儀表內阻對測量結果的影響和修正試驗報告

1、課程名稱：電路與電子技術實驗I 指導老師： 成績: 實驗名稱：儀表內阻對測量結果的影響和修正含源一端口網絡等效參數(shù)和外特性的測量實驗類型：基礎規(guī)范型實驗同組學生姓名:一、實驗目的和要求（必填）二、實驗內容和原理（必填）三、主要儀器設備（必填）四、操作方法和實驗步驟五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理六、實驗結果與分析（必填）七、討論、心得、實驗目的與要求1. 了解電壓表、電流表內阻的測量方法。2. 理解儀表內阻對測量誤差的影響。3. 掌握修正儀表內阻對測量誤差影響的方法。4. 掌握含源一端口網絡等效參數(shù)及其外特性的測量方法5. 驗證戴維南定理和諾頓定理6. 了解實驗時電源的非理想狀態(tài)對實驗結果的影響。、實驗

2、內容和原理1. 儀表內阻的測量方法儀表內阻是指儀表在工作狀態(tài)下，在儀表兩個輸入端之間所呈現(xiàn)的等效電阻或阻抗。 在精確測量中，必須考慮由于輸入電阻有限所引起的測量誤差。儀表內阻的測量方法： 萬用表電阻擋直接測量：使用萬用表或電阻表直接測量，操作最簡單，但用這種方法須十分謹慎。因電阻表低量程擋的工作電流一般都在100 mA以上，所以測量時通過被測表的電流必須小于其量程。 半偏法：首先選定儀表的某一量程，直接加電源使該量程滿偏，然后接人高精度可調電 阻，并調節(jié)電阻大小使儀表半偏，此時對應的電阻值就是儀表內阻。使用半偏法時，需要 準備數(shù)值范圍能夠涵蓋儀表內阻大小的高精度可調電阻以及標準電源。 伏安法：

3、有些儀表如功率表、電度表等含有電壓和電流兩個線圈，工作時須同時輸入電 壓和電流才有讀數(shù)，當測量其電流線圈內阻時，不可能利用其讀數(shù)獲得電流，所以需要外 接電壓表和電流表同時讀數(shù)，以求得內阻的大小。2. 儀表內阻對測量值的影響及修正方法實際使用中的儀表由于存在內阻，在接人測量電路時，會改變被測電路的工作狀態(tài)，使測量的結果與被測電路的實際值產生誤差。此誤差屬于系統(tǒng)誤差（方法誤差），可以采用下述三種方法分析儀表內阻對測量值的影響，并加以修正。 估算儀表內阻所造成的誤差并予以修正。計算由于電表內阻所造成的電壓/電流誤差，并算出 U或厶I。則實際值等于示數(shù)加 U 或厶I。 采用同一量程兩次測量法消除儀表內

4、阻產生的誤差。 用示零法（補償法）在測量結果中消除儀表內阻的影響3. 開路電壓的測量 直接測量法：當含源一端口網絡的等效內阻與測量用電壓表的內阻相比可以忽略不計時, 可以直接用電壓表測量開路電壓。 示零測量法在測量具有高內阻含源一端口網絡的開路電壓時，用電壓表進行直接測量會造成較大的誤 差，為了消除電壓表內阻的影響，往往采用示零測量法，這時需要配備精密可調電阻、檢 流計和精密穩(wěn)壓電源。 兩次測量法：當含源一端口網路不宜開路或短路時，兩次測量法是最為合適的測量等效 參數(shù)的方法，可以消除儀表內阻的影響。4. 短路電流的測量由于端口短路的操作存在許多危險性（如電流過大），因此短路電流不能直接測量，

