表头参数的测定

1、评分:大学物理实验设计性实验实验报告实验题目:表头参数的测定班级：姓名： 学号：01指导教师：方运良茂名学院技术物理系大学物理实验室实验日期： 2007年 11月29日实验14表头参数的测定实验课题及任务表头参数的测定实验课题任务是：电流表、电压表和欧姆表等在电学测量中被广泛使用。它们都有一个共同部件“表头”，表头实际上就是“灵敏的直流电流表”。表头内阻S'量程|g和等级是描述表头的三个重要参数。学习表头参数测定对生产和应用都有重要的意g义。用箱式电位差计测量表头的参数。学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出表头参数的测定 的整体方案，内容包括：写出实验原理和理论

2、计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步 骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果， 按书写科学论文的要求写出完整的实验报告。设计要求 通过查找资料， 并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原 理。 设计用箱式电位差计测量表头参数的附加电路，简述测量方法、原理及公式。拟定实验步骤及数据记录表格。 测量有关数据，作出校准曲线，计算测量结果。实验仪器箱式电位差计、标准电池、稳压电源、电阻箱、标准电阻、待测表头实验提示 用电位差计测电流表的内阻设 尺是标准电阻，凡

3、是待测电流表内阻，请自行设计一电路，用电位差计分别测出电压Ug与Us,求出Rg。 g g用电位差计校准电流表设Rs为标准电阻，用电位差计可测出Rs上的电压Us,贝U流过 Rs中电流的实际值为再从电流表上读出电流指示值I ,与|0进行比较，其差值 A| = I - 10称为电流表指示值的误差。找出所测值中的最大误差，按下式确定电流表级别二。'”m:=100量限为了使被校准的电流表在校准后有较高的准确度，电位差计与标准电阻的准确度等级，必须 比较校准的电表的级别高。表头量程的测量调节使得表头电流为最大（即所标电流），用提示 2方法多次测量 Rs上的电压值 Umax可得I q。 g 箱式电位

4、差计的操作程序很严密，在实际操作时尽可能预置测量值，在拟定实验步 骤或实验方法时应予考虑。评分参考（10分）正确写出实验原理和计算公式，2分。 正确的写出测量方法，1分。写出实验内容及步骤，1分。 正确的联接仪器、正确操作仪器，2分。正确的测量数据，1.5分。 写出完整的实验报告，2.5分。（其中实验数据处理，1分；实验结果，0.5分；整体结构，1分） 学时分配实验验收，4学时，在实验室内完成；教师指导（开放实验室）和开题报告 1学时。提交整体设计方案时间学生自选题后 23周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求电子版。用电子邮件发送到指导教师的电子邮箱里。表头参数的测定实验目的

5、：1. 掌握用箱式电位差计测量表头的表头内阻 巳、量程ig和等级的方法2. 熟悉电流表的构造原理3. 了解电位差计的工作原理、结构等特点4. 进一步培养看图连接电路的能力实验仪器：箱式电位差计、标准电池、稳压电源、电阻箱、标准电阻、待测表头实验原理：1. 补偿原理我们可能经常会将电压表并联到电池的两端测量其电动势（如图1所示）。但是，电池具有一定的内阻，根据欧姆定律，此时电表的读数只是电池的端电压U=EQ Ir ,而不是电池的电动势 EX只有当1=0时，才有U=EX也就是说仅当流过电池内部的电流为零时，测得的电池两端的电压才是电池的电动势。因此，若要测量一个未知电池的电动势，必须使得电池内部无

6、电流通过，同时测出电池两端的电压。利用如图 2 电路所示的电压补偿法，即可以达到上述要求。>-图2中，EX是待测电池，E0是可调电压的电源，二者的极性接成相对抗的形式。 电路中再申上一检流计，调节 E0,使得检流计指针指零，这时必有 EX= E0称这时的电路处于补偿状态或电路得到补偿。若此时E0的数值是可知的，就可求出EX。2 .箱式电位差计的工作原理实际的电位差计就是根据补偿原理构成的，它的基本电路原理如图3所示。将图2和图3相比较可知，图2的可调电压源 E0,在图3中由电源E,变阻器R 和精密电阻Rab组成的回路 EabRE替代，此回路称辅助回路或工作回路。ES和EX分别是标准电池和

