实验-电表的改装与校准课件

实验

电表的改装与校准

实验电表的改装与校准1一、实验目的

(1)掌握一种测定电流表表头内阻的方法。

(2)学会将微安表表头改装成电流表和电压表。

(3)了解欧姆表的测量原理和绘制刻度方法。二、实验仪器磁电式微安表头、标准电流表、标准电压表、滑线变阻器、电阻箱、电池、开关(单刀单掷和双掷)和导线等。

一、实验目的2三、实验原理

1.将微安表改装成毫安表用于改装的微安表,习惯上称为“表头”。使表针偏转到满刻度所需要的电流Ig称为表头的(电流)量程。Ig越小,表头的灵敏度就越高。表头内线圈的电阻Rg称为表头的内阻，其值一般很小。欲用该表头测量超过其量程的电流,就必须扩大它的量程。扩大量程的方法是在表头上并联一个分流电阻Rs,如图3-13-1所示。使超量程部分的电流从分流电阻Rs上流过,而表头仍保持原来允许流过的最大电流Ig

。图中,虚线框内由表头和Rs组成的整体就是改装后的电流表。三、实验原理3图

3-13-1改装电流表原理

图3-13-1改装电流表原理4设表头改装后的量程为I,根据欧姆定律得

(3-13-1)所以

(3-13-2)

若I=nIg,则

(3-13-3)当表头的参量Ig和Rg确定后,根据所要扩大量程的倍数n,就可以计算出需要并联的分流电阻Rs,实现电流表的扩程。如欲将微安表的量程扩大n倍,只需在表头上并联一个电阻值为的分流电阻Rs即可。设表头改装后的量程为I,根据欧姆定律得(3-13-5

2.将微安表改装成伏特表微安表的电压量程为IgRg,虽然可以直接用来测量电压,但是电压量程IgRg很小,不能满足实际需求。为了能测量较高的电压,就必须扩大它的电压量程。扩大电压量程的方法是在表头上串联一个分压电阻RH,如图3-13-2所示。使超出量程部分的电压加在分压电阻RH上,表头上的电压仍不超过原来的电压量程IgRg

。2.将微安表改装成伏特表6图

3-13-2改装电压表原理图

图3-13-2改装电压表原理图7设表头的量程为Ig,内阻为Rg,欲改成的电压表的量程为V,则由欧姆定律得(3-13-4)所以

(3-13-5)

可见,要将量程为Ig的表头改装成量程为V的电压表,须在表头上串联一个阻值为RH的附加电阻。同一表头,串联不同的分压电阻就可得到不同量程的电压表。设表头的量程为Ig,内阻为Rg,欲改成的电压表的量程为V8

3.将微安表改装成欧姆表将微安表与可变电阻R0(阻值大)、Rm(阻值小)以及电池、开关等组成如图3-13-3所示电路,就将微安表组装成了一只欧姆表。图中,Ig、Rg是微安表的量程和内阻,E、r为电池的电动势和内阻。a和b是欧姆表两表笔的接线柱。3.将微安表改装成欧姆表9图

3-13-3改装欧姆表原理图

图3-13-3改装欧姆表原理图10设a、b间由表笔接入待测电阻Rx后,通过Rx的电流为Ix,流经微安表头的电流为I。根据欧姆定律有由

(3-13-6)和

(3-13-7)解得

(3-13-8)设a、b间由表笔接入待测电阻Rx后,通过Rx的电流为I11图

3-13-4欧姆表刻度盘

图3-13-4欧姆表刻度盘12由式(3-13-8)可以看出,欧姆表有如下特点:

(1)当Rx=0(相当于外电路短路)时,适当调节R0(零欧调节电阻)可使微安表指针偏转到满刻度,此时

当Rx=∞（相当于外电路断路)时，I=0，微安表不偏转。可见,在欧姆表刻度尺上，指针偏转最大时示值为0；指针偏转减小，示值反而变大；当指针偏转为0时，对应示值为∞。欧姆表刻度值的大小顺序跟一般电表正好相反。

由式(3-13-8)可以看出,欧姆表有如下特点:13(2)当

时，有

即当待测电阻等于欧姆表内阻时,微安表半偏转,指针正对着刻度尺中央。此时,欧姆表的示值习惯上称为中值电阻,亦即R中=Rm。(2)当时，有即当待测电阻等于欧姆表内阻时,微安14当

