試驗(yàn)一基本電工儀表的使用與測量誤差的計(jì)算

1、電工電子實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)理工組：張延鵬實(shí)驗(yàn)一根本電工儀表的使用與測量誤差的計(jì)算、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 熟悉實(shí)驗(yàn)臺(tái)上儀表的使用和布局；2 熟悉恒壓源與恒流源的使用和布局；3掌握電壓表、電流表內(nèi)電阻的測量方法;4掌握電工儀表測量誤差的計(jì)算方法。二、實(shí)驗(yàn)原理通常，用電壓表和電流表測量電路中的電壓和電流，而電壓表和電流表都具有一定的內(nèi)阻，分別用Rv和Ra表示。如圖1-1所示，測量電阻 R2兩端電壓U2時(shí)，電壓表與 R2 并聯(lián)，只有電壓表內(nèi)阻Rv無窮大，才不會(huì)改變電路原來的狀態(tài)。如果測量電路的電流 I，電流表串入電路，要想不改 變電路原來的狀態(tài)，電流表的內(nèi)阻Ra必須等于零。但實(shí)際使用的電壓表和電流表一般都不能滿足上述要求

2、，即它們的內(nèi)阻不可能為無窮大或者為零，因此，當(dāng)儀表接入電路時(shí)都會(huì)使原來的狀態(tài)發(fā)生變化，使被測的讀數(shù)值與電路原來的實(shí)際值之間產(chǎn)生誤差，這種由于儀表內(nèi)阻引入的測量誤差，稱之為方法誤差。顯然，方法誤差值的大小與儀表本身內(nèi)阻值的大小密切相關(guān)，我們總是希望電壓 表的內(nèi)阻越接近無窮大越好，而電流表的內(nèi)阻越接近零越好?？梢姡瑑x表的內(nèi)阻是一個(gè)十分關(guān)鍵的參數(shù)。通常用以下方法測量儀表的內(nèi)阻。1. 用“分流法測量電流表的內(nèi)阻設(shè)被測電流表的內(nèi)阻為 RA,滿量程電流為Im ,測試電路如圖1-2所示，首先斷開開關(guān)S,調(diào)節(jié)恒流源的輸出電流I，使電流表指針到達(dá)滿偏轉(zhuǎn)，即S,并保持I值不變，調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值，使電流表的指針在

3、1/2滿量程位置，即IA = IS = Im / 2那么電流表的內(nèi)阻Ra=R。I =Ia =Im。然后和上開關(guān)2.用“分壓法測量電壓表的內(nèi)阻設(shè)被測電壓表的內(nèi)阻為Rv，滿量程電壓為RvUm，測試電路如圖1-3所示，首先閉合開關(guān)S,調(diào)節(jié)恒壓源的輸出電壓u，使電壓表指針到達(dá)滿V偏轉(zhuǎn)，即U = Uv=Um。然后斷開開關(guān) S,并保持+ Uv值不變，調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值，使電壓表的指針在1/2滿量程位置，即Uv = Um = Um / 2SU +YO可調(diào)恒壓源圖1-3那么電壓表的內(nèi)阻Rv = R 。圖1-1電路中，由于電壓表的內(nèi)阻Rv不為無窮大，在測量電壓時(shí)引入的方法誤差計(jì)算如下：U2R2 UR2上的電壓為

4、：R1 R2，假設(shè) R1=R2，貝y U2=U/2R/2現(xiàn)用一內(nèi)阻Rv的電壓表來測 6值，當(dāng)Rv與只2并聯(lián)后,RV R2RV R2 ,以此來代替上式的RV R2RV R2R2,那么得絕對(duì)誤差為RV R2R/R2RV R2rr22u(Ri R2XRR2 R2R/ R/RJR/ + R2假設(shè) R!=R2= RV,那么得 U=U/6U U *U,)U 00 = 恒壓源EEL- I、n、川、W均含在主控制屏上，根據(jù)用戶的要求，可能有兩種配置：1 +6V+5V,+12V,0-30V 可調(diào)或2雙路 0-30V 可調(diào)。 _ 恒流源0-500 mA可調(diào) EEL-23組件含電阻箱、固定電阻、電位器或 EEL-5

5、1組件 EEL-30組件含磁電式表頭1mA、160 Q ,倍壓電阻和分流電阻，電位器四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1據(jù)“分流法原理測定直流電流表1mA和10mA量程的內(nèi)阻 10000實(shí)驗(yàn)電路如圖1-2所示，其中R為電阻箱，用x 100Q、x 10Q、x 1Q三組串聯(lián)，1mA 電流表用表頭和電位器 RP2串聯(lián)組成，10mA電流表由1mA于分流電阻并聯(lián)而成， 兩個(gè)電流 表都需要與直流數(shù)字電流表串聯(lián)采用20mA量程檔，由可調(diào)恒流源供電， 調(diào)節(jié)電位器RP2 1OO00 = 33.30相對(duì)誤差U2U2本試驗(yàn)使用的電壓表和電流表采用表頭1mA、160 Q及其制作的電壓表IV、10V和電流表1mA、10mA。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.

