数字万用表的设计性实验研究

田 睿

（郑州大学，河南 郑州 450001）

数字万用表的设计性实验研究

田 睿

（郑州大学，河南 郑州 450001）

大学物理实验室为学生提供基本的电学元件与相应的组装器材，学生在掌握数字万用表的理论基础知识之后，自己设计实验方案和实验电路图，制作多量程数字万用表，自己设计实验激发了学生学习的主动性，拓展了学生的思维能力，培养了学生的创新能力。

设计性实验；数字万用表

自己设计性实验是学生根据实验原理，利用相应的实验器材，自己设计实验方案及方法，在教师的指导下完成实验，并得出相应的实验结论的全过程。下面以数字万用表的设计性实验为例，介绍自主设计性实验。

1.自组数字型万用表实验的目的

自组数字万用表实验分为两部分，一部分是自组万用表的过程，另一部分是学会数字万用表的校准方法和使用方法，要自组数字万用表，首先要清楚数字万用表的基本组成如图（1）：

图（1）

除了以上基本组成部分外，还有蜂鸣器电路、二极管检测电路、三极管 hFE测量电路，低压指导、电容测量、温度测量、自动延时关机、电感、频率测量等。

为了突出理论和实践相结合的理念，本实验共开设四个课时，前二个课时开设理论课，后二个课时开设实验课，把理论知识有机地结合在实验之中，学以致用。

2.自主设计电表改装的方法及步骤

2.1.1 多量程的直流电流表

由于表头允许通过的电流很小，要改装成多量程的电流表必须并联一个分流小电阻R，根据欧姆定律算出分流电阻的阻值R，（U0为数字表头的电压量程，I0为电流挡量程）测量电流原理如图（2）所示：

图（2）

若数字表头的电压量程为 U0，欲使电流挡量程为 I0，则该挡的取样电阻（也称分流电阻）为R=U0/I0

如U0=200mv，则I0=200mA挡的分流电阻为R=1Ω

多量程分流器原理如图（3）所示：

图（3）

2.1.2 多量程的直流电压表

在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（4）所示U0为数字电压表头的量程（如200mv）r为其内阻（如10M），r1，r2为分压电阻，U10为扩展后量程。

自组多量程分压器的五挡量程为 2000v、200v、20v、2v、和200mv，对应的分压比分别是0.0001、0.001、0.01、0.1和1，实际多量程数字表直流电压档电路如图（5）：

图（4）

图（5）

在实际设计时，是先知道五挡量程的分压比n，再通过公式计算出R1-R5的阻值

R总=10MΩ

R5=nR总=0.0001R总=1kΩ

R4+R5=nR总=0.001R总=10kΩ

R4=10k-1k=9kΩ

以此类推，R1=9MΩ，R2=900kΩ，R3=90kΩ

产生误差的原因：

1.电流表读数不准：流过电流计的电流偏小，说明并联的电阻上流经电流过多，应增大并联电阻的阻值，反之，电流表读数偏大，则是并联电阻阻值过大，应减小阻值。

2.电压表读数不准：电压表读数偏小，流经电流计的电流过小，电压表的内电阻偏大，说明串联电阻的阻值偏大，应减小串联电阻的阻值，反之，读数偏大则说明串联电阻的阻值过小，应增大串联电阻的阻值。

3.结束语

与传统实验教学相比，设计性物理实验更注重培养学生创新能力，但如何更好的开展设计性实验需要不断的探索与创新。

[1] 陈宝祥，孙炳全.电表改装实验技术创新性改革与实践[J]. 大连民族学院学报，2007，（1）.

[2] 张春花.锻炼思维的电表改装问题[J].物理通报，2008，（8）.

G642.423

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1008-7427（2012）04-0144-01

2012-02-11