電表改裝與校準(zhǔn)

1、 電表改裝與校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?#160;    1、測量表頭內(nèi)阻及滿度電流     2、掌握將1mA表頭改成較大量程的電流表和電壓表的方法     3、學(xué)會校準(zhǔn)電流表和電壓表的方法 實(shí)驗(yàn)原理     常見的磁電式電流計(jì)主要由放在永久磁場中的由細(xì)漆包線繞制的可以轉(zhuǎn)動的線圈、用來產(chǎn)生機(jī)械反力矩的游絲、指示用的指針和永久磁鐵所組成。當(dāng)電流通過線圈時(shí)，載流線圈在磁場中就產(chǎn)生一磁力矩M磁，使線圈轉(zhuǎn)動，從而帶動指針偏轉(zhuǎn)。線圈偏轉(zhuǎn)角度的大小與通

2、過的電流大小成正比，所以可由指針的偏轉(zhuǎn)直接指示出電流值。 1、內(nèi)阻的測定 電流計(jì)允許通過的最大電流稱為電流計(jì)的量程，用Ig表示，電流計(jì)的線圈有一定內(nèi)阻，用Rg表示，Ig與Rg是兩個(gè)表示電流計(jì)特性的重要參數(shù)。 測量內(nèi)阻Rg常用方法有：半電流法也稱中值法和替代法。本實(shí)驗(yàn)用替代法測量電流計(jì)內(nèi)阻。測量原理圖見圖1。當(dāng)被測電流計(jì)接在電路中時(shí)，用十進(jìn)位電阻箱替代它，且改變電阻值，當(dāng)電路中的電壓不變時(shí)，且電路中的電流亦保持不變，則電阻箱的電阻值即為被測電流計(jì)內(nèi)阻。 替代法是一種運(yùn)用很廣的測量方法，具有較高的測量準(zhǔn)確度。    &

3、#160;     圖1替代法測內(nèi)阻 2、改裝為大量程電流表 根據(jù)電阻并聯(lián)規(guī)律可知，如果在表頭兩端并聯(lián)上一個(gè)阻值適當(dāng)?shù)碾娮鑂2，如圖2所示，可使表頭不能承受的那部分電流從R2（分流電阻）上分流通過。這種由表頭和并聯(lián)電阻R2組成的整體就是改裝后的電流表。如需將量程擴(kuò)大n倍，則不難得出                     R2=

4、Rg/(n-1)                              圖2為擴(kuò)流后的電流表原理圖。用電流表測量電流時(shí)，電流表應(yīng)串聯(lián)在被測電路中，所以要求電流表應(yīng)有較小的內(nèi)阻。另外，在表頭上并聯(lián)阻值不同的分流電阻，便可制成多量程的電流表。     

5、0;    圖  2 改裝電流表                         圖  3改裝電壓表     3、改裝為電壓表     一般表頭能承受的電壓很小，不能用來測量較大的電壓。為了測量較大的電壓，可以給表頭串聯(lián)一個(gè)阻值適

6、當(dāng)?shù)碾娮鑂M，如圖3所示，使表頭上不能承受的那部分電壓降落在電阻RM上。這種由表頭和串聯(lián)電阻RM組成的整體就是電壓表，串聯(lián)的電阻RM叫做擴(kuò)程電阻（也叫分壓電阻）。選取不同大小的RM，就可以得到不同量程的電壓表。由圖3可求得擴(kuò)程電阻值為：                              &#

7、160;                                      實(shí)際的擴(kuò)展量程后的電壓表原理見圖3用電壓表測電壓時(shí)，電壓表總是并聯(lián)在被測電路上，為了不因并聯(lián)電壓表而改變電路中的工作狀態(tài)，要求電壓表應(yīng)有較高的內(nèi)阻。

