万用表的设计与装配(电路基础)分解

课程设计（大作业）报告

课程名称：《电路》课程设计

设计题目：万用表的设计与装配

院系：信息技术学院

班级：计算机科学与技术

设计者：xxxx

学号：xxxxxx

指导教师：xxxx

设计时间：2013-01-17

信息技术学院

昆明学院课程设计（大作业）任务书

一、题目分析

理解实训与其它课程的不同（实训要求我们更好地运用课堂上的相关知识指导，并且应用它们解决实际问题，它主要提高我们的实际操作能力和独立思考? 解决问题的能力） ; 加强学生们的实践动手能力和独立完成能力; 通过万用表组装实训，进一步熟悉万用表结构、工作原理和使用方法;了解电路理论的实际应用，熟悉仪表的装配和调试工艺，提高专业技能;培养我们自己的动手，独立思考，遇到问题时能够独立解决的能力。

通过实习还能让我们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。

二、总体设计

1、万用表的概述

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、交流电流和电阻，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个基本量程和电瓶、电容、电感、晶体管直流参数等7个附加参考流程，是一种来量限多、分档细、灵敏度高、体形轻巧、性能稳点、过载保护可靠、读书清晰、使用方便的信息万用表。

2、万用表的技术指标

直流电流 DCmA 50uA—500uA—5mA—50mA—500mA—10mA 6档选择

直流电压DCV 0.25V—0.5V—2.5V—10V—50V—250V—500 9档选择

V—1000V—2500V

交流电压ACV 10V—50V—250V—500V—1000V—2500V 6档选择

直流电阻R ×1—×10—×100—×1K—×10K 5档选择

直流电容C 0.01uF—10uF—100uF—1000uF—10000

uF—100000uF 5档选择

温度测量TEMP -10`C—150`C 1档选择

晶体管 hFE 0—1000 1档选择

音频电平 dB -10dB—+22dB 4档选择

电池电力BATT RL=7Ω 1.2V—1.5V—2V—3V—3.6V

RL=190Ω 9V 2档选择

标准电阻箱R.box 0.025-22.5 14档选择3、MF47型万用表的原理与设计

总体结构、原理图及功能

(1).指针万用表的工作原理图

它由表头、电阻测量档、电流测量档、直流电压测量档和直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

限流，由表头显示出旋钮SA打到交流电压档时，通过二极管VD整流，电阻R

3

来；

限流，表头即可显示；

当打到直流电压档时不须二极管整流，仅须电阻R

2

(2)、 MF47的电路原理框图

它由5个部分组成：公共显示部分；直流电流部分；直流电压部分；交流电压部分和电阻部分。线路板上每个档位的分布（见图8），上面为交流电压档，左边为直流电压档，下面为直流mA档，右边是电阻档。

它的显示表头是一个直流μA表，WH2是电位器用于调节表头回路中的电流大小，D3、D4两个二极管反向并联并与电容并联，用于保护限制表头两端的电压起保护表头的作用，使表头不至电压、电流过大而烧坏。电阻档分为×1Ω、×10Ω、×100Ω、×1kΩ、×10kΩ、几个量程，当转换开关打到某一个量程时，与某一个电阻形成回路，使表头偏转，测出阻值的大小。

（3）万用电表各档测量电路设计及参数计算

1）直流电流线路2）直流电压线路3）交流电压线路4）直流电阻线路 1）．直流电流档的原理图设计与计算

在测量电流时（50μA 除 外）开关闭合，在测量其它开 关时则打开。

Ω=?=

600010A 500.3V

6

-μ总R

Ω=?=

06.010500mA 0.3V

3

-1R

Ω

=-=-?=54.006.06.010

500mA 0.3V

1

3-2R R Ω

=--=--?=4.554.006.061050mA 0.3V

2

13

-3R R R Ω=Ω---=---?=544.554.006.060105mA 0.3V

3213

-4R R R R Ω=Ω----=----?=540544.554.006.0600100.5mA 0.3V

43213

-5R R R R R Ω=Ω--=--=31006002300600060023006总R R

2）．直流电压档的原理图设计与计算

直

流

电

源

灵

敏

度

Ω=?-K A V

2010

5016

μ 0.25V ?20K Ω=5K Ω

1?20K Ω=20K Ω 2.5?20K Ω=50K Ω 10?20K Ω=200K Ω 50?20K Ω=1000K Ω 250?20K Ω=5000K Ω 500?20K Ω=1000K Ω

3）原理图设计与计算

直流电源灵敏度：

Ω=K A

V

25041μ 250A μ?0.445=111.25mA 2.3K ∥1.88K+A D =12K 10?20K Ω=40K Ω 50?4K Ω=200K Ω 250?4K Ω=1000K Ω 500?4K Ω=2000K Ω

1000?4K Ω=4000K Ω

4）.欧姆档的原理图设计与计算

x1、x10、x100、x1K 是由1.5V 电源供电， x10K 是由9V 电源 和1.5V 电源串联供电

三、实验器材

1、电阻;(单位:欧姆精度%1 只/台)

