表主要是由指示器、测量电路和转换装置三部分组成。指示器俗称表头，用来指示被测电量的数值，通常为磁电式微安表。表头是万用表的关键部分，万用表的灵敏度、准确度及指针回零等大都决定于表头的性能。表头的灵敏度是以满刻度的测量电流来衡量的，满刻度偏转电流越小，灵敏度越高。一般万用表表头灵敏度在10~100μA左右。

测量电路的作用是把被测的电量转化为适合于表头要求的微小直流电流，它通常包括分流电路、分压电路和整流电路。分流电路将被测大电流通过分流电阻变成表头所需要的微小电流，分压电路将被测得高电压通过分压电阻变换成表头所需的低电压；整流电路将被测的交流，通过整流转变成所需的直流电。

万用表的各种测量种类及量程的选择是靠转换装置来实现，转换装置通常由转换开关、接线柱、插孔等组成。转换开关有固定触点和活动触点，它位于不同位置，接通相应的触点，构成相应的测量电路。

万用表基本原理，如下图1-1所示。

图1-1万用表基本原理图

下面以MF-47型万用表为例，分部介绍电路参数的测量原理。

三、实验内容

1、直流电流的测量

万用表的直流电流档，实质上是一个多量程的磁电式直流电流表，它应用分流电阻与表头并联以达到扩大测量的电流量程。根据分流电阻值越小，所得的测量量程越大的原理，配以不同的分流电阻，构成相应的测量量程。在电路中，各分流电阻彼此串联，然后与表头并联，形成一个闭合环路，当转换开关置于不同位置时，表头所用的分流电阻不同，构成不同量程的档位，如图16-6所示。

图1-2 直流电流测量电路

2  直流电压的测量

万用表的直流电压档，实质上是一个多量程的直流电压表，它应用分压电阻与表头串联来扩大测量电压的量程，根据分压电阻值越大，所得的测量量程越大的原理，通过配以不同的分压电阻，构成相应的电压测量量程。测量电路如图16-7所示。

图1-3 直流电压测量电路

3、交流电流、电压的测量

磁电式仪表本身只能测量直流电流和电压。测量交流电压和电流时，采用整流电路将输入的交流，变成直流，实现对交流的测量。其整流电路一般有半波整流和全波整流，其整流元件一般都采用晶体二极管。万用表测量的交流电压只能是正弦波。

万用表通常采用的是半波整流测量电路，如图16-8所示。

图1-4 交流电压测量电路

4 、 电阻的测量

万用表测量电阻电路，如图16-9所示，工作原理是欧姆定律：

其中：R为串联电阻；为被测电阻；Ra为表头内阻；E为电源的电压；为被测电路的电流。

图1-5  电阻测量电路

当=0，电路中电流最大，指针偏转角最大，为满偏，零刻度值，一般为表头最右端。

当=∞，电流为零，指针无偏转，为无穷大刻度值，一般为表头最左端。

当为其他值时，指针在零刻度值和无穷大刻度值间偏转。

当=Ra+R时，此时的电流为最大电流的一半，指针定位于表头刻度尺中间，为欧姆档中心值。欧姆档的刻度分布是不均匀的，它的刻度值是自右向左递增的，右半部刻度稀疏，左半部刻度紧密。

由于电池电压值在每次使用过程后的不稳定性，一般在电路中还要设置调零电阻，通过调整阻值的大小，使指针定位在零刻度，确保测量精度。

四、实验步骤

    1.按照原理图进行电流、电压及电阻的测量，记录相关的实验数据并记录。

2.万用表校准

在没有专用校准设备的情况下，可用普通数字万用表校准，方法如下。

（1）将装配完成的万用表仔细检查一遍，确认无误后，将万用表旋至最小电流档0.25V/50uA处，用数字万用表测量其“+”、“-”两插座之间的电阻值，应在4.9~5.1kΩ之间。如不符合要求，应调整电位器上方220Ω、120Ω两只电阻阻值，直至达到要求为止。

（2）将万用表从电流档开始逐档检测满度值。检测时，从最小档开始。首先检测直流电流档，然后是直流电压、交流电压、直流电阻及其他。各档检测符合要求后，即可投入正常使用。

注意事项

（1）由于表头部分属精密仪表，在安装时需倍加小心。

（2）表头部分含有永久磁铁，有磁性，很容易把含铁的杂质的吸入，损坏表头。

五、实验心得

    通过这次实验设计，让我更加深入的了解了万用表的组成和工作原理，掌握实用电路的设计方法和技巧，熟悉常用电子元件、电工工具和仪表，焊接、装配与调试工艺，提高了实践操作技能。掌握常见故障的处理方案与维修的基本技巧。这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处。虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义。学会了坚持、耐心和努力为我今后的学习和工作积累了宝贵的财富。