7、待测电池，回路EXcdGE炒 EScdGES做补偿回路。当辅助回路中有一恒定的标准电流I0通过时，将在电阻 Rab上产生均匀的电位差。电位差 Ucd将由两滑动头 c、d问的电阻Rcd的大小决定，Ucd= I0Rcd , 改变c、d两点的位置，即得到不同大小的Ucd,它相当于图2中的E0。由于I0是预先选定不变的，因此，在不同的c、d位置上，不标 Rcd的值，而是根据I0的大小，直接标出电压 Ucd的读数。测量时，用 K将EX接入补偿回路，调节 Rcd 的大小，使回路得到补偿, 这时电位差计上标出的电压值就是待测电动势的值EX使用电位差计必须首先调整辅助回路中的工作电流I0，使它等于仪器规定的标

8、准工作电流的数值，这个过程称做电位差计的校准或标准化。由于电位差计上标出的Ucd是用标准工作电流I0计算的，所以校准也就是使实际的Ucd与标出的Ucd一致。具体作法是：用 K将ES接人补偿回路，调节 Rcd使电位差计上标出的电压值与ES值相同，再调节辅助回路中的R（即调节工作电流），使检流计指针指零，回路达到补偿，因此有Ucd= ES此时，实际Ucd的大小与标出的一致，电流已被标准化，电位差计已被校准图3图43.用电位差计测电流表的内阻用电位差计测电表内阻（代替法）.按图4 所示电路连接线路.根据申联电路中电流相等原理，保持电表电流不变，将电位差计标准电阻和待测电表两端，测 出Rs和Rg两端的

9、电压 Us和Ug,可得到Us / Rs = Ug / Rg ,因Rs是标 准 电 阻，丁是得 Rg= Rs x Ug / Us（1）4.用电位差计校准电流表校正电流表的测量线路图，如图4 所示,其中微安表为待校电流表,Rp为电阻箱（限流器）,Rs为标准电阻.电位差计可测出 Rs上的电压Us,则流过Rs中的 电流的实际值为Io=Us/Rs, 同时从电流表上读出电流指示值I , I与I。进行比较，其差值称为电流表指示值的绝对误差，即国=I - I。找出所测值中的最大误差AIm ,按下式确定电流表级别 口 。100%为了使被校准的电流表在校准后有较高的准确度，电位差计与标准电阻的准确度 等级，必须比

10、校准的电表的级别高。5. 表头量程的测量电阻箱以一较大阻值申联入电路中，然后调节电阻箱阻值，慢慢减小电阻箱 的阻值，让毫安表满偏(也就是让毫安表的指针指到最大值处)，用电位差计多次测量Rs两端的电压值Umax,申联电路的路端电流相等，用公式 Ig=Us/Rs ,求得表 头量程。实验内容及步骤：接好线路,校准电1. 仔细阅读 UJ36型直流电位差计的原理和使用方法，按图 位差计。2. 测量Rg(1) 测量待较电流表的内阻。(2) Rs由实验室提供具体值，测出Ug与Us,按式 (1)求出Rg.3. 校准电流表(1) 对待较毫安表刻度示值，逐一进行校正(注意：在选择标准电阻时，应 使从电位差计上读取

11、的数值有尽量多的有效数字)(2) 计算出电流表的标准值 Ioi与电流表的指示值Ii的差值 Ii ,即为该 对应读数的修正值，用坐标纸，以 I为纵坐标，I为横坐标，以对应的 Ii与 Ii描点，相邻两点用直线连接，作校正曲线。(3) 找出标准值Io与指示值之间的最大误差值Imax (用绝对值表示)，求 出待校电表的级别。4. 测量电流表量程(1) 慢慢减小电阻箱的阻值，让微安表满偏。(2) 记录Us。多次测量Rs上的电压值Umax可得表头量程I g =Us/Rs注意事项1 .每次测量，开始应将 R调整到最大值，然后逐步减小，以免损坏检流计2. 测量结束，应先断开补偿电路，再断开辅助回路。3. 每测

12、一组数据后，断开电源，测数据要尽可能快。数据处理：1. Rs= 100 Q测量次数12345Us/mV32.0944.7357.5965.8795.43Ug/mV47.6066.7285.9298.26142.39Rg/Q148.33149.16149.19149.17149.20Rig = = 47.60 妇 00 =148.33 QyUs32.09同理R2g = 149.16 QR3g = 149.19 QR4g = 149.17 QR5g = 149.20 Q平均值1-Rg= Rg' R2gR3gR4gR5 g51 =1 148.33 149.16 149.19 149.17 1