2、元器件

电容器10K 5% WH161 1 只二极管1N4001 3 只、1N4007 1只保险丝座2只电解电容10uF 16V 1 只

保险丝管5×20 250V、0.5A 1只

3、塑料件：

面板 1只大旋钮 1只小旋钮 1只表箱 1只电池板 1 只晶体管插座 1只提把 1只电刷架 1只4、标准件：

螺钉 M3×8 自攻 4只螺钉 M4×12 1只

5、零配件：

输入插座 4只压簧 2只钢珠 2只

电刷片 1只电池夹负极 3只晶体管插片 6只

档位板名牌 1只科华标志 1只 MF47线路板 1 块

连接线 5根

6、其他材料：

成品表头 46.2uA 1只测试棒（红、黑）1副

镊子，钳子

四、制作步骤

（MF47型万用表的组装与调试）

安装原理与准备

万用表的安装步骤

1、清点材料（参考材料配件清单）

1）按材料清单一一对应，记清每个元件的名称与外形

2）小心，不要将塑料袋撕破，以免材料丢失；

3）材料时请将表箱后盖当容器，将所有的东西都放在里面；

4）清点完后请将材料放回塑料袋备用；

5）暂时不用的材料请放在塑料袋里。

2.在安装前辨别好二极管的极性，判断出电容的正负极，把相应大小的电阻按照电路板放在相应的位置。

（1）.二极管极性的判断：

把红表笔和黑表笔分别与二极管的两引脚连接，观察其阻值并记下；然后把两表笔对调再与二极管两引脚连接，再次观察并记录下阻值。测得阻值小时，黑笔所接二极管的那端引脚是二极管的“+ ”极，红笔所接二极管的那端引脚是二极管的“－”极。

（2）.电容极性的判断：

据电容引脚的长短来判断极性，长的一端为正极，短的一端为负，还可以根据万用表来判断，判断的方法是正接时阻值大，反接时阻值小

（3）.读出相应电阻的阻值（色坏的认识）

从材料袋中取出一色环电阻，对照幻灯片观察，看它有几道色环，蓝电阻或绿电阻有五道色环（见图20），其中有一道色环与别的色环间相距较大，且色环较粗，这是第五道色环，读数时应将其放

每道色环表示的意义（见表2），色环表格左边第一道色环表示第一位数字，第二道色环表示第二位数字，第三道色环表示乘数，第四道色环（也就是离开较远并且较粗的色环）

表示误差。由此可知，图20中的色环为蓝、紫、绿、黄、棕，阻值为675×104Ω＝6.75M Ω，其误差为±1% 。

1）金色和银色只能是乘数和允许误差，一定放在右边； 2）表示允许误差的色环比别的色环稍宽，离别的色环稍远；

3）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焊接前的准备工作 1）清除元件表面的氧化层

元件经过长期存放会在表面形成氧化层，不但使元件难以焊接，而且还会影响焊接质量。因此当元件表面存在氧化层时，应首先清除元件表面的氧化层。注意用力不能过猛，以免使元件引脚受伤或折断。清除元件表面的氧化层的方法是：左手捏住电阻或其他元件的本体，右手用锯条或剪刀、刀片等轻刮元件引脚的表面。左手慢慢地转动，直到表面氧化层全部去除。为了使电池夹易于焊接要用尖嘴钳前端的齿口部分将电池夹的焊接点锉毛，去除氧化层。 2）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22），使引脚的弯折处距离元件的本体有2mm 以上的间隙。左手夹紧镊子，右手食指将引脚弯成直角。电容的引脚可以弯成直角，将电容水平安装（见图23中e ）；也可以将其弯成梯形后垂直安装（见图23中h ）。二极管可以水平安装，但当孔距很小时应垂直安装（见图23中i ）。为了将二极管的引脚弯成美观的圆形，应用螺丝刀辅助弯制（见图24）。将螺丝刀紧靠二极管引脚的根部，十字交叉，左手捏紧交叉点，右手食指将引脚向下弯，直到两引脚平行有的元件安装孔距较大，应根据线路板上对应的孔距弯曲成形（见图25）。