由此可见,欧姆表的刻度是不均匀的,指针偏转越小处刻度越密。上述分析还说明了为什么欧姆表测量前必须先将a、b两端短路以及调节R0使指针偏到满刻度(对准0Ω)。当由此可见,欧姆表的刻度是不均匀的,指针偏转越小处15另外，由于欧姆表半偏转时测量误差最小。因此，尽管欧姆表表盘刻度范围从0Ω到∞Ω，但通常只取中间一段(l/5R中～5R中)作为有效测量范围。若待测电阻阻值超出这个范围，可将Rm扩大10倍、100倍…，从而使R中也扩大同样倍数。如图13-4所示，只要在欧姆表面板上相应标上Rx×10、Rx×100、…等字样，就可以方便地测量出各档电阻的阻值。测量时选用Rx×10档？还是Rx×100档？…，应由Rx的估计值决定，原则上应尽量使欧姆表指针接近半偏转（Rx接近R中）为好。

另外，由于欧姆表半偏转时测量误差最小。因此，尽管欧姆表表16四、实验内容１.测量表头内阻：本实验用替代法测量表头内阻，电路图如图13-5所示。测量时先合上K1，再将开关K2扳向“1”端，调节和,使标准电流表mA示值对准某一整数值（如80μA），然后保持（的C端）和不变，将K2扳向“2”端（以代替）。这时只调节，使标准电流表mA示值仍为I0（如80μA）。这时，表头内阻正好就等于电阻箱的读数。实验中要求按表格13-1测量五次。注意：实验过程中μA和mA两表示值不同步并不影响的测量，但标准表mA的电流不能超过1mA！四、实验内容17图13-5替代法测表头内阻电路图图13-5替代法测表头内阻电路图18表3-13-1测量表头内阻数据表

表3-13-1测量表头内阻数据表19２.将100μA的表头改装成量程为1mA的电流表按图13-6连接好线路。（1）根据测出的表头内阻Rg

，求出分流电阻RS（计算值）。然后将电阻箱RS调到该值后，图中的虚线框即为改装的1mA电流表。２.将100μA的表头改装成量程为1mA的电流表20（2）校准电流表量程：先调好表头零点（机械零点），然后调节R1和R2使标准表mA示值为1mA。这时改装表μA示值应该正好是满刻度值，若有偏离，可反复调节R1、R2和RS，直到标准表和改装表均和满刻度线对齐为止，这时改装表量程就符合要求，此时RS的值才为实验值，否则电流表的改装就没有达到要求！（3）校正改装表：保持RS不变，调节R1、R2使改装表示值Ix按表13-2的要求（即由1.00、0.90、…直到0.10mA变化）也就是表头示值由100、90、…直减到10μA，记下标准表mA的相应示值IS。（2）校准电流表量程：先调好表头零点（机械零点），然后调节R21图13-6校正电流表电路图图13-6校正电流表电路图22表3-13-2电流表校正数据表

分流电阻Rs:计算值=___________Ω;实验值=__________Ω表3-13-2电流表校正数据表分流电阻Rs:计23

(4)以改装表示值Ix为横坐标,以修正值ΔIx

=Is-Ix为纵坐标,相邻两点间用直线连接,画出折线状的校正曲线ΔIx

～Ix,如图3-13-7所示。图

3-13-7电流表校正曲线

(4)以改装表示值Ix为横坐标,以修正值ΔIx=I24

3.将100μA的表头改装成量程为1V的电压表：参考改装电流表的步骤，先求出分压电阻RH（计算值），按图13-8接好线路，将表头组装成量程为1V的电压表；测出分压电阻RH的实验值，并保持其不变，调节R1、R2，使改装表由满刻度开始逐渐减小直到零（表头μA示值由100、90、…直减到10μA）；同时记下改装表（Ux）和标准表（US）相应的电压读数，将数据填入表13-3中。同样画出折线状的电压表校正曲线ΔUx～Ux。3.将100μA的表头改装成量程为1V的电压表：25图13-8校正电压表电路图图13-8校正电压表电路图26表3-13-3电压表校正数据表

分压电阻RH:计算值=___________Ω;

实验值=___________Ω

表3-13-3电压表校正数据表分压电阻RH:计27

4.将100μA的表头改装成中值电阻为120Ω的欧姆表(选做)

(1)按图3-13-3连接好电路,此时已组装好欧姆表。组装通电前,应调好电阻箱R0、R1的阻值。

(2)用电阻箱代替Rx,使Rx＝0时,微安表指针对准满刻度值。(3)根据表3-13-4所测出的数据,画出欧姆表刻度盘。4.将100μA的表头改装成中值电阻为120Ω的欧姆表28表3-13-4改装