磁电式指针万用表设计,万用表设计,首先需要给出一个微安级的直流电流表做表头,表头参数为:表头满偏电流Ig 表头内阻Rg。 以47型表为例,表头参数为:表头满偏电流Ig:46.2μA 表头内阻Rg:2.5KΩ,
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根据Ug=Ig×Rg=0.0000462×2500=0.1155V, 0.1155V即表头满度压降也就是表头的满偏电压,只要给这个表头通入一个0.1155V的电压指针满偏偏转到头。 46.2μA是这个表头的满偏电流,给表头通入46.2μA指针满偏,0.1155V是表头的满偏电压,通入0.1155V的电压指针满偏。
算出表头满偏电压(表头满度压降Ug)等于0.1155V后,接下来需要把表头满偏从原有的46.2μA扩大为50μA
则流过表头并联支路的电流为, 50-46.2=3.8μA
则与表头并联的分流电阻阻值为:R21+WH1=Ug/I=0.1155/0.0000038=30K 实际取一个20K电阻和一个10K可调电位器串联总阻值为30K在与46.2μA的微安表头并联扩大表头满偏至50μA,实际表头满偏还是46.2μA不过多余的3.8μA要走表头并联支路的30K电阻(20K电阻+10K可调电位器串联总阻值为30K)进行分流从而扩大表头满偏至50μA
简单的说,若想将46.2μA的表头扩大为50μA,就要在46.2μA的表头基础上并联一个30K电阻,这里我们选用一个20K电阻串联上一个10K可调电位器总阻值为30K在于表头并联就可以把表头扩大为50μA
这样的话,多余的3.8μA走表头并联支路的30K电阻进行分流,从而将表头满偏扩大为50μA,而流过表头的满偏电流还是46.2μA,
扩大表头满偏为50μA有两个目的,1:设计欧姆调零电路,2:设计直流电流挡0.05mA量程,
也就是说,我们将46.2μA表头扩大为50μA的时候,此时也就设计出电流挡最小量程0.05mA
0.05mA即50μA,表头就可以直接测量50μA以内的直流电流了
接下来,在根据R1=Um1-Ug/Ig=(0.25-0.1155)=0.1345/0.00005(扩大表头满偏后的50μA)=2690=2.69K
这个计算主要是将原有的表头可以测量0.1155V以内的电压,来扩大为0.25V的量程,
需要与表头串联一个2.69K电阻,
也就是说,首先你必须知道表头满偏电压Ug为0.1155V,后然后将46.2μA表头扩大为50μA表头,必须
在46.2μA表头基础上并联一个30K电阻就可以把表头扩大为50μA,扩大为50μA后,在与表头串联一个2.69K电阻,此时,表头电流量程最高可以测量0.05mA(50μA),电压量程最高可以测量0.25V,在这个基础上在继续扩大电压,电流量程。
扩大电流当量程,我们已经知道了电流挡基准挡量程为0.05mA也就是50μA,
接下来需要将电流挡量程扩大为0.5mA,则就要用, 0.5-0.05=0.45, 0.5mA扩大的量程、 0.05mA(50μA)表头, 也就是说,用被扩大的量程减去表头满偏的50μA,等于0.45mA,这个0.45mA是
要走分流电阻进行分流的,而实际通入表头的电流为0.05mA(50μA)
在用, 0.25/0.00045=555Ω,算出0.5mA量程的分流电阻阻值为555Ω
并联555Ω的电阻就可以将电流当量程扩大为0.5mA
并联555Ω电阻后, 0.45mA的电流走555Ω电阻进行分流走COM,而实际通入表头的电流为0.05, 所以(0.45+0.05)=0.5mA
