Transcript 23. 电阻温度计制作
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 第23章 综合性实训 1.实训目的 综合性实训是为了提升学生的综合素质、工程能力 和创新精神而精心设计的。通过实训，加深对电路基本 知识和基本理论的理解，通过电路设计、安装调试、参 数测量、故障处理等全过程，使学生的专业技能得到全 方位提高。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 2.实训内容 1）电阻式温度计的制作 2）单相电度表的校验 3）家庭电路的配置 4）指针式万用表的制作 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 23.1 电阻式温度计制作 23.1.1 实训目的 1）熟悉直流单臂电桥测量电路。 2）掌握非电量转变为电量的实现方法。 3）培养电路设计、安装调试和工程制作的技能。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 23.1.2 实训原理 1.直流单臂电桥 用直流单臂 电桥制作温度 计的电路原理 图，如图23-1 所 示 ， 电 阻 RX 为热敏电阻。 图23-1 温度计原理图 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 检流计G两端的电压U为： U U S ( RX R4 R2 R3 )rg rg ( RX R3 )(R2 R4 ) R2 R4 ( RX R3 ) RX R3 ( R2 R4 ) 式中， rg 是检流计G的内阻。 若远远大于电桥的各个桥臂电阻，上式可近似为： R X R4 R2 R3 U US ( R X R3 )(R2 R4 ) 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 检流计G两端的电压U为： U U S ( RX R4 R2 R3 )rg rg ( RX R3 )(R2 R4 ) R2 R4 ( RX R3 ) RX R3 ( R2 R4 ) 式中， rg 是检流计G的内阻。 若远远大于电桥的各个桥臂电阻，上式可近似为： R X R4 R2 R3 U US ( R X R3 )(R2 R4 ) 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 当 RX R4 R2 R3 时，电桥达到平衡，检流计G的指 示是零值。令电桥平衡时， RX RX 0 则当 RX RX 0 时，电桥的平衡状态被“破坏”，就会 有电流Ig通过检流计G，显然，电流Ig的大小会随着电阻 Rx的阻值变化而变化。利用电桥的这一特性可以制作各种 检测仪器，如电阻温度计。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 2. 电阻式温度计的基本原理 电阻Rx为热敏电阻Rt，其阻值随温度的变化而变化。 通常变化情况有两种：一种是阻值随温度升高而变小（负 阻性热敏电阻）。另一种是阻值随温度升高而变大（正阻 性热敏电阻）。制作电阻式温度计通常选择负阻性热敏电 阻，将温度t的高低转换为检流计的大小，也就是用电流 表示温度。此外，当电阻Rx分别为光敏电阻、压敏电阻、 湿敏电阻时，也可以用同样的原理制作成照度计、压力计、 湿度计等测量仪器或传感器。因此，这种转换和测量原理 得到广泛的应用。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 23.1.4 实训内容和步骤 电阻式温度计原理图，如图23-1所示，电阻为负阻性 热敏电阻。 图23-1 温度计原理图 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 操作步骤： （1）用100μA的电流表头做温度显示，使表头中的“0” 100 C 表示温度是0C ，“100”表示温度是 。 （2）根据热敏电阻与温度的对应关系，设计电路、选择 元件参数并进行安装调试。 （3）在表头上标定温度刻度，制作电阻温度计。 （4）用水银温度计作标准，用一杯 100 C 开水逐渐 冷却的温度作被测对象，逐点校验自制的温度计。 （5）进一步改进自制的温度计，提高测量的准确度。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 23.1.6 注意事项 1）缓慢调节直流电源输出电压，确保热敏电阻在额 定电压下工作。 2）注意合理选择电桥电路中各元件参数，保证电桥 平衡。 3）注意电流表头满量程是100μA，而且要对应表示 温度是 100 C 。 4）做温度计的刻度时，要按测量误差合理选择温度 的分度。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 • 23-1 实训项目完 机械工业出版社印制 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 23.2 23.2.1 单相电度表的校验 实训目的 1）加深对有功功率和无功功率的理解。 2）掌握学会电度表的使用与校验方法。 3）初步掌握连接复杂电路技能，培养工程实 践能力。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 23.2.2 实训原理 1.