 

第二篇：电路课程设计报告——万用表设计

                     目录

第一章课程设计目的及任务……………………………………1

1-1  万用表设计制作的目的及任务………………………………………1

1-2  万用表简介……………………………………………………………1

1-3  本次课程设计的任务…………………………………………………1

第二章万用表原理………………………………………………2

2-1  指针式万用表的组成…………………………………………………2

2-2  指针式万用表最基本的工作原理……………………………………3

2-3  MF47型万用表的工作原理……………………………………………4

2-4  MF47万用表电阻档工作原理…………………………………………4

第三章MF47万用电表制作及装配……………………………6

3-1  万用表套件材料………………………………………………………6

3-2  二极管极性的判断……………………………………………………7

3-3  色环的认识……………………………………………………………8

3-4  元件引脚的弯制成型…………………………………………………9

3-5  焊接……………………………………………………………………10

3-6  元器件的插放…………………………………………………………11

3-7  元器件参数的检测……………………………………………………12

3-8  元器件的焊接…………………………………………………………13

3-9  线路板安装程序………………………………………………………13

第四章MF47万用电表安装调试………………………………14

第五章课程设计心得体会……………………………………14

附录……………………………………………………………15

参考文献

第一章课程设计目的及任务

1-1  万用表设计制作的目的及任务

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。

1-2  万用表简介

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。

 

1-3  本次课程设计的任务

 

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。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。

 

 

 

第二章万用表原理

2-1  指针式万用表的组成

 

指针式万用表的结构主要由表头、档位转换开关、测量线路板、面板等组成（见图2-1）。

图2-1

表头是万用表的测量显视装置，档位开关用来选择被测电量的量程；测量线路板将不同性质和大小的被测电量转换为表头所能接受的直流电流。万用表可以测量直流电流、直流电压、交流电压和电阻等多种电量。当转换开关拨到直流电流档，可分别与5个接触点接通，用于测量500mA、50mA、5mA和500μA、50μA量程的直流电流。同样，当转换开关拨到欧姆档，可分别测量×1Ω、×10Ω、×100Ω、×1kΩ、×10kΩ量程的电阻；当转换开关拨到直流电压档，可分别测量0.25V、1V、2.5V、10V、50V、250V、500V、1000V量程的直流电压；当转换开关拨到交流电压档，可分别测量10V、50V、250V、500V、1000V量程的交流电压。

 

 

 

 

 

2-2  指针式万用表最基本的的工作原理

指针式万用表最基本的的工作原理（见图2-2）。

图2-2

它由表头、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。测电压和电流时，外部有电流通入表头，因此不须内接电池。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；打到直流电档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：

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：

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：

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∞。

2-3  MF47型万用表的工作原理

MF47型万用表的原理图：

2-4  MF47万用表电阻档工作原理

MF47万用表电阻档工作原理（见图2-4），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2-4

第三章MF47万用电表制作及装配

3-1  万用表套件材料

一. 电阻

二．元件器

1.  电位器10K  5%  WH161  1只 

2.  二极管1N4001  3只、1N4007  1只

3.保险丝座    2只            4.电解电容10μF  16V  1只

5.保险丝管5×20  250V/0.5 A  1只

三.塑料件

1.面板  1只      2.大旋钮   1只       3.小旋钮   1只

4.表箱   1只     5.电池盖板  1只      6.晶体管插座  1只

7.提把  1只      8.电刷架  1只

四.标准件

1.螺钉M3×8  自攻  4只          2.螺钉M4×12   1只

五.零配件

1.输入插座Φ4   4只           2.压簧   2只

3.钢珠Φ4    2只              4.电刷片(3点)   1只

5.电池夹正极   1只         6.电池夹负极   3只

7.晶体管插片   6只         8.MF47线路板  1块

9.连接线    5根           10.成品表头   1只

11.测试棒(红,黑)     1付 

3-2  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（见图3-2），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。

图3-2

3-3  色环的认识

黄电阻有4条色环（见图3-3-1），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。

图3-3-1
每条色环表示的意义（见表3-3），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。由此可知，图3-3-1中的色环为红、紫、绿、棕，阻值为27×105Ω＝2.7MΩ，其误差为±0.5%。

表3-3

将所取电阻对照表格进行读数，比如说，第一个色环为绿色，表示5，第2个色环为蓝色表示6，第3个色环为黑色表示乘100，第4个色环为红色,那么表示它的阻值是56×100=56Ω误差为±2%，对照材料配套清单电阻栏目R19＝56Ω。