13、49.205= 149.01 Qn2标准偏差' Ri -Ri 4n n -1 #48 33-149012+(14916 749.012+(14919-149012+(149.17-149012+(149.20-149015 51=0.17 QA类不确定度Sr = er =0.17 Q由于B类不确定度不考虑总不确定度Ur=Sr=0.17 Q相对不确定度Ur = U 100% = 0.17 100% = 0.11%R149.01结果表达Rg=(149.01 0.17) Q Ur = 0.11% I=Ix-IoU1S_ 9.49 9.23=9.36 mV2.Io=Us/RsIx/mA0.10

14、.20.30.40.50.60.70.80.91.0Us/mV升9.4919.0629.4038.5148.9958.5869.1280.0988.5698.84Us/mV降9.2318.5229.3138.6548.6258.7069.0180.0888.4598.82Us/mV平均9.3618.7929.3638.5848.8058.6469.0680.0888.6098.83Io/mA0.09360.18790.29360.38580.48800.58640.69060.80080.88600.9883 I/mA0.00640.01210.00640.01420.01200.01360.

15、0094-0.00080.01400.0117UlS同理可得U2S =18.79 mVU3S =29.36 mVU4S =38.58 mVU5S =48.80 mVU6S =58.64mVU7s =69.06 mVUs_I01=RsU8S =80.08 mV9 36936 =0.0936 mA100U9S =88.60 mVU10S =98.83 mV同理可得I°2=0.1879mAI03=0.2936 mAI04=0.3858 mAI05=0.4880 mAI°6=0.5864 mAI07=0.6906 mAI08=0.8008 mAI09=0.8860 mAI010=0

16、.9883 mAU1S22AI1=IX1 -I o1 =0.1000-0.0936=0.0064 mA同理可得 I2=0.0121 mAI3=0.0064 mAI8= 0.0008 mAAI9=0.0140 mAI4=0.0142 mAAI 7= 0.0094 mAA110=0.0117 mAI5=0.0120 mAAI 6=0.0136 mAAl；jdIx I校准曲线3. Ix=1.0mA测量次数12345Us/mV98.8198.7998.9098.8498.811_ U maxI 1S= _ Rs98.81=0.9881100mA同理可得原=0.9879mA I3S=0.9890 mA平

17、均值I4s=0.9884mAI5S= 0.9881 mAI S =(I 1S5* I2S * I 3S * I 4SL 1 ,.+ I5S )=(0.9881 +0.9879 +0.9890 + 0.9884 +0.9881 ) 5=0.9883 mA"-i)标准偏差京E也.98810.98832 +(0.98790.98832 +(0.98900.9883 +(098840.98832 +(0.98810.9883,A类不确定度S, = q =0.0009 mA由于B类不确定度不考虑总不确定度U*=Sr =0.0009 mA R R相对不确定度结果表达Ur=U 100%= 0.00

18、09 100%=0.09% I0.9883Ig=(0.9883 0.0006) mAUr = 0.09%S = rm =m 100=心 100 = 1.4Im 0.9883因为：1.0<rm<1.5所以表头的等级为1.5级实验结果表达：量程：Ig=(0.9883 0.0006) mAUr = 0.09%内阻：Rg=(149.01 §.17) QUr = 0.11%等级：15 读数误差：0.015讨论：1 .调电位差计平衡时，若检流计指针总是偏向一边，可能有哪些原因？2. 使用电位差计时，测量时常要预置测量值，有什么好处？3. 使用电位差计时，灵敏电流计读数始终不能为0,这有几种可能情况?心得体会：这次物理设计性实验，让我掌握了用箱式电位差计测量表头的表头内阻Rg、量程|g和等级的方法，熟悉了电流表的构造原理，了解了电位差计的工作原理、g结构等特点，进一步培养了我看图连接电路的能力。在整个设计过程中，可以说， 付出了很多，也收获了很多。一开始拿到实验题目，完全不知道从哪里入手，不 过还好，我们做过电表的改装与校正的实验，从中得到了一定的设计方向， 然后上网和到图书馆查找相关资料。不过，在找资料的过程中，由丁没有看活楚 实验提要，没有注意到实验仪器的电位差计，一直在找表头差数的有相