单相电度表盘面 单相电度表盘面， 如图23-2所示。表盘 上开有数字窗口及转 盘，转盘窗口处箭头 所指方向为电度表正 常工作时铝盘的转动 方向。 图23-2 单相电度表 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 盘面标记为： kWh——此表为电度表，示数单位为千瓦时，1千瓦 时俗称1度； 220V——标定电压，即此表额定电压为220伏特； 3(6)A——标定电流，即此表的额定电流为3安培， 但最大工作电流可达6安培； 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 1200r/kWh——盘转数或常数，即电度表每走 一个度，铝盘应转过1200转。 接线盒内设有4个接线端，分别与室内、外 配电线路相连。通常1是火线进线端，2是火线 出线端，3是零线进线端，4是零线出线端。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 2.工作原理 电度表是一种感应式仪表，是根据交变磁场在金 属中产生感应电流，从而产生转矩的基本原理而工作 的仪表，主要用于测量交流电路中的电能。它的读数 随着电能的增大而连续变化，它积累电能的总数值， 由齿轮上的数字直接显示出来。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 它的驱动元件是由电压铁芯线圈和电流铁芯线圈在 空间上、下排列，中间隔以铝制的圆盘，通过两个铁 芯线圈中的交流电，建立起合成的交变磁场，在铝盘 上产生感应电流，该电流与磁场相互作用产生驱动力 矩，使铝盘转速与负载功率成正比。因此，在某一测 量时间内，负载所消耗的电能W就与铝盘的转速n成正 比，即 N = n / W 比例系数N称为电度表常数，常在电度表上表明，其 单位是转/千瓦小时，本项目的电表常数为1200 r/kWh。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 1）电度表的灵敏度是指在额定电压、额定频率 及cosφ＝1的条件下，从零开始调节负载电流，测 出铝盘开始转动时的最小电流值，则仪表的灵敏度 表示为： I MIN S 100% IN 式中，IN为电度表的额定电流，本实训采用的电 度表额定电流为3安培，IMIN 通常较小,约为的IN 的 0.5%。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 2）电度表的潜动是指电度表突然从额定电流 降为负载等于零以后，电度表仍出现缓缓转动的 情况，按照规定，当外加电压为电度表额定电压 110%（达242V），从额定负载电流变为无负载电 流时，观察铝盘的转动是否超过一周，凡超过一 周者，可判为潜动不合格，观察时间可能超过一 小时。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 23.2.4 实训内容和步骤 1.记录电度表的额定参数 首先将被校验电度表的额定参数填入表23-3中。 2.用功率表、秒表校验电度表的准确度 1) 电度表校验电路，如图23-3所示。由于电度表是 假设在额定电压下工作的，因此需在调压器空载情况下， 将其输出电压从0V调到220V。然后关断电源,以备测试。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 图23-3 单相电度表校验电路 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 2) 在断电状态下，进行电度表与功率表的接线， 其电流线圈与负载串联，电压线圈与负载并联。 3) 线路接好后，按表23-4的要求，接入不同负 载进行测量。用秒表记录电度表铝盘的转数。为方 便计时，可将电度表铝盘上的一小段红色标记刚出 现（或刚结束）时作为记时开始。为确保测量准确， 可重复多做几次。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 3.灵敏度的检测 电度表铝盘刚开始转动时的电流很小，通常只有 0.5%，IN，故将图23-3 中的灯组负载拆除，换接一个 高阻抗的可变电阻器（或滑线电阻器），调节其阻值， 记下使电度表刚开始转动的最小电流值，然后再通过 计算求同出电度表的灵敏度，并与标称值作比较。 I min S 100% In 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 由于可变电阻（3KΩ～100KΩ）工作在220V状 态下，容易烧坏。如操作不小心会对人身安全构成 威胁，因此，电度表灵敏度的测试最好使用专用变 阻器。 如果没有专用变阻器，可以采取如下方法解决： 1 ) 先 把三盏 15 W 灯泡串联 起来 ，再 串联一只 10KΩ/8W电阻，接通电路，看电度表是否转动，不 转动，可把10KΩ电阻换成5KΩ，串入5KΩ电阻后， 电度表就会转动起来。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 2）转动后，再串接一只15W灯泡，看是否还 转动，如转动，再串接一只灯泡，直至不再转动 为止。这时减去一只灯泡，接通电路后，电度表 就应该转动起来，此时，电流表的读数就是电度 表的灵敏度。 电度表误差测量数据填入表23-4中。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 4.