高二物理電表的改裝和校準(zhǔn)

1、實(shí)驗(yàn) 電表的改裝和校準(zhǔn)1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 掌握改裝電流表和電壓表的原理和方法；(2) 學(xué)會校準(zhǔn)電流表和電壓表。2. 實(shí)驗(yàn)儀器微安表(量程100mA)二個(gè)，毫安表(量程15mA)，伏特表(量程15V)，ZX21型旋轉(zhuǎn)式電阻箱，滑線變阻器(0100)，直流穩(wěn)壓電源(015V)，單刀雙擲開關(guān)各一個(gè)。3. 實(shí)驗(yàn)原理 在實(shí)驗(yàn)工作中，我們往往要用不同量程的電流表或電壓表來測量大小懸殊的電流或電壓。例如從幾微安到幾十安，從幾毫伏到幾千伏。但電表廠一般只制造若干規(guī)格的微安表和毫安表(通常稱為表頭)，我們可以根據(jù)實(shí)際需要，用并聯(lián)分流電阻或串聯(lián)分壓電阻的方法，把它們改裝成不同量程的電流表和電壓表。(1) 擴(kuò)大微

2、安表的量程若要擴(kuò)大微安表(或毫安表)的量程，只要在微安表兩端并聯(lián)一個(gè)低電阻Rs，(稱為分流電阻)即可，如圖16-1所示。由于并聯(lián)了分流電阻Rs，大部分電流將從Rs流過，這樣由分流電阻Rs和表頭組成的整體就可以測量較大的電流了。圖16-1 與表頭并聯(lián)的分流電阻Rs設(shè)微安表的量程Ig ，內(nèi)阻為Rg ，若要把它的量程擴(kuò)大為I0 ，分流電阻Rs應(yīng)當(dāng)多大？當(dāng)AB間的電流為I0時(shí)，流過微安表的電流為Ig (這時(shí)微安表的指針剛好指到滿刻度)，流過Rs的電流Is= I0 - Ig ，由于并聯(lián)電路兩端電壓相等，故 (1)通常取I0= 10Ig ，100Ig ， ，故分流電阻Rs一般為Rg / 9 ，Rg / 9

3、9 ， 。 即：要把表頭的量程擴(kuò)大m倍，分流電阻應(yīng)取 (2) 把微安表改裝成電壓表若要把微安表改裝成電壓表，只要用一個(gè)高電阻Rm (稱為分壓電阻)與原微安表串聯(lián)即可，如圖16-2所示。由于串聯(lián)了分壓電阻Rm ，總電壓的大部分降在Rm上，這樣由分壓電阻Rm和表頭組成的整體就可以測量較大的電壓了。設(shè)微安表的量程為Ig ，內(nèi)阻為Rg，若要把它改 圖16-1 與表頭串聯(lián)的分壓電阻Rm 裝成量程為V0的電壓表，分壓電阻Rm應(yīng)取多大?當(dāng)A、B兩點(diǎn)間的電壓為V0時(shí)，流過微安表的電流為Ig (這時(shí)微安表的指針剛好指到滿刻度。因此只要在微安表的標(biāo)度盤上直接標(biāo)上與該電流相應(yīng)的電壓，微安表就成為電壓表了)，根據(jù)歐姆

4、定律，得 (2)(3) 表頭內(nèi)阻的測量 由(1)式和(2)式知，在改裝電表前，首先應(yīng)知道表頭的內(nèi)阻Rg 。 測量微安表內(nèi)阻Rg的方法很多，較為簡便常用的方法是“替代法”，即將被測表M和另一微安表N串聯(lián)起來，再在兩端加一定的電壓VAC，使N的讀數(shù)等于某一定值In (In一般為滿度的三分之二為宜)，如圖16-3(左圖)所示。然后保持VAC不變，用電阻箱R取代M，如圖16-3(右圖)所示，使N的讀數(shù)仍為In，此時(shí)R的阻值就等于微安表M的內(nèi)阻Rg 。圖16-3 用替代法測微安表頭M的內(nèi)阻4. 實(shí)驗(yàn)步驟(1) 測量微安表M的內(nèi)阻 1) 按圖16- 4接好線路，圖中E為穩(wěn)壓電源，K1即電源開關(guān)，R1為滑線

5、變阻器，R2為ZX21型電阻箱，K2是單刀雙擲開關(guān)，M和N是兩個(gè)同型號的微安表。請教師檢查后，再進(jìn)行下面的步驟。 2) 滑動滑線變阻器R1的滑動觸頭，將A與滑動觸頭間的電阻調(diào)至最小，單刀雙擲開關(guān)K2扳向l，打開穩(wěn)壓電源E的開關(guān)(K1)，將E的輸出電壓調(diào)到2V。然后移動R1的滑動觸頭，使微安表N的讀數(shù)為60.0 mA。以圖16-4 測量微安表M內(nèi)阻的電路圖 后不能再移動R1的滑動觸頭，以保持電壓不變。 3) 因?yàn)槲脖鞰的內(nèi)阻約為2000，故先將R2調(diào)到2000，再把K2扳向2，仔細(xì)調(diào)節(jié)R2，使N的讀數(shù)仍為60.0 mA，此時(shí)R2的阻值就等于微安表M的內(nèi)阻，記下M的內(nèi)阻Rg。(2) 把量程為10

