電表改裝與校準

實驗十電表改裝與校準【實驗目的】1、測量表頭內阻Rg及滿度電流Ig2、掌握將100^A表頭改成較大量程的電流表和電壓表的方法3、設計一個R=10KQ的歐姆表，要求E在1.35?1.6V范圍內使用能調零4、用電阻器校準歐姆表，畫校準曲線，并根據(jù)校準曲線用組裝好的歐姆表測未知電阻5、學會校準電流表和電壓表的方法【實驗儀器】FB308型電表改裝與校準實驗儀1臺，附專用連接線等?！緦嶒炘怼侩姳碓陔妼W測量中有著廣泛的應用，因此如何了解電表和使用電表就顯得十分重要。電流計（表頭）由于構造的原因，一般只能測量較小的電流和電壓，如果要用它來測量較大的電流或電壓，就必須進行該裝，以擴大其量程。萬用表的原理就是對微安表頭進行多量程改裝而來，在電路的測量和故障檢測中得到了廣泛的應用。常見的磁電式電流計主要由放在永久磁場中的由細漆包線繞制的可以轉動的線圈、用來產(chǎn)生機械反力矩的游絲、指示用的指針和永久磁鐵所組成。當電流通過線圈時，載流線圈在磁場中就產(chǎn)生一磁力矩M，使線圈轉動并帶動指針偏轉。線圈偏轉角度的大小與線圈通過的電流大小成正比，所以可由指針的偏轉角度直接指示出電流值。一、測量量程Ig、內阻Rg電流計允許通過的最大電流稱為電流計的量程，用Ig表示，電流計的線圈有一定內阻，用Rg表示，Ig與Rg是兩個表示電流計特性的重要參數(shù)。測量內阻Rg常用方法有：半電流法（也稱中值法）。測量原理圖見圖10-1。當被測電流計接在電路中時，使電流計滿偏，再用十進位電阻箱與電流計并聯(lián)作為分流電阻改變電阻值即改變分流程度，當電流計指針指示到中間值，且總電流強度仍保持不變，顯然這時分流電阻值就等于電流計內阻。2、代替法。測量原理圖見圖10-2。當被測電流計接在電路中時，用十進位電阻箱替代它，且改變電阻值，當電路中的電壓不變時，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內阻。替代法是一種運用很廣的測量方法，具有較高的測量準確度。改裝表ER1圖10-1圖10-3改裝電流表圖10-4改裝電壓改裝表一UA_標準表仃2—I_L^|IR1E圖10-2改裝表ER1圖10-1圖10-3改裝電流表圖10-4改裝電壓二、改裝為大量程電流表根據(jù)電阻并聯(lián)規(guī)律可知，如果表頭兩端并聯(lián)上一個阻值適當?shù)碾娮鑢2,如圖10-3所示，可使表頭不能承受的那部分電流從R2上分流通過。這種由表頭和并聯(lián)電阻R2組成的整體（圖中虛線框住的部分）就是改裝后的電流表。如需將量程擴大n倍，則不難得出（10-1）R=土2n一1（10-1）圖10-3為擴流后的電流表原理圖。用電流表測量電流時，電流表應串聯(lián)在被測電路中，所以要求電流表應有較小的內阻。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。表三、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)一個阻值適當?shù)碾娮鑂M，如圖10-4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叫做擴程電阻。選取不同大小的RM，就可以得到不同量程的電壓表。由圖4可求的擴程電阻值為：Rm=U—r（10-2）g實際的擴展量程后的電壓表原理見圖10-4，用電壓表測電壓時，電壓表總是并聯(lián)在被測電路上。為了不致因為并聯(lián)了電壓表而改變電路中的工作狀態(tài)，要求電壓表應有較高的內阻。四、改裝微安表為歐姆表分壓式IB）并聯(lián)分揖或分壓式IB）并聯(lián)分揖或圖10-5歐姆表原理用來測量電阻大小的電表稱為歐姆表。根據(jù)調零方式的不同，可分為串聯(lián)分壓式和并聯(lián)分流式兩種。其原理電路圖如圖10-5所示。圖中E為電源，R3為限流電阻，RW為調“零”電位器，RX為被測電阻，R為等效表頭內阻。圖10-5（b）中，Rg與RW一起組成分流電阻。g歐姆表使用前先要調“零”點，即a、b兩點短路，（相當于RX=0），調節(jié)RW的阻值，使表頭指針正好偏轉到滿度?？梢?，歐姆表的零點是就在表頭標度尺的滿刻度（即量限）處，與電流表和電壓表的零點正好相反。在圖10-5（a）中，當a、b端接入被測電阻RX后，電路中的電流為（10-3）（10-4）（10-5）對于給定的表頭和線路來說，R、RW、R3都是常量。由此可見，當電源端電壓E保持不變時，被測電阻和電流值有一一對應的關系。即接入不同的電阻，表頭就會有不同的偏轉讀數(shù)，RX越大，電流I越小。短路a、b兩端，即RX=0時i=R+R+R（10-4）（10-5）這時指針滿偏。I=__R+Rw+R+R^2口g這時指針在表頭的中間位置，對應的阻值為中值電阻，顯然I=__R+Rw+R+R^2口g這時指針在表頭的中間位置，對應的阻值為中值電阻，顯然R^=中Rg+Rw當RX=s（相當于a、b開路）時，1=0，即指針在表頭的機械零位。所以歐姆表的標度尺為反刻度，且刻度是不均勻的，電阻R越大，刻度間隔愈密。如果表頭的標度尺預先按已知電阻值刻度，就可以用電流表來直接測量電阻了。并聯(lián)分流式歐姆表利用對表頭分流來進行調零的，具體參數(shù)可自行設計。歐姆表在使用過程中電池的端電壓會有所改變，而表頭的內阻R及限流電阻R3為常量，故要求RW要跟著E的變化而變化，以滿足調“零”的要求，設計時用可調電源模擬電池電壓的變化，范圍取1.35?1.6V即可。

