电工仪表电路图
数字万用表,拥有测量电流、交流电压、直流电压、电阻、二极管、线路通断及温度测量等功能。是电工、技术人员、维修人员常用的工具。
整个电路图包含直流电压测量电路图(如图2)、交流电压测量电路图(如图3)、直流电流测量电路图(如图4)、电阻测量电路图(如图5)、电池测试电路图(如图6)、二极管测试电路(如图7)。
以下为数字万用表原理方框图:
图1 数字万用表原理方框图
图2 直流电压测量电路图
直流电压的测量:将万用表的一个转换开关置于交、直流电压挡,另一个转换开关置于直流电压的合适量程上,且“+”表笔(红表笔)接到高电位处,“-”表笔(黑表笔)接到低电位处,即让电流从“+”表笔流入,从“-”表笔流出。若表笔接反,表头指针会反方向偏转,容易撞弯指针。
图3 交流电压测量电路
在基准数字电压表头前面加一级分压电路(分压器),可以扩展直流电压测量的量程。如图,U0为电压表头的量程(如200mV),r为其内阻,r1、r2为分压电阻,U10为扩展后的量程。
由于r《《R,所以分压比为
U0/U10=r2/(r1+r2)
扩展后的量程为
U10=(r1+r2)U0/r2
图4 直流电流测量电路
根据欧姆定理,用合适的取样电阻把待测电流转换为相应的电压,再进行测量。如图,由于r《《R,取样电阻R上的电压降为
Ui=IiR
即被测电流Ii=Ui/R
若数字表头的电压量程为U0,欲使电流档量程为I0,则该档的取样电阻(也称分流电阻)为R=U0/I0。
图5 电阻测量电路
由稳压管ZD提供测量基准电压,流过标准电阻R0和被测电阻Rx的电流基本相等(数字表头的输入阻抗很高,其取用的电流可忽略不计)。所以A/D转换器的参考电压URFE和输入电压UIN有如下关系:
URFE/UIN=R0/Rx
即
Rx=(UIN/URFE)/R0
图6 电池测试电路
图7 二极管测试电路
数字万用表由以下几部分功能组成,复原电路、震荡电路、ADC输入、被测量显示、ADC使能控制。复位电路用来清零进行下一次的测量;震荡电路用来消除一些外来干扰,使电路工作更加稳定;ADC输入则是将输入量进行AD转换;测量显示就是显示测量的数值。
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。
图1 直流电流测量电路
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。
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