15电表的改装与校准.doc

实验十五 电表的改装与校准磁电式电表表头满偏电流很小，常用的磁电式电表表头一般为几微安、几十微安、最高也就几毫安。如果要用它来测量较大的电流和电压，或要用它来测量电阻，就必须对表头进行改装。若在改装后的电表内再配上整流电路，那么就能将它改装成交流电表。实际上，在生产和科学实验中所使用的安培表、伏特表和万用表都是由表头改装而成的。改装后的电表必须进行校准定标后，才能使用。实验目的1.掌握将一表头改装成各种量程的电流表、电压表的原理和方法。2.学会用比较法校准电表。3.了解欧姆表的测量原理和定标方法。实验仪器1.待改装的微安表（Ig300A，Rg633）2.稳压电源：015V（可调），0.5A3.电压表：1.537.5V，0.5级4.电流表：2550mA，0.5级5.电阻箱：ZX-21型，99999.9，0.1级，0.25W6.滑动变阻器：BXJ-11型，200，2A7.开关、导线若干实验原理一、改装电压表：微安表的满刻度电流（即量程）很小，而它的内阻也很小，所以用它测量的最大电压很小，一般只有零点几伏。为了测量较大的电压，可以在表头上串联一个适当的大电阻（如图3.10.1），使超过原表头所应承受的那部分电压降落在该电阻上。这种由表头和串联电阻组成的整体（图3.10.1中虚线框内的部分），就是改装后的电压表，串联的电阻称为扩程电阻。选取不同大小的电阻，就可以得到不同量程的电压表。设改装后的量程为，则有： 由上式得扩程电阻 （1） A Rm B I Ig A A Vg Vm Is V Rs 图3.10.1 图3.10.2二、改装电流表微安表的满刻度电流很小，只适用于测量微安级的电流。若待测电流很大，就需要扩大量程。办法是在表头两端并联上阻值适当的小电阻（如图3.10.2），让超过原来表头所能承受的那部分电流从流过。这种由表头和并联电阻组成的整体（图中虚线框内部分）就是改装后的电流表，并联电阻称为分流电阻。选用不同大小的分流电阻，就可以得到不同量程的电流表。如欲改装成量程为的电流表，则有： 由图3.10.2可看出，扩程电阻两端电压应与微安表表头两端电压相等，即，或，代入上式得Ig 解之，得：Rs （2）三、将表头改装为欧姆表1. 欧姆表的原理如图3.10.3，R1为固定电阻，R0为可调电阻，把它们与表头、电池串联起来，就构成了简单的欧姆表，A、B两端用来接待测电阻Rx，则有： I + - Rg R0 R1 Rg R0 Rs E R1 Rx Rx E A B A B 图3.10.3 图3.10.4IE/（RgR0R1Rx） （3）由（3）式知：（a）、当Rx0时（即A、B短路），IE/（RgR0R1），调节R0，使表头指针偏转到满偏位置，这时表头电流为Ig，即IgE/（RgR0R1）。也就是说，当Rx0时，表头指向满刻度（表盘的右边），与电流表、电压表的零偏位置刚好相反。（b）当E、R0、R1、Rg一定时，Rx与表头电流有一一对应关系，只要表头的标度R预先已按已知电阻刻度，就可直接用来测量电阻。但要注意Rx与I不成简单的反比关系，故欧姆表的刻度是不均匀的。当Rx时（即A、B断路），I0，指针指向表盘的左边。（c）当RXRgR0R1时，IE/（RgR0R1Rx）Ig，此时指针指在刻度盘的正中央，故把欧姆表的内阻称为欧姆表的中值电阻R中，R中RgR0R1E/Ig，即中值电阻与E有关。由于电池的端电压在使用过程中会逐渐降低，故相应的R0也应随之调整，使A、B短接时指针刚好指在欧姆表的零点。R1是限流电阻，可防止R0调得过小而烧毁电表。2.欧姆表的量程和改变其量程的方法原则上欧姆表可以测量任何阻值，但事实上，当被测电阻与R中相差很多时，其阻值无法准确地测出。为了得到较准确的结果，一般宜在R中5R中这一范围内测量，因此，常以R中为欧姆表的量程。由R中E/Ig求出的R中是与所设计的欧姆表最大量程相对应的。