8、0;4、電表的校準(zhǔn) 電表在擴(kuò)大量程或改裝后，還需要進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)的目的是給出被校電表示值誤差，看其指示值與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值（從標(biāo)準(zhǔn)表讀出）相符的程度。標(biāo)準(zhǔn)表應(yīng)該比被校表高12個(gè)準(zhǔn)確度級別。校準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)選擇被校表刻度的一組整數(shù)值。校準(zhǔn)的結(jié)果得到電表各個(gè)整數(shù)刻度的絕對誤差。選取其中最大的絕對誤差即得改電表的允許誤差，有時(shí)也稱最大允許誤差。允許誤差除以電表的量限。再加上標(biāo)準(zhǔn)表的準(zhǔn)確度等級a。（校準(zhǔn)表級別較高時(shí)可忽略），就可估算出該表的準(zhǔn)確度等級。若用a表示改裝表的準(zhǔn)確度等級，則有          

9、 電表的等級一般分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七個(gè)級別，根據(jù)式算出的a達(dá)到哪一級就定為哪一級。電表的準(zhǔn)確度除用等級表示外，也可用校準(zhǔn)曲線表示。即以被校電表的指示值Ixi為橫坐標(biāo)，以該點(diǎn)的示值誤差（等于被校表的指示值Ixi與標(biāo)準(zhǔn)表相應(yīng)的指示值Isi的差值，即）為縱坐標(biāo)，兩個(gè)校正點(diǎn)之間用直線段連接，根據(jù)校正數(shù)據(jù)作出呈折線狀的校準(zhǔn)曲線（不能畫成光滑曲線）。在以后使用這個(gè)電表時(shí)，歸根據(jù)校準(zhǔn)曲線可以修正電表的讀數(shù)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、用替代法測出表頭的內(nèi)阻，按圖1接線。Rg=         

10、注意：聯(lián)接線路時(shí)應(yīng)將被改裝表頭輸入端的外側(cè)接線端接入電路，接通電源之前應(yīng)將電阻器“”檔至于非零位置。     2、將一個(gè)量程為1mA的表頭改裝成5mA量程的電流表    （1）、根據(jù)式計(jì)算出分流電阻值R2填入表1，并按圖2接線。   （2）、調(diào)節(jié)滑動變阻器使改裝表指到滿量程，這時(shí)記錄標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)。注意：RW作為限流電阻，阻值不要調(diào)至最小值。然后每隔1mA逐步減小讀數(shù)直至零點(diǎn)，再按原間隔逐步增大到滿量程，每次記下標(biāo)準(zhǔn)表相應(yīng)的讀數(shù)于表2。   （3）、以改裝表讀數(shù)為橫坐標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)表由大到小及由

11、小到大調(diào)節(jié)時(shí)兩次讀數(shù)的平均值為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上作出電流表的校正曲線，并根據(jù)兩表最大誤差的數(shù)值定出改裝表的準(zhǔn)確度級別填入表1。    3、將一個(gè)量程為1mA的表頭改裝成1.5V量程的電壓表    （1）、根據(jù)式計(jì)算分壓電阻RM的阻值填入表3，可用R1、R2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。按圖3連接校準(zhǔn)電路    （2）、調(diào)節(jié)電源電壓，使改裝表指針指到滿量程（1.5V）記下標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)。然后每隔0.3V逐步減小改裝讀數(shù)直至零點(diǎn)，再按原間隔逐步增大到滿量程，每次記下標(biāo)準(zhǔn)表相應(yīng)的讀數(shù)于表4。   

12、0;                （3）、以改裝表讀數(shù)為橫坐標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)表由大到小及由小到大調(diào)節(jié)時(shí)兩次讀數(shù)的平均值為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上作出電壓表的校正曲線，并根據(jù)兩表最大誤差的數(shù)值定出改裝表的準(zhǔn)確度級別。    數(shù)據(jù)處理1. 電流表的改裝與校準(zhǔn)表1電流表的改裝電表的精度等級表頭內(nèi)阻Rg（）表頭滿度電流Ig（mA）擴(kuò)程后的量程 （mA）分流電阻（）標(biāo)準(zhǔn)電流表改裝后的電流表計(jì)算值實(shí)測值

13、0;      表 2 電流表的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)改裝表讀數(shù)（mA）標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)（mA）示值誤差I(lǐng)（mA）減小時(shí)增大時(shí)平均值1    2    3    4    5    2.電壓表的改裝與校準(zhǔn)             

