大学物理实验 多量程电表的设计与校准.doc

大学物理实验指导书多量程电表的设计与校准在直流电路的测量中，通常使用磁电系电表，这种磁电系电表的用途很广。它既可以测直流电流又可以测直流电压和电阻，若附加上整流元件还可测交流电。但是由于磁电系电表测量机构所允许通过的电流往往是很小的，一般都在几十微安到几毫安之间，如果把它直接用作电压表测电压，那么它的最大量程仅有（、分别为表头的满度电流和内阻）。由于很小，又很有限，所以它能直接测量的电压是很低的。因此必须对原表头进行改装。实际上，在生产和实验中所使用的安培计和伏特计都是由小量程的磁电系表头改装而成的。【实验目的】1. 了解电表的改装与校准的基本原理和方法； 2. 掌握表头内阻的测量； 3. 作出改装表的校准曲线。 【实验仪器】待改装表头一只，标准电流表一只，标准电压表一只，电阻箱一个，滑线变阻器一个，直流稳压电源一台，单刀双掷开关两个，导线若干。【实验原理】1、电流表的扩程用电流表测电流时，应将电流表串联在待测电路中，使待测电流流过电流表。如果表头图1改装后的电流表电路图的满度电流为，则所测最大电流不得超过。使表头的指针偏转到满刻度所需通入的电流越小，说明表头的测量机构越灵敏（即的大小反映了测量机构的灵敏程度），因此称为表头灵敏度。如果想测倍于的电流（1），那么就必须用一个合适的电阻与表头并联。这样就起到了分流作用，使流经表头的电流仍然不超过。根据欧姆定律则有： （1）从上式可知，若要将满度电流为、内阻为的表头量程扩大倍，只需在表头两端并联一个阻值为的分流电阻，并在其表盘上重新刻上相应的电流值即可。图1是改装后的电流表电路图。2、改装成较大量程的电压表图2改装后的电压表电路图在测量电压时，应将电压表并联在待测电路的两端。为了测量较高的电压，可在表头上串联一适当电阻，如图2所示，使一部分电压降落在表头上，超过表头电压量程的那部分降落在电阻上，表头和串联电阻所组成的整体可测量较大的电压。串联电阻起分压作用，故称之为分压电阻。如果将原电流量程为、内阻为的表头改装为量程为的电压表，根据欧姆定律，电压为： （2）一个表头可改装为多个量程的电流表或电压表，只需多装几个接头，在每个接头处分别并联或串联适当的电阻就行了。在使用多量程电表时，应注意每个接头处所标量程的数值，如果超过量程，就可能烧坏电表。3、电表的校准电表经过改装和长期使用后，必须进行校准。改装过程中，由于带来了新的基本误差，所以改装后的电表的级别一般都低于原表头的级别。本实验使用的表头级别是1.5级，要求改装后能达到 5.0级。因此需要选择适当级别的标准表。国家检定规程规定，当标准表的误差与被较表的误差之比小于时，则标准表的误差可以忽略。因此，由，标准表的级别应高于1.5级。由校表过程可以确定改装后的电表是否达到要求的级别，即该电表的误差是处于哪一个级别所允许的误差范围之内。如果所选的标准表符合前面提到的要求，标准表的误差就可以忽略，改装表的误差可有下式确定： 式中、为改装表的读数，、为对应的标准表读数。若，则说明改装表达到了预定改装为级表的要求。校准的方法是将待校准的电表和一个准确度等级较高的标准表同时测量一定的电流或电压，进行比较。分别读出被校准表各个刻度的值和标准表所对应的值，得到各刻度的修正值：，以为横坐标，为纵坐标画出电表的校准曲线，两个校准点之间用直线连接，整个图形为折线状。以后使用这个电表时，根据校准曲线可以修正电表的读数，得到较准确的结果。【实验内容】1、测定表头的灵敏度和内阻将表头G与标准mA表串联如图3所示，调节可变电阻R使表头指针达到满刻度，则标准表的读数即为表头的灵敏度（即表头允许通过的最大电流），这样表头的灵敏度就测定出来了。RK图3测定表头灵敏度电路mAGRK1图4测定表头内阻电路mAGK2Rs然后将表头改接如图4所示，调节R使表头指针达满刻度。然后合上K2，调节Rs使表头指针为原来读数的一半，此时表头内阻。2、将电流计改装为1mA的电流表（1）计算Rs： （3）（2）利用图4线路，调节RS等于（3）式计算的值，调节R使标准表为1mA，这时电流计指针应指在最大位置，如果表头指针不到或超过最大刻度，可微微调节RS，使指针达满刻度。此时表头与分流电阻的整体就形成了一个量程为1mA的电流表，至此电流表就改装好了。（3）电流表的校准按照图4，调节R使标准表的读数依次为0.8mA，0.6mA，0.4mA，0.2mA，分别记下改装表的读数，添入表一中，并作出校准曲线。3、将电流计改装成3伏的电压表（1）根据（2）式计算出串联电阻Rm（2）按图5将Rm和表头G串联起来接入电路。移动滑线电阻的活动头，使标准表读数为3伏；此时表头指针应在最大位置。如不在最大位置，微调Rm，使其到最大位置。这样，表头和Rm的整体就构成了一个量程为3伏的电压表。VK图5电压表校准电路标准表GRmR（3）电压表的校准按图5滑动R使标准表读数为2.5伏，2.0伏，1.5伏，1伏，记下对应的表头读数，添入表二中，并作出校准曲线。【数据处理】1、表头灵敏度Ig=2、表头内阻Rg=3、改装为1mA电流表应并联的分流电阻Rs（理论值）=Rs（实验值）=表一：改装电流表的线性测试标准表读数mA10.80.60.40.2改装后电流表读数mA根据表一数据，作出DI Ii校准曲线。4、改为3伏电压表应串联的电阻Rm（理论值）=Rm（实验值）=表二：改装电压表的线性测试标准表读数（伏特）32.521.51改装后电流表读数（伏特）根据表二数据，