6、 直流數(shù)字電壓表、直流數(shù)字電流表EEL-06組件或EEL系列主控制屏校準(zhǔn)滿量程。實(shí)驗(yàn)電路中的電源用可調(diào)恒流源，測試內(nèi)容見表1-1,并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記入表中。表2-1電流表內(nèi)阻測量數(shù)據(jù)被測表量程(mA)S斷開，調(diào)節(jié)恒流源 使 I = Ia= Im (mA)S閉合，調(diào)節(jié)電阻 R, 使 Ir =1 A=lm / 2 (mA)R(Q)計(jì)算內(nèi)阻Ra(Q)1102.根據(jù)“分壓法原理測定直流電壓表1V和10V量程的內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)電路如圖1-3所示，其中 R為電阻箱，用x 1000Q、x 100Q、x 10Q、x 1 Q四組 串聯(lián)，1V、10V電壓表分別用表頭、電位器RP1和倍壓電阻串聯(lián)組成，兩個(gè)電壓表都需要與直流數(shù)字

7、電壓表并聯(lián)，由可調(diào)恒壓源供電，調(diào)節(jié)電位器RP1校準(zhǔn)滿量程。實(shí)驗(yàn)電路中的電源用可調(diào)恒壓源，測試內(nèi)容見表1-2，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記入表中。表1-2電壓表內(nèi)阻測量數(shù)據(jù)被測表量程(V)S閉合，調(diào)節(jié)恒壓源 使 U=Uv = Um ( V )S斷開，調(diào)節(jié)電阻R, 使 Ur = UV = Um/2 ( V )R(Q)計(jì)算內(nèi)阻Rv(Q)1103 方法誤差的測量和計(jì)算實(shí)驗(yàn)電路如圖1-1所示，其中R1=300Q , R2=200Q，電源電壓U=10V(可調(diào)恒壓源)，用 直流電壓表10V檔量程測量R2上的電壓U2之值，并計(jì)算測量的絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差， 試驗(yàn) 和計(jì)算數(shù)據(jù)記入表1-3中。表1-3方法誤差的測量與計(jì)算Rv計(jì)算

8、值U2實(shí)測值U2絕對(duì)誤差 U = U2 U2相對(duì)誤差也 U/U2OOQ00五、實(shí)驗(yàn)考前須知1 臺(tái)上的恒壓源、恒流源均可通過粗調(diào)(分段調(diào))波動(dòng)開關(guān)和細(xì)調(diào)(連續(xù)調(diào))旋鈕調(diào)節(jié)其輸出量，并由該組件上的數(shù)字電壓表、數(shù)字毫安表顯示其輸出量的大小。在啟動(dòng)這兩個(gè)電源時(shí)，應(yīng)顯示其輸出電壓或電流調(diào)節(jié)旋鈕置零位，待實(shí)驗(yàn)時(shí)慢慢增大。2 恒壓源輸出不允許短路，恒流源輸出不允許開路。3 電壓表并聯(lián)測量，電流表串入測量，并且要注意極性與量程的合理選擇。六、預(yù)習(xí)與思考題1. 根據(jù)表頭的參數(shù)(1mA、160Q),計(jì)算出組成1V、10V電壓表的倍壓電阻和 1mA、10mA的分流電阻。2. 假設(shè)根據(jù)圖1-2和圖1-3已測量出電流表