5、而是需要通過端口伏安特性計算出，對于線性網絡，端口伏安特性為直線，因此從理論上 說，通過兩次端接不同大小的負載而測得的電壓和電流值就可推算出短路電流的大小。由 于測量往往帶有誤差，因此由兩個測量點來確定伏安特性并進一步計算短路電流，會產生 很大的誤差，所以，實際測量伏安特性需通過合理的且足夠多的測量樣點，通過曲線擬合 得到直線的斜率和截距，也就是該含源一端口網絡的等效電阻、開路電壓以及短路電流值。5. 含源電路等效電阻的測量方法 直接測量法：將電路中獨立源置零，即將網絡中電源去掉，其余部分按原電路接好，用 萬用表或伏安法測量該無源一端口的等效電阻。由于實際電源均含有一定量的內阻，并不 能與電源

6、本身分開，在去掉電源的同時，電源的內阻也無法保留下來。因此，這種方法適 用于電壓源內阻較小和電流源內阻較大的情況。 開路電壓、短路電流法：直接測量端口的開路電壓U和短路電流I，則等效電阻為F0=U/l 這種方法適用于等效電阻較大而且短路電流不超過額定值的情況，否則有損壞含源一端口 網絡的危險。三、主要儀器設備四、操作方法和實驗步驟1.實驗一：測定電壓表內阻（1）（2）壓，（3）數(shù)字萬用表、電工綜合實驗臺、DG07多功能網絡實驗組件將試驗臺電源開啟，按電路圖連接各元件。選擇直流電壓表量程為20V,閉合開關S,調節(jié)電源電 使電壓表達到20V。保持電源電壓不變，打開開關 S,接入電阻R1、R2,記錄

7、電壓表讀數(shù)U。（4）計算得電壓表內阻。2. 實驗二：測定電流表內阻f(1) 將試驗臺電源開啟，按電路圖連接各元件。(2) 選擇直流電流表量程為2mA打開開關S,調節(jié)電源電流， 使電流表達到2mA(3) 合上開關S,調節(jié)電阻R使電流表半偏。(4) 記錄此時的電阻阻值。3. 實驗三：驗證戴維南等效與諾頓等效(1) 測量每個電阻的阻值。(2) 將實驗臺電源開啟，按電路圖連接電路(3) 分別單獨將電壓源與電流源接入電路，將電 壓源調節(jié)至4V,電流源調節(jié)至20mA測量出當只 有電壓源或電流源作用時 AB兩端電壓。(3)將電壓源與電流源同時接入，從 0開始增大 R的阻值，分別記錄R、Zb Ir的電流和電壓

8、源的 輸出電壓。(4) 計算戴維南等效電壓和電阻，按戴維南等效電路連接電路，從0開始增大R的阻值, 分別記錄R、曲和| R(5)計算諾頓等效電流和電阻，按諾頓等效電路連接電路，從0開始增大R的阻值，分別記錄R、UAB和| R4. 實驗四：選做實驗：將電阻換為二極管并驗證戴維南等效是否成立。(由于這個實驗的等效部分還未完成，會在下一次提交實驗報告時單獨提交這個選做實驗 報告)五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理1.測定電壓表內阻S閉合時 電壓表讀數(shù)(V)S打開時 電壓表讀數(shù)(V)電阻R1 (k?)電阻R2(k?)電壓表內阻計算值RV(k?)19.9618.65196.1195.45.408MQ由公式：R/ =

9、 ( R1+R2 U/ (20-U)計算得 R/ =5.408M Q2. 測定電流表內阻當R=12Q的時候，電流表半偏，因此 R=12Q。3. 驗證戴維南等效與諾頓等效測定參數(shù)：只加電壓源U1=4V只加電流源U2=6.44V;Ub=U1+U2=10.44VI R=32.4mARd=LMI r=322.2 Q測量電路:R ( Q)05001k1.7k1.774k1.8k3k5k7k9999Lab (V)06.357.898.798.868.919.4411.8612.3013.07I r (mA32.312.87.85.14.94.93.32.31.81.2恒壓源U (V)44444.014.0