6、0 mA的微安表改裝成量程為10mA的毫安表 1) Ig=100 mA，I0=10mA，根據(jù)(1)式計(jì)算出微安表M的分流電阻Rs 。 2) 按圖16-5接好電路。調(diào)節(jié)電阻箱R2的阻值等于Rs。這樣虛線框內(nèi)由分流電阻Rs和表頭組成的整體就成為量程為10mA的毫安表了。圖中的毫安表作為標(biāo)準(zhǔn)表，用來校準(zhǔn)改裝成的毫安表。3) 打開K1，將電源E的輸出電壓仍保持為2V，調(diào)節(jié)A、C之間的電壓VAC，當(dāng)微安表M的讀數(shù)IW ，分別為100.0mA，90.0mA，10.0mA，0.0mA(相當(dāng)于改裝毫安表的讀數(shù)IG分別為10.0mA，9.0mA，1.0mA，0.0mA)時(shí)，記下標(biāo)準(zhǔn)毫安表對應(yīng)的讀數(shù)IB 。 4)

7、 以IG為橫坐標(biāo)， I(IB一IG)為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上作出 I IG校準(zhǔn)曲線(應(yīng)將各點(diǎn)連成折線，而不是光滑曲線)。以后使用改裝的毫安表時(shí)，可以根據(jù)校準(zhǔn)曲線修正毫安表的讀數(shù)。 5) 校準(zhǔn)曲線可參考圖16-6所示。圖16-5 校準(zhǔn)改裝的電流表圖16-6 電流校準(zhǔn)曲線參考圖(3) 把量程為100 mA的微安表改裝成量程為10V的伏特表 1) Ig=100 mA，V0=10V，根據(jù)(2)式計(jì)算出微安表M的分壓電阻Rm。2) 按圖16-7接好電路。調(diào)節(jié)電阻箱R2的阻值等于Rm。這樣虛線框內(nèi)由分壓電阻Rm和表頭組成的整體就成為量程為10V的伏特表了。圖中的伏特表作為標(biāo)準(zhǔn)表，用來校準(zhǔn)改裝成的伏特表。 3)

8、打開K1，將電源E的輸出電壓調(diào)到12V，調(diào)節(jié)A、C間的電壓VAC，當(dāng)微安表M的讀數(shù)IW分別為100.0mA，90.0mA，10.0mA(相當(dāng)于改裝的伏特表的讀數(shù)VG分別為10.0V，9.0V，1.0V)時(shí)，記下標(biāo)準(zhǔn)伏特表對應(yīng)的讀數(shù)VB。 圖16-7 校準(zhǔn)改裝的電壓表4) 以VG為橫坐標(biāo)，V(VBVG)為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上作出V VG校準(zhǔn)曲線。以后使用改裝的伏特表時(shí)，可以根據(jù)校準(zhǔn)曲線修正伏特表的讀數(shù)。5. 測量記錄和數(shù)據(jù)處理(1) 測量微安表M的內(nèi)阻 Rg (2) 把量程為100mA的微安表改裝成量程為10mA的毫安表Rs 0.010.020.030.040.050.060.070.080.09

9、0.0100.00.01.02.03.04.05.06.07.08.09.010.0(3) 把量程為100mA的微安表改裝成量程為10V的伏特表 Rm 0.010.020.030.040.050.060.070.080.090.0100.00.01.02.03.04.05.06.07.08.09.010.06. 常識介紹 (1) 電表的等級 根據(jù)我國國標(biāo)(GB)規(guī)定，電表的等級分為以下7級： 0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 5.0 如果用A表示電表的量程，用K表示電表的等級，那么當(dāng)電表的指針指示某測量值時(shí)，該測量值的最大絕對誤差 N = A K %例如量程15mA，等級為1.0

10、級的毫安表，那么當(dāng)電表的指針指示某一測量值時(shí)，該測量值的最大絕對誤差為N = 15 1.0 % = 0.15 mA(2) 電表標(biāo)度盤各種符號的意義（見下頁）此表為根據(jù)國家規(guī)定的電氣儀表的主要技術(shù)性能在電氣儀表面板上的標(biāo)記。使用電表時(shí)，應(yīng)先認(rèn)真看清有關(guān)標(biāo)記，正確使用。如本實(shí)驗(yàn)所用的伏特表在表盤右下角標(biāo)有“”標(biāo)記，表示該表應(yīng)水平放置，不能豎立起來讀數(shù)。7. 思考題 (1) 如何用替代法測量表頭的內(nèi)阻R? (2) 如何擴(kuò)大微安表的量程，如何校準(zhǔn)電流表? (3) 如何把微安表改裝成電壓表? 如何校準(zhǔn)電壓表? (4) 根據(jù)我國國標(biāo)(GB)規(guī)定，電表分哪7個(gè)等級? 測量值的絕對誤差如何計(jì)算? (5) 本實(shí)驗(yàn)中的滑線變阻器在連接上和作用上有何不同? (6) 在圖16-4和圖16-5中，穩(wěn)壓電源的電壓是2V，而圖16-7中的穩(wěn)壓電源卻要調(diào)到12V，這是為什么? 能否再降低? 兩者最小值各是多少?(7) 校正電流表時(shí)發(fā)現(xiàn)改裝表的讀數(shù)相對于標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)偏高，試問要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)表的數(shù)值，改裝表的分流電阻應(yīng)調(diào)大還是調(diào)小？(8) 校正電壓表時(shí)發(fā)現(xiàn)改裝表的讀數(shù)相對于標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)偏低，試問要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)表的數(shù)值，改裝表的分壓電阻應(yīng)調(diào)大還是調(diào)小？常見電