为了改变欧姆表的量程，也为了克服由于电池端电压降低而造成R中减小的缺点，可采用图3.10.4电路，在RgR0R1Rs时，R中Rs（）Rs，Rs不同，R中就不同，故可通过Rs改变欧姆表的量程。但Rs只能成倍（一般按10的倍率）改变，否则，不同的R中（即Rs不同）就得有不同的刻度。实验内容1.将微安表改装成量程1.50V的电压表（1）将实验室给定的微安表，根据（1）式，计算扩程电阻Rm的值。（2）检查标准电压表和待改装的微安表的零点，若不指零，应调整调零螺丝使其指零。（3）接好线路图3.10.5，其中的R是为了调节测量电路的电流和电压用的，量程为1.50V的电压表是作为标准表来校准改装后的电压表，扩程电阻Rm用电阻箱代替。将电阻箱旋钮旋到计算值。（4）先将滑线变阻器滑端处于中间，经教师检查电路后方可接通电源。调节R使标准表指示为1.50V，这时改装成的电压表也应指在满刻度处，但一般情况下不会正好完全符合，这时可调整扩程电阻Rm（注意标准表指示值可能也改变，这时可再调R），直到标准表示数为1.50V而表头示值正好是满刻度时，这时改装的电压表量程即为1.50V，记下此时的扩程电阻阻值Rm，填入表一。（5）校正改装后的电压表。固定Rm不变，调节R，使改装后电压表示数相继为1.50V、1.20V、至0.00V，同时记下标准表相应的示数V标。再把电压表从0.00依次增大至1.50V，也记下标准表的相应的指示数，填入表二。2.将微安表改装成量程为25.0mA的电流表（1）根据公式（2）计算出分流电阻Rs的值。（2）按图3.10.6接线，Rs用电阻箱代替。（图中滑线变阻器滑动端开始时应放在什么位置？）（3）经教师检查电路后接通电源，调节R使标准表指示为25.0mA，这时改装成的毫安表也应指在满刻度处。若不符合，应适当调节分流电阻Rs的电阻值（注意这时标准表指示也会发生变化，这时可再调R），直到标准表指示为25.0mA时，被改装的电表也正好指在满刻度处，即改装表量限为25.0mA，记下此时分流电阻的电阻值为Rs，填入表三。 Rs A E A K R R V mA K Rm E 图3.10.5 图3.10.6 （4）校准改装后的电流表。固定Rs不变，调节滑动变阻器R，使改装后的电流表示值相继为25.0mA、20.0mA、至0.0mA，同时记下标准表相应的示值I标。再把电流从0依次增至25.0mA，也记下标准表相应的指示值，填入表四。3.将微安表改装成中值电阻为30的欧姆表并绘制出欧姆表的表盘刻度。（a）根据表头的Ig、Rg以及电池端电压的变化范围（一般为1.65V1.30V，考虑调节余地，取1.70V1.25V），根据公式（3）计算出R0R1的上、下限阻值。（b）以算得的下限阻值为固定电阻R1，上下限阻值之差为R0，取Rs为指定值（本实验取30欧），把它们连成图四所示的欧姆表电路。（c）将A、B两点短接，调节R0，使表头指针偏转到满刻度。（d）将电阻箱（Rx）接入A、B端，取Rx为一组特定的整数值（可按表一中数据数值取），记下相应的表针偏转的格数d，填入表五。（e）绘制出改装成的欧姆表的表盘刻度尺。实验数据处理表一：改装成电压表Ig（A）Rg（）理论值Rm（）实际值Rm（）相对误差%表二：校准电压表改装表指示值V改（V）0.000.300.600.901.201.50标准表指示值V标 （V） 1 2平均校准值（V）以被改装表的示值为横坐标，校准值（保留正负号）为纵坐标，作校准曲线。校准曲线为各点间所连成的折线（见2.8：作图法）。表三：改装电流表理论值Rs（mA）实际值Rs（mA）相对误差表四：校准改装后的电流表改装表指示值I改（mA）0.05.010.015.020.025.0校准表指示值I标（mA） 1 2平均校准值I（mA）同理，作出校准电流表的校准曲线。表五：E伏，R0欧，R1欧，Rs欧Rx（）05102030501002005002000dx（格）注意事项接通电源后，一定要眼睛密切关注电表的偏转情况，防止电表过偏而损化电表。实验思考题1.当改装后