9、1mA檔和電壓表1V檔的內(nèi)阻，可否直接計(jì)算出10mA檔和10V檔的內(nèi)阻？3. 用量程為10A的電流表測實(shí)際值為 8A電流時(shí)，儀表讀數(shù)為 8.1A，求測量的絕對(duì)誤差 和相對(duì)誤差。4 如圖1-4a、b為伏安法測量電阻的兩種電路，被測電阻的實(shí)際值為R，電壓表的內(nèi)阻為Rv,電流表的內(nèi)阻為 Ra,求兩種電路測電阻 R的相對(duì)誤差。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.據(jù)表1-1和表1-2數(shù)據(jù)，計(jì)算個(gè)被測儀表的內(nèi)阻值，并與實(shí)際的內(nèi)阻值相比擬;2根據(jù)表1-3數(shù)據(jù)，計(jì)算測量的絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差；實(shí)驗(yàn)二 直流電路中電位、電壓的關(guān)系研究、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、驗(yàn)證電路中電位與電壓的關(guān)系2、掌握電路電位圖的繪制方法。二、實(shí)驗(yàn)原理在一個(gè)閉合電路中

10、，各點(diǎn)電位的上下視所選的電位參考點(diǎn)的不同而改變，但 任意兩點(diǎn)間的電位差即電壓那么是絕對(duì)的，它不因參考點(diǎn)的變動(dòng)而改變。據(jù)此 性質(zhì)，我們可用一只電壓表來測量出電路中各點(diǎn)的電位及任意兩點(diǎn)間的電壓。電位圖是一種平面坐標(biāo)一、四象限內(nèi)的折線圖，其縱坐標(biāo)為電位值，橫坐標(biāo) 為各被測點(diǎn)。要制作某一電路的電位圖，應(yīng)先以一定的順序?qū)﹄娐分懈鞅粶y點(diǎn)編 號(hào)。以圖3-1的電路為例，如圖中AF，并在坐標(biāo)軸上按順序、均勻間隔標(biāo)上A、 B、C、D E、F、A。再根據(jù)測得的各點(diǎn)電位值，在各點(diǎn)所在的垂直線上描點(diǎn)。用 直線依次連接相鄰兩個(gè)電位點(diǎn)，即得該電路的電位圖。在電位圖中，任意兩個(gè)被 測點(diǎn)的縱坐標(biāo)值之差即為兩點(diǎn)之間的電壓值。在電

11、路中電位參考點(diǎn)可任意選定。 對(duì)于不同的參考點(diǎn)，所繪出的電位圖形是不同的，但其各點(diǎn)電位變化的規(guī)律卻是 一樣的。在作電位圖或?qū)嶒?yàn)測量時(shí)必須正確區(qū)分電位和電壓的上下，按照慣例，是以 電流方向上的電壓降為正，所以，在用電壓表測時(shí)，假設(shè)儀表指針正向偏轉(zhuǎn)，那么說 明電表正極的電位高于負(fù)極的電位。、實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號(hào)名稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量備注1可調(diào)直流穩(wěn)壓電源030V或012V12直流穩(wěn)壓電源6V、12V3萬用表MF500B或 其他14直流數(shù)字毫安表15直流數(shù)子電壓表1四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容R1AE 820DR2510十U2R56SD電湛插頭電流插座圖3-1按圖3-1接線。1、分別將兩路直流穩(wěn)壓電源接入電路，令U1 = 6V，

12、U2 = 12V。先調(diào)整輸出電壓值，再接入實(shí)驗(yàn)線路中。電壓應(yīng)該用萬用表測2、以圖3-1中的A點(diǎn)作為電位的參考點(diǎn)，分別測量 B C D E、F各點(diǎn)的 電位值及相鄰兩點(diǎn)之間的電壓值 UAB UBC UCD UDE UEF及UFA數(shù)據(jù)列于表中3、以D點(diǎn)作為參考點(diǎn)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 2的測量，測得數(shù)據(jù)填入表中電位 參考占八、與UABCDEFUABUBCUCDUDEUEFUFAA計(jì)算值:測量值:相對(duì)誤 差D計(jì)算值測量值相對(duì)誤 差五、實(shí)驗(yàn)考前須知1本實(shí)驗(yàn)電路單元可設(shè)計(jì)多個(gè)實(shí)驗(yàn)，在做本實(shí)驗(yàn)時(shí)根據(jù)給出的電路圖選擇 開關(guān)位置，連本錢實(shí)驗(yàn)電路。2、測量電位時(shí)，用萬用表的直流電壓檔或用數(shù)字直流電壓表測量時(shí)，用負(fù) 表棒黑