c d 孔距较

e

水平

4.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。

1)一定不插错位置；

2)二极管、电解电容注意极性；

3)电阻插放时要求读数方向排列整齐。横排的必须从左向右读，竖排的必须从下向上读，保证读数一致

4）欧姆调零电位器WH1不能装在黄色面，应该装在线路板的焊接绿面上。

5）四个输入插管是用来插表棒的，必须焊接牢固，安装在绿面。安装时要将其插入线路板中，并用尖嘴钳在黄面轻轻捏紧，将其垂直于板面固定好，最后将三个固定点焊接牢靠。

6）晶体管插座用于判断晶体管的极性，也要装在线路板绿面。在绿面的左上角有6个椭圆型的焊盘，中间有两个小孔，用于晶体管插座的定位，将其放入小孔中检查是否合适，如果小孔直径小于定位突起物，应用起子将孔略微扩大，使定位突起物能够顺利插入。

5.元器件的焊接

1）电烙铁的安全使用方法

焊接前注意：电烙铁的插头必须插在右手的插座上，不能插在靠左手的插座上；如果是左撇子就插在左手。电烙铁通电前应将电源线拉直，并检查其绝缘层是否有损。通电后应将电烙铁插在烙铁架中，并检查烙铁头是否会碰到电源线、书包或其他易燃物品。电烙铁加热后不能用手触摸其发热金属部分，以免烫伤或触电。烙铁架上的海绵要事先加水浸湿。

2）烙铁头的保护

为了便于使用，电烙铁每次使用后都要进行维护。可用锉刀将烙铁头上的黑色氧化层锉去，露出铜的本色。在加热过程中要注意观察烙铁头表面的颜色变化，随着颜色的变深，烙铁头的温度渐渐升高，这时要及时把焊锡丝点到烙铁头上，焊锡丝在一定温度时熔化，将烙铁头镀锡，保护烙铁头。镀锡后的烙铁头呈白色。

3）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绵上或者在烙铁架的钢丝上抹去多余的锡。

4）在焊接练习板上练习焊接焊接练习板是一块焊盘排列整齐的线路板。学生将20个色环电阻弯制成形，从焊接练习板的小孔中插入，从左上角开始，排列整齐，进行焊接。

练习时不断总结，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，此时应立即将焊锡丝移开，再将烙铁头移开。为了在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27），烙铁头的顶尖抵在线路板的焊盘上。焊点高度一般在2mm左右，直径应与焊盘相一致，引脚应高出焊点大约0.5mm。

焊接元件时，应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。焊接时如果线路板未放水平，应重新加热调整。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。

5）焊接面和安装面的区分

测量线路板有黄、绿两面，黄面用于安装元件，而绿面用于焊接。尽管大部分元件是在黄面安装，但是仍有少部分元器件是在绿面进行安装和焊接。

6）印制电路板上元器件的焊接

在焊接练习板上练习合格后方可对照图纸插放元器件，并用万用表校验，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。

应先焊接水平放置的元器件，后焊接垂直放置的或体积较大的元器件，如分流器、可调电阻等。焊接时不允许用电烙铁运载焊锡丝。因为烙铁头的温度很高，焊锡在高温下会使助焊剂分解挥发，易造成虚焊等焊接缺陷。焊接完后的元器件，要求排列整齐，高度一致。

7）错焊元件的拔除

当元件焊错时，要将错焊元件及时拔除重焊。拔除前先检查焊错的元件应该焊在什么位置，正确位置的引脚长度是多少，如果引脚较长，为了便于拔出，应先将引脚剪短。在烙铁架上清除烙铁头上的焊锡，将线路板绿色的焊接面朝下，用电烙铁将元件脚上的锡尽量刮除，然后将线路板竖直放置，用镊子在黄色的面将元件引脚轻轻夹住，在绿色面，用烙铁轻轻烫，同时用镊子将元件向相反方向拔除。拔除后，焊盘孔容易堵塞，有两种方法可以解决这一问题：①烙铁稍烫焊盘，用镊子夹住一根元件废弃引脚，将堵塞的孔通开；②将元件做成正确的形状，并将引脚剪到合适的长度，用镊子夹住元件，放在被堵塞孔的背面，用电烙铁在焊盘上加热，将元件推入焊盘孔中。注意：用力一定要轻，不能将焊盘推离线路板，使焊盘与线路板间形成间隙或者使焊盘与线路板脱开。