同理,当将量程扩大为5mA的时候,
就是用 5-0.05, 扩大的量程减去表头满偏Ig 50μA
等于4.95mA,这个4.95mA是走分流电阻的,而通入表头的满偏电流还是0.05mA
5-0.05=4.95 0.25/0.00495=50.5Ω
则需要并联一个50,5Ω的分流电阻,才能将电流当量程扩大为5mA
电流挡计算中,电压是相等的,所以电流挡每个量程计算,电压都应为0.25V
因为并联电路电压相等,
所以每个量程分流电阻两端电压降都是0.25V
同理, 50mA档位,50-0.05=49.95 这个49.95mA是走分流电阻的,而通入表头的还是0.05mA(50μA)
在根据 0.25/0.04995=5Ω,与表头并联5Ω的分流电阻将量程扩大为50mA
同理,500mA挡电流当计算为, 500-0.05=499.95, 0.25/0.49995=0.5Ω
这里实际取500mA挡分流电阻为0.44Ω,
再取0.05Ω做5A(5000mA)大电流分流电阻丝。
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还剩0.01Ω忽略不计、
电流挡量程就计算完了,
0.5mA 5mA 50mA 500mA 5A(500mA)这几个量程,
0.5mA 分流电阻 555欧姆
5mA 50.5欧姆
50mA 5欧姆
500mA 0.44欧姆
5000mA(5A) 0.05欧姆
也就是说,电流当量程越大,并联的分流电阻阻值越小,
电流跟电阻成反比,
所以量程越大分流电阻阻值越小,则分流电阻上的功耗也就越小,
同理电压挡计算,串联电路关系是电流相等,所以每个量程计算的时候,用到的电流,都是0.05mA(50μA)
DCV电压挡计算,
直流电压灵敏度计算,1/0.00005(50μA)=20KΩ/V
1V直流电压所具有20K内阻,
反映的是直流电压灵敏度,
直流1V挡计算,我们已经将电压挡量程扩大为0.25V,主要是与表头串联2.69K电阻将电压挡量程扩大为0.25V
现在将0.25V量程扩大为1V量程,
则就要用, (1-0.25)=0.75/0.00005(50μA)=15K
扩大的量程,减去原有的量程,在除上表头满偏电流,
算出来等于15K 阻燃双面胶
为什么要除上0.00005(50μA)呢,就是说,通入表头50μA电流时指针满偏,当串入15K电阻时,通入表头电流为50μA时指针满偏则说明这个电压为1V,
同理将量程扩大为2.5V则要串入多大分压电阻
就要用 (2.5-1)=1.5/0.00005(50μA)=30K
需要串联30K
扩大为10V量程, (10-2.5)=7.5/0.00005(50μA)=150K
扩大50V量程, (50-10)=40/0.00005(50μA)=800K
250V量程 (250-50)=200/0.00005=4M
500V量
程 (500-250)=250/0.00005=5M
1000V量程 (1000-500)=500/0.00005=10M
电压挡跟电流挡相反,电流挡是电压相等,所以每个量程都要用到0.25V电压,而电压挡是电流相等,所以每个量程都要用到0.05mA(50μA)的表头满偏电流。
还有就是,电流挡档位越大,分流电阻阻值越小,电压挡是档位越大分压电阻阻值越大,
因为I跟U成正比,跟R成反比,
也就是说,分压电阻阻值越大,分得的电压也就越多,
直流电压挡计算完毕
其实交流电压挡就是在直流电压档的基础上将表头满偏电流50μA改为250μA来计算,
所以交流电压挡是在250μA的表头上算的,
为什么要把表头满偏扩大为250μA?