检查电度表的潜动 切断电度表的所有负载，即断开电度表的电流线圈 回路，调节调压器的输出电压为额定电压的110%（即 242V），之后，重新把负载接上，然后再把负载突然切 断，观察电度表铝盘是否继续转动。一般允许缓慢转动， 但应在不超过一转的任意一点上停止，这样电度表的潜 动为合格，否则不合格。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 23.2.6 注意事项 1) 实训电压较高，接线操作频繁，拆接线一定要 在断电情况下进行。 2) 实训台配有一只电度表，采用挂件结构，实训 时，要将电度表挂在板图指定的位置，接线时要卸下护 板，实训完毕，拆除线路后，要装回护板。 3)秒表定时，读取转数步调要一致，以确保测量准 确性。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 • 23-2 实训项目完 机械工业出版社印制 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 23.3 23.3.1 家庭电路配置 实训目的 1）了解家庭配线箱的配置与安装原理。 2）熟悉照明设备和家电设备的安装方法。 3）了解单相电容式电动机正反转控制。 4）了解家庭线路故障排除方法。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 23.3.2 实训原理 1.家庭线路 一般家庭线路是由电源、开关、电度表、照明灯具 和家用电器等装置，按一定方式连接而成的。供电线路 从住宅小区总电源开关出发，分配到每个单元楼，在单 元楼里又设一个搂层总开关（带漏电保护）。在一个楼 层中，根据用电性质的不同，又分为：普通照明、楼道 照明、厨房、卫生间、空调及专用动力电源等，如图 23-4所示。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 S1单钮开关 日光灯 kWh 1 2 5 8 单相电度表 S3双钮开关 220V 3(6)A 120r/kWh 1 2 3 启辉器 S2触摸开关 4 S4双钮开关 S5单钮开关 白炽灯 C 单相电动机 QF1 零线 N 火线 L QF2 自动 开关 地线PE S6双刀双 掷开关 插座 图23-4 常用家庭线路 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 2.电度表 家庭开关箱里主要装有总开关和电度表。电度 表是用来记录电能消耗的，用户根据电度表记录的 数据支付电费。单相电度表是利用电磁感应原理制 成的，只能用于交流电路，电度表盘面及接线端子， 如图23-2所示。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 23.3.4 实训内容和步骤 1）用万用表检查元器件 首先测量开关触点是否良好；再测量白炽灯、 日光灯的电阻大小，判断它们的好坏；找出单相电 容电动机与电容串联的线圈，具体做法是：测量单 相电容运转电动机二个绕组中，电阻较大的一个绕 组就是电容应串联的绕组,并做好标记。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 2）判断元器件的好坏 日光灯灯管的初步判断：将万用表置R×1档或 数字表的200Ω档，分别测量灯管二端的二个引脚， 如都导通，则可断定初步正常。 单相容分电动机：要根据电动机的功率不同电 动机的绕组有不同的阻值，对100W左右的单相电动 机，接电容的副绕组大约在几百欧到几千欧之间， 主绕组在几十欧到几百欧之间，可以据此判定阻值 是否正常； 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 除此以外，还要用将万用表置R×1M档或数字表的 1000MΩ档，大致测量二个绕组之间及绕组对机壳之间的 电阻是否正常，这些电阻必须大于2MΩ。 3）在电工板（或松木板）上，安装电度表、漏电 保护器、断路器（照明、动力、插座）等。首先进行划 线定位，打穿线孔，固定钢扎头，敷设导线。导线应安 装在电工板的背面，排列整齐有序。同时把接线板装入 电控箱。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 4）电灯、开关和电动机，按图23-4所示电路在箱外 接好，并与电表箱中对应的断路器相连接好线路。将万用 表置R×1档或数字表的200Ω档，一个表笔放在QF2右方 的L火线上，另一表笔分别放在镇流器与S1开关的连接处、 白炽灯与S2开关的连接处、白炽灯与开关的连接处、电容 C与开关S5的连接处，分别按下S1、S2 、S3 、S4、S5时， 都能测到一个微小的电阻，表明火线到电灯和电机的线路 没有问题；然后将一个表笔放在QF2下方的N零线上，分别 测量零线到电灯和电动机的线路是否良好。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 5）插座安装方法是：上面一端接地，下面两个端 子，必须左零右火，即左边接零线，右边接火线。 6）通过上述检查正确后，合上开关QF1、QF2，接 通电源，合上S1 ，观察日光灯的发光情况。 7）合上开关QF1、QF2，接通电源，合上S2、S3 ， 观察白炽灯的发光情况。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 8）合上开关QF1、QF2，接通电源，合上S5、S6 ， 观察电动机的转动情况。