10、44.725.596.357.03戴維南等效電路:R ( Q)05001k1.7k1.774k1.8k3k5k7k9999LAb (V)06.367.908.788.848.86：9.41 :9.8110.9010.12I R (mA32.312.77.95.14.94.83.11.91.50.9諾頓等效電路:R ( Q)05001k1.7k1.774k1.8k3k5k7k9999LAb (V)06.267.788.658.718.739.299.759.849.97I r (mA32.112.57.875.04.84.83.01.61.30.9U( V)六、實驗結果與分析1. 實驗一：由公式

11、：R/ = ( R1+R2 U/ (20-U)計算得 R/ =5.408M Q。因此在測量中，需要將電壓表內阻導致的誤差修正。 假設在電路中有R1、R2為兩個串聯(lián)電 阻，電壓表測R2兩端電壓，測量值為U。修正公式為：MJ =RZ V 二兀那么修正值為： U=-U*Rq/5.408k Q2. 實驗二：由實驗得，R=12Q。因此在測量中，需要將電流表內阻導致的誤差修正。 假設在電路中有R1、R2為兩個并聯(lián)電 阻，電壓表測R2電流，測量值為I。修正公式為：/ x Ra坨5那么修正值為： I=-12I/ R eq3. 實驗三：(1) 戴維南等效電路參數(shù)：Ud=10.44V，&=322.2 Q 諾頓等效

12、電路參數(shù)：I d=32.4mA Fd=322.2 Q做戴維南和諾頓等效電路后，發(fā)現(xiàn)AB端的伏安特性在一定范圍內近似與原電路相同。 這說明戴維南和諾頓等效電路與原電路可以替換，從而驗證了戴維南等效與諾頓等效。(2) 分別繪制測量電路和戴維南等效電路、測量電路和諾頓等效電路的伏安特性曲線： 諾頓等效電路參數(shù)：I d=32.4mA母=322.2 Q測星電路與戴維南等效電路的U-I曲線測量電路與諾頓等效電路的U-I曲線可以看出，在誤差允許的范圍內，戴維南和諾頓的等效電路與原電路的伏安特性相同。 而圖像中原電路的曲線發(fā)生彎折的點， 就是恒壓源輸出電壓開始變大的時刻。 輸出電 壓變大之后原電路發(fā)生改變，因

13、此曲線開始不再重合。(3) 戴維南定理的適用條件：線性含源一端口網絡七、討論、心得這次電路實驗的接線是我做實驗以來遇到的比較復雜的電路接線，因此非常考驗電路 分析能力和接線時的細致耐心。本次實驗需要接幾個電路，一旦稍稍走神就會混淆。而在 數(shù)據(jù)記錄過程中，也需要足夠的謹慎，避免數(shù)據(jù)記錄錯誤。在本次試驗擬合曲線中，我不 小心將10.09輸為10.9，導致擬合的曲線出現(xiàn)了很大的錯誤，而經過數(shù)次排查之后才找到 這個由于不謹慎而導致的錯誤。這次的小失誤讓我吸取了教訓，提醒我今后的實驗也一定 要細心細致地完成。八、思考題1、本實驗中，各直流電源是否工作在其允許范圍之內？實驗中各電阻實際通過的電流為多 少？是否在其允許通過的電流范圍之內？測量電壓表內阻中，直流電壓源在允許工作的范圍之內，實驗中電阻實際的電流為：0.048mA 在其允許通過的電流范圍之內。測量電流表內阻中，直流電流源在允許工作的范圍之內，實驗中電阻實際的電流為：0.998mA 在其允許通過的電流范圍之內。2、實驗中測量電壓、電流應分別使用什么型號的儀表？量程應如何選擇？選擇的依據(jù)是什 么？實驗中測量電壓應該選擇20V數(shù)字電壓表，測量電流應該選擇 2mA數(shù)字電壓表。3、如何修正電表內阻對電路測量的影響？ 電壓表內阻修正：由公式：