简易万用电表的制作与定标   

内容摘要：万用电表示一种多功能、多量程的便于携带的电学仪器，它可用不同的量程测量直流电流、直流与交流电压、电阻，有的万用电表还可以用来测量音频功率、阻抗、容抗、电感、半导体三极管穿透电流和直流电放大倍数参数等。由于大功能较多在实验调试、故障检查中使用非常方便。学习自行设计和制作万用电表不仅符合大学物理实验B自行设计实验的要求，而且在制作过程中，可提高学生的电路分析能力和加深其对万用电表工作原理的理解并提高其动手能力。本论文论述了本人在自行制作万用电表的过程中所用的方案和对其原理的理解和实验过程。如有不妥之处望读者指正。

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引言：物理学是一门以实验为基础的学科，在物理学习当中，实验的教学是必不可少的环节。开设设计形式研究可提高学生创新能力和动手能力，这正是物理学的培养目标，所以开设设计性试验理所当然。本论文基于《普物实验》，在误差分析中，广泛查阅图书馆的书本及电子资源，并力图减小在实验中的误差，从而做出更精确的万用电表

正文：常见的万用电表有机械式万用电表和数字万用电表，现在数字万用电表的使用也越来越多，而在数字万用电表中，要涉及单片机知识在这里我们只能初步介绍其原理如下。

在本论文中我们将重点介绍机械式万用电表。

首先我们来介绍其原理，它是建立在欧姆定律和电阻串联分压、并联分流等规律基础之上的。它的核心部件为其其内部的微电流计。其表头内部有一个可动的线圈(叫做动圈)，它的电阻Rg称为表头的内阻。动圈处于永久磁铁的磁场中，当动圈通有电流之后会受到磁场力的力矩作用而发生偏转。固定在动圈上的指针随着动圈一起偏转的角度，与动圈中的电流成正比。当指针指示到表盘刻度的满标度时，动圈中所通过的电流称为满偏电流Ig。Rg与Ig是表头的两个主要参数。

1测量直流电压的原理：根据欧姆定律 U=IR，一个电阻为R的表头，当我们给其串联一个较大的电阻R串时，

U=（R+R串）I

所以我们在自行设计万用电表，只需在表头上串连一个大电阻可以将表头改为电压表，并可根据自己的需要选择量程。

测量交流电的原理：磁电仪器不能直接用来测交流电，必须配以整流电路，将直流变为交流，方能测量交流电的电压（常见的整流器有氧化亚铜整流器锗二极管和硅二极管等几种，所以在设计自制万用电表电路时，在测量交流电路档的电路中要加入整流器。但在我们做设计性实验时老师没要求，所以没测得其数据，现的加整流器后期电路具体如下

其测交流电的原理：给整流系电表加上整流电阻，以分流的原理扩大量限，就成为一只多量限的交流电表 还有另一种方法是利用变流器来扩大量程。此步骤在本实验中未做。

测量直流电的原理:一只表头只能用来测小于它量程的电流，为了扩大其量程，只要给它并联上分流电阻就可以了。

欧姆表的原理，在电压不变的情况下，若回路的电阻增加一倍，则电流减小一半这既是欧姆表原理。其电路原理如下

实验步骤：根据《大学物理实验Ⅱ》要求，本人做的实验步骤如下，

⑴制作直流电流档：I1=50mA，I2=10mA；制作直流电压档u1=1.5V，u2=3V。

计算R1，R2，R4，R5的值。

⑵校正改装表。

⑶制作欧姆计：调调节好调零电阻R3，取待测电阻分别为50Ω，100Ω，500Ω，1000Ω，5000Ω，10000Ω，50000Ω，100000Ω。记录对应的读数，绘制欧姆表盘。       

             

实验数据如下      

将G表改为电流表时：   量程10mA                            单位mA

Ig	10.00	9.00	8.00	7.00	6.00	5.00	4.00
I标	8.82	7.90	7.00	6.21	5.23	4.52	3.61
ΔI	1.18	1.10	1.0	0.79	0.87	0.48	0.39

 

将G表改为电流表时：  量程50mA                             单位mA          

Ig	50	45	40	35	30	25	20
I标	45.20	40.51	36.00	29.90	27.05	21.20	17.52
ΔI	4.8	4.49	4.0	5.1	3.95	3.80	3.38

 

将G表改为电压表时：   量程1.5V                              单位V

Ug	1.50	1.35	1.20	1.05	0.9	0.75	0.6
U标	1.48	1.34	1.18	1.04	0.9	0.73	0.59
Δu	0.02	0.01	0.02	0.01	0	0.02	0.01

 

将G表改为电压表时：   量程3V                              单位V

Ug	3	2.7	2.4	2.1	1.8	1.5	1.2
U标	2.95	2.66	2.40	2.08	1.79	1.48	1.20
Δu	0.05	0.04	0	0.2	0.1	0.02	0

将G表改为欧姆表时：                               

电阻	50	100	500	1000	5000	10000	50000	100000	单位Ω
格数	3	6	20.5	29.5	44	47	49.1	50	单位：格

 

资质的建议万用电表原理图如下

 

当S接1时，电阻R1、R2与G表并联，成为具有I1，I2两个量程的电流表其公共端为A此时有

将实验数据代入解得          R1≈2.5Ω

                            R2≈9.8Ω

当S接2时，表头G与电阻R4，R5串联，成为具有u1、u2两个量程的电流表此时有

 

将实验数据代入              R4≈30050.1Ω

                            R5≈32608.7Ω

数据处理结果，以下为量程为10mA时误差曲线

 

以下为量程为50mA时的误差曲线

以下为电压为1.5V时的误差曲线

当电压为3V时的误差曲线

 

所以根据

ΔI1=1.18/10=0.118mA

ΔI2=5.1/35=0.14mA

Δu1=0.2/0.75=0.26V

Δu2=0.05/3=0.016V

作出表盘

误差分析

1、 G表读数时读数视角会照成误差

2、 当电路接入电流表或电压表时会对电路造成影响特别是欧姆表，因它的原理是假定输出电压不变

3、 直流电源自身存在内阻，造成输出电压与实际不符

 

总结：学生自行设计万用电表是可行的。并且它可以在中学推广，提高中学生动手能力和创新能力，提高他们把自己的知识与实践结合的能力

 

参考文献：《万用电表》 作者:赵宝义编 页数:186 出版社:上海市：上海人民出版社 出版日期:1974

《大学物理实验教程》  作者:施卫编著 页数:289 出版社:北京市：机械工业出版社 出版日期:2010.02

《数字万用电表》

作者：刘芬，荐玉奎  刊名：物理教学  出版日期：2006  期号：第4期  

《探究万用电表欧姆挡的中值电阻》

刊名：中国教育技术装备  出版日期：2010  期号：第5期 

《指针式万用电表的工作原理及维修经验总结》作者：崔建国  刊名：科技信息(学术研究)  出版日期：2008  期号：第1期