断开S5时，通过切换双刀双掷 开关，观察单相电动机的正反转情况。如有条件的，可 以对电动机进行加载，同时观察电表的运行情况。 9）合上开关QF1、QF2，接通电源，用万用表测量 插座上的电压是否为单相电压的正常波动范围之内。 10）合上开关QF1、QF2，接通电源，合上S1、S2 、 S3 、S4、S5、S6,观察单相电度表的运行情况。 11）实验完毕，切断电源并断开所有开关。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 23.3.6 注意事项 1）由于电源电压很高，拆接线时必须在断电条件 下进行。 2）注意电度表的容量应满足线路的要求，火线和 零线不可接反。 3）通电前，应认真检查线路，防止发生短路。 4）必须严格执行安全用电规程。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 • 23-3 实训项目完 机械工业出版社印制 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 23.4 23.4.1 指针式万用表的制作 实训目的 1）通过万用表组装实训，进一步熟悉万用表 的结构、工作原理和使用方法。 2）了解电路理论的实际应用，掌握仪表的装 配和调试工艺，提高专业技能。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 23.4.2 实训原理 • 万用表主要有 三部分组成： 1. 指示部分 2. 测量电路 3. 转换装置 • 本例以MF-47型万用表为例，详细说明 。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 指示部分 • 俗称表头。 • 用来指示被测电量的数值，通常为磁电式微 安表 。 • 表头的灵敏度是以满刻度的测量电流来衡量 的，满刻度偏转电流越小，灵敏度越高 。 • 一般万用表表头灵敏度在10~100μA左右。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 测量电路 • 作用： –把被测的电量转化为适合于表头要求的微 小直流电流 。 • 它通常包括： –分流电路 –分压电路 –整流电路 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 转换装置 • 作用： –各种测量种类及量程的选择 • 通常由以下几部分组成： –转换开关 –接线柱 –插孔 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 1.直流电流的测量 万用表的直流电流档实质上是1个多量程的磁电 式直流电流表。它应用分流电路与磁电式仪表的表 头并联以达到扩大测量电流量程的目的。 根据分流电阻值越小，所得的测量电流量程越 大的原理，通过配以不同值的分流电阻，就可得到 不同的测量量程。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 • 万用表的实际电路多用闭路分流电路。 在电路中，各分流电阻彼此串联，然后与表 头并联，形成1个闭合环路，当转换开关置于不 同位置时，表头所用的分流电阻不同，构成不 同量程的档位。 在本实训中，为提高正确性，采用单独分流 电阻。其电路如下图23-1所示。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 46.uA 500 5 K 1 0 1 1 . 1 1 K 2 . 6 5 K 0 . 9 4 1 0 120+220 50 5 0.5 0.05 10A 图23-1 直流电流测量电路 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 2.直流电压的测量 万用表的直流电压档实质上是一个多量程的直 流电压表，它应用分压电阻与表头串联来扩大测量 电压的量程，根据分压电阻值越大，所得的测量量 程越大的原理，通过配以不同的分压电阻，构成相 应的电压测量量程。其电路如图23-2所示。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 46.uA 2.5 0.5 10 2. 65 K 50 5K 80 0K 250 15 0K 40 K 4M 120+220 DAV 图23-2 直流电压的测量电路图 0.25 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 3.交流电流、电压的测量 磁电式仪表本身只能测量直流电流和电压。测量交流 电压和电流时，采用整流电路将输入的交流变成直流，实 现对交流的测量。磁电式仪表的整流电路一般有半波整流 和全波整流两种方式。 万用表能测量的交流电压只能是正弦交流电压 。万 用表通常采用的时半波整流测量电路，如图23－9所示。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 46.uA 负 半 周 2. 25 M 1. 8M 36 0K 83 .3 K 负 半 周 4. 5M 正 半 周 120+220 1000 500 250 50 10 ACV 图23-3 交流电压测量电路图 正 半 周 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 4.