蓝色或绿色的电阻（见图3-3-2），与黄电阻相似，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。比如：蓝紫绿黄棕表示675×104=6.75MΩ，误差为±1%。

图3-3-2

从上可知，金色和银色只能是乘数和允许误差，一定放在右边；
表示允许误差的色环比别的色环稍宽，离别的色环稍远；
本次实习使用的电阻大多数允许误差是±1%的，用棕色色环表示，因此棕色一般都在最右边。

3-4  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（见图3-4），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。
                          图3-4
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。有的元件安装孔距离较大，应根据线路板上对应的孔距弯曲成形。
    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。

3-5  焊接

一．烙铁头上多余锡的处理:如果烙铁头上挂有很多的锡，不易焊接，可在烙铁架中带水的海棉上或者在烙铁架的钢丝上抹去多余的锡。不可在工作台或者其他地方抹去。
    二.在练习板上焊接:焊接练习板是一块焊盘排列整齐的线路板，学生将一根七股多芯电线的线芯剥出，把一股从焊接练习板的小孔中插入，练习板放在焊接木架上，从右上角开始，排列整齐，进行焊接。
练习时注意不断总结，把握加热时间、送锡多少，不可在一个点加热时间过长，否则会使线路板的焊盘烫坏。注意应尽量排列整齐，以便前后对比，改进不足。
    焊接时先将电烙铁在线路板上加热，大约两秒钟后，送焊锡丝，观察焊锡量的多少，不能太多，造成堆焊；也不能太少，造成虚焊。当焊锡熔化，发出光泽时焊接温度最佳，应立即将焊锡丝移开，再将电烙铁移开。为了再加热中使加热面积最大，要将烙铁头的斜面靠在元件引脚上（见图3-5-1），烙铁头的顶尖抵在线路板的焊盘上。焊点高度一般在2毫米左右，直径应与焊盘相一致，引脚应高出焊点大约0.5 mm。

图3-5-1

三.焊点的正确形状:焊点的正确形状（见图3-5-2），焊点a一般焊接比较牢固；焊点b为理想状态，一般不易焊出这样的形状；焊点c焊锡较多，当焊盘较小时，可能会出现这种情况，但是往往有虚焊的可能；焊点d，焊点d、e焊锡太少；焊点f提烙铁时方向不合适，造成焊点形状不规则；焊点g烙铁温度不够，焊点呈碎渣状，这种情况多数为虚焊；焊点h焊盘与焊点之间有缝隙为虚焊或接触不良；焊点I引脚放置歪斜。一般形状不正确的焊点，元件多数没有焊接牢固，一般为虚焊点，应重焊。
                          图3-5-2

四.焊点的正确形状俯视（见图3-5-3），焊点a、b形状圆整，有光泽，焊接正确；焊点c、d温度不够，或抬烙铁时发生抖动，焊点呈碎渣状；焊点e、f焊锡太多，将不该连接的地方焊成短路。焊接时一定要注意尽量把焊点焊得美观牢固。
 

图3-5-3

3-6  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；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（见图3-6）。

图3-6

3-7  元器件参数的检测

每个元器件在焊接前都要用万用表检测其参数是否在规定的范围内。二极管、电解电容要检查它们的极性，电阻要测量阻值。
测量阻值时应将万用表的档位开关旋钮调整到电阻档，预读被测电阻的阻值，估计量程，将档位开关旋钮打到合适的量程，短接红黑表棒，调整电位器旋钮，将万用表调零。注意电阻档调零电位器在表的右侧，不能调表头中间的小旋钮，该旋钮用于表头本身的调零。调零后，用万用表测量每个插放好的电阻的阻值。测量不同阻值的电阻时要使用不同的档位，每次换档后都要调零。为了保证测量的精度，要使测出的阻值在满刻的2/3左右，过大或过小都会影响读数，应及时调整量程。要注意一定要先插放电阻，后测阻值，这样不但检查了电阻的阻值是否准确，而且同时还检查了元件的插放是否正确，如果插放前测量电阻，只能检查元件的阻值，而不能检查插放是否正确。

3-8  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。

3-9线路板安装程序

按线路板上的标注将电阻及元器件焊装到相应位置（注：将电位器，输入插座及晶体管插座组件垂直焊接于线路板电路面），请使用含锡量60%，镀镍线路板专用焊锡丝进行焊接。

第四章MF47万用电表安装调试

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。

第五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MF47万用表的制作。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，最后在许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