第11节 制作自己的万用表 (修订中)
[TOC]
零件和材料
- 灵敏的仪表移动（Radio Shack 目录 #22-410）
- 选择开关，单刀，多掷，先断后合（Radio Shack 目录 # 275-1386 是一个 2 刀 6 位装置，效果很好）
- 多圈电位器，PCB 安装（Radio Shack 目录 # 271-342 和 271-343 分别为 15 圈、1 kΩ 和 10 kΩ “微调”单元）
- 各种电阻器，最好是高精度金属膜或绕线型（Radio Shack 目录 # 271-309 是各种金属膜电阻器，公差为 +/- 1%）
- 塑料或金属安装盒
- 三个“香蕉”插孔式接线柱或其他终端硬件，用于连接到电位器电路（Radio Shack 目录号 274-662 或同等产品）
仪表中最重要和最昂贵的组件是_机芯_：实际的指针和刻度机构，其任务是将电流转换为可以视觉解释的机械位移。
理想的仪表运动在物理上是大的（为了便于查看）并且尽可能灵敏（需要最小的电流来产生指针的满量程偏转）。
高质量的仪表机芯价格昂贵，但 Radio Shack 具有一些可接受的质量且价格合理。
零件清单中推荐的型号作为电压表出售，范围为 0- 电阻器 (opens new window)的毫安表。
购买便宜的模拟仪表并将其拆卸以单独移动仪表可能会更便宜。
虽然为了让自己的零件而破坏工作万用表的想法听起来可能适得其反，但这里的目标是_学习_，而不是仪表功能。
我无法为这个实验指定电阻值，因为这些取决于所选的特定仪表移动和测量范围。
请务必使用高精度定值电阻器而不是碳成分电阻器。
即使您碰巧找到了正确值的碳成分电阻器，这些值也会由于老化和温度波动而随时间变化或“漂移”。
当然，如果您不关心该仪表的长期稳定性，而只是为了学习经验而构建它，那么电阻精度无关紧要。
交叉引用
电路课程，第 1 卷，第 8 章：“直流计量电路”
学习目标
- 展示电压表的设计和使用
- 展示电流表的设计和使用
- 变阻器范围限制
- 校准理论与实践
- 焊接练习
原理图，示意图
插图
指示
首先，您需要确定仪表运动的特征。最重要的是要知道以毫安或微安为单位的___满量程偏转___。
要确定这一点，请将仪表机芯、电位计、电池和数字电流表串联起来。
调整电位器，直到仪表运动完全偏转至满量程。读取电流表的显示以找到满量程电流值：
小心不要对仪表机芯施加过多电流，因为机芯是非常敏感的设备，很容易被过电流损坏。
大多数仪表运动的满量程偏转电流额定值为 1 mA 或更低，因此选择足够高的电位器值以适当限制电流，并在电位器转向最大电阻的情况下开始测试。机芯的满量程电流额定值越低，它就越敏感。
在确定您的仪表机芯的满量程电流额定值后，您必须准确测量其内阻 (opens new window)。
为此，请断开所有组件与先前测试电路的连接，并将数字欧姆表连接到仪表移动端子上。
记录这个电阻值以及在最后一个过程中获得的满量程电流值。
也许该项目最具挑战性的部分是确定适当的范围电阻值并以变阻器网络的形式实施这些值。
计算在第 1 卷的第 8 章（“计量电路”）中进行了概述，但这里给出了一个示例。
假设您的仪表机芯具有 1 mA 的满量程额定值和 400 Ω 的内部电阻。
如果我们想确定必要的范围电阻（“R乘数”）以使该运动的范围为 0 到 15 伏，我们必须将 15 伏（总施加电压）除以 1 毫安（满量程电流）以获得电压表的总探头到探头电阻 (R=E/I)。
在本例中，总电阻为 15 kΩ。从这个总电阻数字中，我们减去机芯的内部电阻，剩下 14.6 kΩ 作为量程电阻值。
一个产生 14.6 kΩ（可调节）的简单变阻器网络是一个 10 kΩ 电位器与一个 10 kΩ 固定电阻器并联，全部与另一个 10 kΩ 固定电阻器串联：
选择开关的一个位置直接连接黑色__公共__接线柱和红色__V/mA__接线柱之间的仪表运动。
在这个位置，仪表是一个灵敏的电流表，其量程等于仪表运动的满量程电流额定值。
开关的最顺时针位置将机芯的正极 (+) 端子与任一红色接线柱断开，并将其直接短接至负极 (-) 端子。
这通过将仪表与红色测试探针隔离开来保护仪表免受电气损坏，并“抑制”指针机构以进一步防止机械冲击。
大电流电流表功能所需的分流电阻器 (R shunt ) 需要是具有高功耗的低电阻单元。
你肯定_不会_为此使用任何 1/4 瓦电阻，除非你用几个较小的电阻并联组合形成一个电阻网络。
如果您打算使用超过 1 安培的电流表范围，我建议使用一根粗线甚至一块薄金属板作为“电阻器”，适当地锉平或开槽以提供恰到好处的电阻量。
要校准自制的分流电阻器，您需要将万用表组件连接到校准的大电流源，或与数字电流表串联的大电流源以供参考。
使用小金属锉刀削去分流线的厚度，或在金属板条上刻出小而小心的缺口。
您的分流器的阻力会随着锉的每一次冲程而增加，从而导致仪表运动更强烈地偏转。
请记住，您始终可以以越来越慢的步骤（文件笔划）接近精确值，但您不能“向后”_降低_分流电阻！
首先在面包板上构建万用表电路，同时确定适当的量程电阻值，并在那里进行所有校准调整。
对于最终构造，将组件焊接到印刷电路板上。
为方便起见，Radio Shack 销售与面包板具有相同布局的印刷电路板（目录号 276-170）。随意更改显示的组件布局。
我强烈建议您将电路板和所有组件安装在坚固的盒子中，以使仪表耐用。
尽管这款万用表有局限性（没有电阻功能，无法测量交流电，并且精度低于大多数购买的模拟万用表），但它是帮助学习基本仪器原理和电路功能的绝佳项目。
如果将放大器电路添加到其中，则可以使用许多相同的部件构建更准确和多功能的万用表，因此请保留部件和部件以供以后的实验使用！
相关练习：
总目录：