因表头是磁电式仪表,
表头无法测量交流信号
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因为交流信号随时间变化而变化,
所以如果直接通入表头的话,由于交流电流在不停的正负跳变,则就会出现指针在原地震动现象,
所以,如果要用磁电式仪表测量交流信号的话,需要加装二极管整流装置,
也就是半波整流电路,
利用半导体二极管的单向导电性,将交流电整流变为直流电通入表头来测量,
经过半波整流后的直流电流通入表头反映的是交流电的平均值,而表头刻度线是按照交流电的有效值来绘制的,
所以我们必须要把表头满偏从原有50μA改为250μA交流电的平均值来设计计算,
交流电压挡就是在直流电压档的基础上,将表头满偏电流50μA改为250μA来计算,所以交流电压挡是在250μA的表头上算的,为什么要把表头满偏扩大为250μA?因表头是磁电式仪表,表头无法测量交流信号,因为交流信号随时间变化而变化,所以如果直接通入表头的话,由于交流电流在不停的正负跳变,则就会出现指针在原地震动现象,所以,如果要用磁电式仪表测量交流信号的话,需要加装二极管整流装置,也就是半波整流电路,利用半导体二极管的单向导电性,将交流电整流变为直流电通入表头来测量。
经过半波整流后的直流电流通入表头反映的是交流电的平均值,而表头刻度线是按照交流电的有效值来绘制的,所以我们必须要把表头满偏从原有50μA改为250μA交流电的平均值来设计计算,
交流灵敏度计算: 1/0.000250(250μA)=4KΩ/V
1V交流电压所具有4KΩ的内阻。
交流10V挡计算, 10/0.000250=40K 40K-1.7K=38.3K,实取38.3K做交流10V挡分压电阻,另外的1.7K由表头内阻和整流器正向电阻分担,
也就是说,交流10V挡的40K分别是, 10V挡的38.3K分压电阻+整流器正向电阻与表头内阻的1.7K的总阻值等于40K
所以这里实际取38.3K做交流10V挡
分压电阻,因为设计中必须要考虑到整流器的正向导通电阻值。
考虑进去。
交流50V挡, 50-10=40/0.000250=160K
交流250V挡, 250-50=200/0.000250=800K
交流500V挡, 500-250=250/0.000250=1M
交流1000V挡, 1000-500=500/0.000250=2M
消息钩子这就是交流电压挡的设计计算过程,
其实跟直流电压档一样,只是把直流电压档计算的时候的50μA表头改为250μA
也就是说,当你打到直流电压档和直流电流挡的时候此时表头是50μA的满偏,而打到交流电压挡的时候此时表头满偏是250μA。
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早期万用表交流电压挡灵敏度为: 1/0.000250(250μA)=4KΩ/V
新型万用表交流灵敏度为:小于10V挡,灵敏度为:1/50×0.435=8.7KΩ/V
大于10V挡,灵敏度为:1/50×0.45=9KΩ/V
新型万用表交流灵敏度分为两种,1是小于10V挡, 2是大于10V挡,
早期万用表设计的时候,交流灵敏度为4KΩ/V 设计时没有考虑到,在测量小于10V交流电压时的测量误差,
所以早期万用表交流10V挡跟电压挡是公用一条刻度线,
所以测量小于10V交流电的时候测量误差会很大,
而新型万用表交流电压挡,为了防止测量小于10V的交流电测量误差大,所以专门给10V挡专门设计一条刻度线,
所以10V挡灵敏度为: 1/50×0.435=8.7KΩ/V
而大于10V挡,灵敏度为: 1/50×0.45(半波整流后的电压)=9KΩ/V
而早期万用表交流电压挡个档位的参数分别是:
交流10V挡, 10/0.000250=40K 40K-1.7K=38.3K
交流50V挡, 50-10=40/0.000250=160K
交流250V挡, 250-50=200/0.000250=800K
交流500V挡, 500-250=250/0.000250=1M
交流1000V挡, 1000-500=500/0.000250=2M
新型万用表交流电压挡个档位参数。
交流10V挡计算, 10×8.7=87K 87K-2.5-0.5=84K,实际取84K做交流10V挡分压电阻,另外的3K(2.5+0.5)由整流器正向电阻和表头共同分担。发热板
50V挡, 50×9=450-87=363K实际取360K做交流50V挡分压电阻。
250V挡, 250×9=2250-450=1800=1.8M
500V挡, 500×9=4500-2250=2250=2.25M
1000V挡, 1000×9=9000-4500=4500=4.5M
所以万用表早期和新型的最大差距还是在交流电压挡,而直流电压档计算是完全相同的,
我刚才说了 早期万用表交流电压挡灵敏度是4Ω 新型交流灵敏度是9KΩ,而新型万用表交流电压挡个档位的分压电阻,和早期万用表交流电压挡个档位参数和计算方法也是不同的。
早期万用表交流电压挡就是在直流电压档的计算基础上,把表头满偏从50μA改为250μA,然后还是按照直流电压档的计算方法来计算,
而新型万用表交流电压挡计算不同。