6.万用表的组装

a. 按照实验原理图将电阻器准确装人规定位置。要求标记向上，字向一致。尽量使电阻器的高低一致。焊完后将露在印制电路板表面多余引脚齐根剪去。 b．然后焊接4个二极和电容。注意二极管和电容的正负极性。

c．根据装配图固定4个支架，晶体管插座，保险丝夹，零欧姆调节电位器和蜂鸣器。

d．焊接转换开关上交流电压档和直流电压档的公共连线，各档位对应的电阻元件及其对外连线，最后焊接电池架的连线。至此，所有的焊接工作已完成。e．电刷的安装，应首先将档位开关旋钮打到交流250伏档位上，将电刷旋钮安装卡转向朝上，V形电刷有一个缺口，应该放在左下角，因为电路板的3条电刷轨道中间的2条间隙较小，外侧2条较大，与电刷相对应。当缺口在左下角时电刷接触点上面有2个相距较远，下面2个相距较近，一定不能放错。电刷四周都要卡入电刷安装槽，用手轻轻按下，即可安装成功。

f．检查、核对组装后的万用表电路，底板装进表盒，装上转换开关旋纽，送指导教师检查。

五、万用表的校验

1）校验方法2）校验结果

在没有专用校试设备的情况下，可用普通的数字万用表电表校准，方法如下：

1、线路板安装程序：按线路板上的标准将电阻及元件焊装到相应位置。

2、将装好的万用表仔细检查，确保无装错短路现象，在此条件下，将万用表档位旋至最小电流档，0.25V/50uA处，用数字万用表测量其“+”、“-”插座两边的电阻值，应在4.9K-5.1之间，如不符合要求，应整理电路中的750 电阻阻值，直到达到要求为止。

3、将基准档位的万用表从电流档开始逐档检测其满度值，检测室时应该从最小档位开始，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。及其他。个档位检测合格后即可使用。

2）、校验后，万用表的精度很高，在0.25V/50uA处，用数字万用表测量其“+”、“-”插座两边的电阻值为5.01，测量220V的交流电压是，读数为225V,测150欧的电阻时，阻值为149欧，测140的电阻时，阻值为138欧。

六、装配调试过程中的技术分析、故障分析及解决方法

故障现象：

（1）表针不动即无指示。

（2）各量程的误差不一致，有正有负。

（3）用小量程档时，指针偏转很快即阻尼很小，用大量程档时无指示。

故障原因：

（1）表头故障或与表头串联的电阻断路或量程开关不通。

（2）分流电阻某档焊接不良，阻值增大或局部烧坏。

（3）分流电阻断路或分流支路连线断。

b.故障部位：直流电压档

故障现象：

（1）表针无指示。

（2）某量程误差大，随着量程增大误差变小。

（3）小量程档均正常，超过某量程均无指示。

故障原因：

（1）量程开关接触不良或烧坏，或量程开关与降压电阻脱焊。

（2）分压电阻故障，如变值、短路等。

（3）分压电阻损坏或其连线断路。

c.故障部位：交流电压档

故障现象：

（1）指针轻微摆动或指示极小。

（2）误差很大，有时偏低50%。

（3）各档指示值偏低同一误差。

故障原因：

（1）整流元件击穿。

（2）整流组件中某一元件击穿断路，全波整流变为半波整流。

（3）整流组件性能不佳，反向电阻减小。

d.故障部位：电阻档

故障现象：

（1）短路调零时，表针无指示。

（2）表笔短路时，表针调不到零位。

（3）调零时，表针跳动。

（4）个别量程不指示。

（5）个别量程误差大。

故障原因：

（1）某表笔断线或量程开关公共点断路、调零变阻器有断点、电池用完或引线断。

（2）电池电压不足、量程开关接触不良或表头的限流电阻增大。

（3）调零变阻器接触不良。

（4）该档分流电阻断路或量程开关接触不良。

（5）该档分流电阻变值或烧坏。

七、万用表的使用方法及注意事项

第一条刻度：电阻值刻度（读数时从右向左读）；

第二条刻度：交、直流电压电流值刻度（读数时从左向右读）；

①进行测量前，先检查红、黑表笔连接的位置是否正确。红色表笔接到红色接