14、                      表3電壓表的改裝電表的精度等級表頭內(nèi)阻Rg（）表頭滿度電壓Ug（V）擴(kuò)程后的量程 （V）分壓電阻（）標(biāo)準(zhǔn)電壓表改裝后的電壓表計(jì)算值實(shí)測值       表 4電壓表的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)改裝表讀數(shù)（V）標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)（V）示值誤差U（V）減小時(shí)增大時(shí)平均值0.3 

15、   0.6    0.9    1.2    1.5    3.分別繪制改裝后的電流表和電壓表的校準(zhǔn)曲線。     思考題 1.當(dāng)校準(zhǔn)改裝后的電壓表時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)電壓表示數(shù)偏大，當(dāng)校準(zhǔn)改裝后的電流表時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)電流示數(shù)偏小，為什么？ 2.用比較法校準(zhǔn)電表時(shí)，選擇標(biāo)準(zhǔn)表的主要依據(jù)是什么？實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 1.將一微安表頭設(shè)計(jì)改裝成多量程直流電流、

16、電壓兩用表，其電流檔的量程為5mA和50mA，電壓表的量程為5V和50V，具體要求如下： （1）設(shè)計(jì)并畫出改裝電表的電路原理圖。 （2）計(jì)算附加電阻值（包括兩個(gè)分流電阻和兩個(gè)分壓電阻）。 實(shí)驗(yàn)提示：要求改裝的兩用表電路具有“整體性”，因此，計(jì)算個(gè)附加電阻值（分流電阻和分壓電阻時(shí)），要注意個(gè)量程之間的相互關(guān)系以及電流檔和電壓檔之間的相互關(guān)系。對于要改裝的電壓檔，是以改裝好的電流表作為改裝電壓表的等效表頭。1. 改裝表頭為歐姆表用來測量電阻大小的電表成為歐姆表，其電路如圖所示。圖中V為電池的端電壓，它與固定電阻Ri，可變電阻R0以及微安表頭相串聯(lián)，Rx是待測電阻。歐姆

17、表測電阻時(shí)，首先需要調(diào)零，即將a、b兩點(diǎn)短路（相當(dāng)于Rx=0），調(diào)節(jié)可變電阻R0，使表頭指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度。這是電路中的電流即為微安表頭的量限Ig。由歐姆定律得   （1）式中Rg為表頭的內(nèi)阻，r= R0+ Ri。 在a、b端接入待測電阻Rx后，電路中的電流為          （2）   當(dāng)電池端電壓V保持不變時(shí)，Rx待測電阻和電流值I有一一對應(yīng)關(guān)系，就是說，介入不同的電阻Rx，表頭的指針就指出不同的偏轉(zhuǎn)讀數(shù)。如果表頭的標(biāo)度尺預(yù)先按已知電阻刻度，就可以直接

18、用來測量電阻。因?yàn)榇郎y電阻Rx越大，電流I就越小，當(dāng)Rx=時(shí)（相當(dāng)于a、b開路），I=0即表頭的指針在零位，所以，歐姆表的標(biāo)度尺為反向刻度，且刻度是不均勻的，電阻Rx越大，刻度線間隔越小。   要滿足待測電阻Rx=0時(shí)，電路中通過的電流恰為表頭的量限Ig，對于式（1）中的R0和Ri就有一定的要求。因電池的端電壓V在使用過程中會不斷下降，而表頭的內(nèi)阻Rg為常數(shù)，故要求r= R0+ Ri也要跟著改變才能滿足式（3）。實(shí)際上，在Rx=0時(shí)，表頭的指針偏到滿刻度是通過調(diào)可變電阻（電位器）的阻R0值來實(shí)現(xiàn)的。為防止電位器R0調(diào)的過小而燒壞電表，用固定電阻Ri來限制電流。 確定歐姆表電路中可變電阻R0和固定電阻Ri的阻值。其方法如下：一般說新舊干電池的電壓范圍為1.301.65V，考慮調(diào)節(jié)的余地，可取干電池最高電壓Vmax=1.70，最低電壓V。由公式（1）的   可見，V 在VminVmax之間，其變化范圍為（VminVmax）。因此，R0可以用0（）的電位器，而Ri可用