13、色接參考電位點(diǎn)，用正表棒紅色接被測點(diǎn)，假設(shè)指針正向偏轉(zhuǎn)或顯 示正值，那么說明該點(diǎn)電位為正即高于參考點(diǎn)電位；假設(shè)指針反向偏轉(zhuǎn)或顯示負(fù) 值，此時(shí)應(yīng)調(diào)換萬用表的表棒，然后讀出數(shù)值，此時(shí)在電位值之前應(yīng)加一負(fù)號(hào)表 明該點(diǎn)電位低于參考點(diǎn)電位。六、思考題假設(shè)以F點(diǎn)為參考電位點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)測得各點(diǎn)的電位值，現(xiàn)令E點(diǎn)作為參考電位點(diǎn), 試問此時(shí)各點(diǎn)的電位值應(yīng)有何變化？ 七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制兩個(gè)電位圖形，并對(duì)照觀察各對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的電壓情 況。兩個(gè)電位圖的參考點(diǎn)不同，但各點(diǎn)的相對(duì)順序應(yīng)一致，以便對(duì)照。2、完成數(shù)據(jù)表格中的計(jì)算，對(duì)誤差作必要的分析。3、總結(jié)電位相對(duì)性和電壓絕對(duì)性的結(jié)論。實(shí)驗(yàn)三基爾霍夫定律、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

14、加深對(duì)基爾霍夫定律的理解，用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證基爾霍夫定律。2、學(xué)會(huì)用電流表測量各支路電流。二、實(shí)驗(yàn)原理1基爾霍夫電流定律KCL：基爾霍夫電流定律是電流的根本定律。即對(duì) 電路中的任一個(gè)節(jié)點(diǎn)而言，流入到電路的任一節(jié)點(diǎn)的電流總和等于從該節(jié)點(diǎn)流出 的電流總和，即應(yīng)有刀1=0。2、基爾霍夫電壓定律KVL:對(duì)任何一個(gè)閉合回路而言，沿閉合回路電壓 降的代數(shù)總和等于零，即應(yīng)有刀U=0這一定律實(shí)質(zhì)上是電壓與路徑無關(guān)性質(zhì)的 反映?；鶢柣舴蚨傻男问綄?duì)各種不同的元件所組成的電路都適用， 對(duì)線性和非線 性都適用。運(yùn)用上述定律時(shí)必須注意各支路或閉合回路中電流的正方向， 此方向 可預(yù)先任意設(shè)定。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號(hào)名稱型號(hào)與規(guī)格

15、數(shù)量備注1可調(diào)直流穩(wěn)壓電源030V或012V12直流穩(wěn)壓電源6V、12V3萬用表MF500B或其他14直流數(shù)字毫安表15直流數(shù)字電壓表1四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)線路如圖4-1。把開關(guān)K1接通U1, K2接通U2, K3接通R4就可以連 接出基爾霍夫定律的驗(yàn)證單元電路，如圖4-2。圖4-151051013E 820d 680圖4-21、 實(shí)驗(yàn)前先任意設(shè)定三條支路和三個(gè)閉合回路的電流正方向。圖4-2中的 11、I2、13的方向已設(shè)定。三個(gè)閉合回路的電流正方向可設(shè)為 ADEFA BADCB FBCEF2、分別將兩路直流穩(wěn)壓源接入電路，令 U1 = 8V，U2 = 12V。3、用電流表分別測量三條支路的電流，

16、并記錄電流值。4、用直流數(shù)字電壓表分別測量兩路電源及電阻元件上的電壓值，記錄之。被測值I1 mAI2 mAI3 mAU1(V)U2(V)UFA(V)UAB(V)UAD(V)UCD(V)UDE(V)計(jì)算值測量值相對(duì)誤差五、實(shí)驗(yàn)考前須知1所有需要測量的電壓值，均以電壓表測量的讀數(shù)為準(zhǔn)。U1 U2也需測量,不應(yīng)取電源本身的顯示值。2、防止穩(wěn)壓電源兩個(gè)輸出端碰線短路。3、所讀得的電壓或電流值的正、負(fù)號(hào)應(yīng)根據(jù)設(shè)定的電流參考方向來判斷。4、測量時(shí)，應(yīng)先估算電流、電壓的大小，以選擇適宜的量程，以免損壞電 表。5、 假設(shè)用指針式電流表進(jìn)行測量時(shí)，假設(shè)指針反偏電流為負(fù)值時(shí)，此時(shí)必須 調(diào)換電流表極性，重新測量，此時(shí)指針正偏，但讀得的電流值必須冠以負(fù)號(hào)。六、預(yù)習(xí)思考題1根據(jù)圖4-2的電路測量參數(shù)，計(jì)