电阻的测量 • 测量电阻电路的工作原理是欧姆定律: E I R Ra Rx –其中R为串联电阻； –Ra为表头内阻； –I为被测电路的电流。 Rx为被测电阻； E为电源的电压； 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 46.uA (120+220)Ω 1 . 7 8 K 5 5 . 4 K 1 4 1 K 1 7 . 4 K 10K 1 6 5 1 5 21K ×1 ×10 ×100 ×1K ×10K 图23-4 电阻测量电路图 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 • 当Rx=0，电路中电流最大，指针偏转角最大，为满 偏，零刻度值，一般为表头最右端。 • 当Rx=∞，电流为零，指针无偏转，为无穷大刻度值， 一般为表头最左端。 • 当Rx 为其他值时，指针在零刻度值和无穷大刻度值 间偏转。 • 当Rx=Ra+R时，此时的电流为最大电流的一半，指针 定位于表头刻度尺中间，为欧姆档中心值。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 电阻测量电路 • 欧姆档的刻度分布是不均匀的，它的刻度值是自 右向左递增的，右半部刻度稀疏，左半部刻度紧 密。 • 由于电池电压值在每次使用过程后的不稳定性， 一般在电路中还要设置调零电阻，通过调整调零 电阻的大小，以保证每次在Rx=0时，指针定位在 零刻度值，确保测量的精度。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 23.4.4 实训内容和步骤 读懂原理图，了解万用表的基本原理；检查零配件， 测量元器件的参数；了解万用表的组装工艺要求，进行 组装和调试。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 1.组装要求 1）由于万用表的体积较小，装配工艺要求较高， 元器件、组件的布局必须紧凑。否则焊工后也无法装 进表盒。 2）电阻阻值标要向外，以便查对和维修更换。 3）布线合理，长度适中，引线应走直线、拐直角， 外观有条不紊。 4）转换开关内部连线要排列整齐，不能妨碍其转 动。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 2.组装工艺过程 1）预热电烙铁，烙铁头作清洁处理，上锡。 2）清理焊接件表面，如有镀银层应保留，剥开线头， 线芯的长度要适中。 3）根据装配图固定某些支架，如电池架、二极管支 架等。 4）焊接转换开关上交流电压挡和直流电压挡的公共 连线。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 5）焊接转换开关上各挡位对应的电阻元件及其对 外连线。 6）焊接固定支架上的元件，如二极管、电阻、零 欧姆调节电位器及电池架的连线等。最后完成全部焊 接工作。 7）根据装配图检查、核对组装后的万用表电路。 8）底板装进表盒，装上转换开关螺钉和旋钮，送 指导教师检查。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 3.万用表的校准 在没有专用校准设备的情况下，可用普通数字万 用表校准，方法如下： 1）将装配完成的万用表仔细检查一遍。 2）旋至最小电流挡0.25V/50uA处，测量其“+”、 “-”两插座之间的电阻值，应在4.9～5.1kΩ之间。 3）如不符合要求，应调整电位器上方220Ω、 120Ω两只电阻阻值，直至达到要求为止。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 4）基本调试后从电流挡开始逐挡检测（满度 值）。 检测时应从最小挡开始，首先检测直流电流挡， 然后是直流电压、交流电压、直流电阻（中心值） 及其他。 5）各挡检测符合要求后，该表即可投入正常 使用 。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 23.4.6 注意事项 1）由于表头部分属精密仪表，在安装时需倍加 小心。 2）表头部分含有永久磁铁，有磁性，很容易把 含铁的杂质的吸入，损坏表头。 3）所有焊点必须饱满可靠，不得有虚焊、脱焊 现象。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 23.4.7 使用注意事项 1）测量高压或大电流时，应在断电情况下变换 挡位 。 2）测未知量的电压或电流，应选择最大挡测量， 再降至合适挡位测量 。 3）测量高压时，应站在干燥绝缘材料上，并单 手操作 。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 4）如因误操作而烧断保险丝时，应换上熔断电流 为0.5A的高速保险丝管，市售保险丝管有可能在下次 出现故障时烧坏仪表 。 5）电池电压不足时，应及时更换电池，以免电阻 挡测量误差增加 。 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 • 23-4 实训项目完 机械工业出版社印制 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 • 谢谢使用！ 主 编：张恩沛 电子制作：张恩沛 楼天良 何耿明