【實驗方法和步驟】1、用中值法或替代法測出表頭的內阻中值法測量可參考圖10-6接線。先將E調至0V，接通E、RW，被改裝表和標準電流表后，先不接入電阻箱R，調節(jié)E中RW使改裝表頭滿偏，記住標準表的讀數(shù)，此電流即為改裝表頭的滿度電流，Ig=日A；再接入電阻箱R（圖中虛線所示）。改變R數(shù)值，使被測表頭指針從滿度100日A降低到50日A處。注意調節(jié)￡或Rw，使標準電流表的讀數(shù)保持不變。Rg=。圖10-6中值法測量表頭內阻替代法測量可參考圖10-7接線。先將E調至0V，接通E、R，被改裝表和標準電流表后，調節(jié)E中Rw使改裝表頭滿偏，記錄標準表的讀數(shù)，此值即為被改裝表頭的滿度電流，Ig=日A；再斷開接到改裝表頭的接線，轉接到電阻箱R（圖中虛線所示），調節(jié)R使標準電流表的電流保持剛才記錄的數(shù)值。這時電阻箱R的數(shù)值即為被測表頭內阻R=圖10-7替代法測量表頭內阻2、將一個量程為100日A的表頭改裝成1mA（或自選）量程的電流表

、根據(jù)電路參數(shù)，估計E值大小，并根據(jù)是①計算出分流電阻值。、參考圖10-8接線，先將E調至0V,檢查接線正確后，調節(jié)E和滑動變阻器R，使改裝表指到滿量程，這時記錄標準讀數(shù)。注意：R作為限流電阻，阻值不要調至最小值。然后每隔0.2mA逐步減小讀數(shù)直至零點，再按原間隔逐步增大到滿量程，每次記下標準表相應的讀數(shù)于表10-1。圖10-8改裝電流表表10-1改裝表讀數(shù)(日A)標準表讀數(shù)(mA)誤差△I(mA)減小時增大時平均值20406080100、以改裝表讀數(shù)為橫坐標，標準表由大到小及由小到大調節(jié)時兩次讀數(shù)的平均值為縱坐標，在坐標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)值定出改裝表的準確度等級。、重復以上步驟，將100日A表頭改成10mA表頭，可按每隔2mA測量一次(可選做)。、將R和表頭串聯(lián)，作為一個新的表頭，重新測量一組數(shù)據(jù)，并比較擴流電阻有何異向(可選做)。3、將一個量程為100A的表頭改裝成1.5V(或自選)量程的電壓表、根據(jù)電路參數(shù)估計E的大小，根據(jù)式②計算擴程電阻R的阻值，可用電阻箱R進行實驗。按圖10-9進行連線，先調節(jié)R值至最大值，"再調節(jié)E；用標準電壓表監(jiān)測到1.5V時，再調節(jié)R值，使改裝表指示為滿度。于是1.5V

電壓表就改裝好了。（2）、用數(shù)顯電壓表作為標準表來校準改裝的電壓表調節(jié)電源電壓，使改裝表指針指到滿量程（1.5），記下標準表讀數(shù)。然后每隔0.3V逐步減小改裝讀數(shù)直至零點，再按原間隔逐步增大到滿量程，每次記下標準表相應的讀數(shù)于表10-2：圖10-9改裝電壓表表10-2改裝表讀數(shù)（V）標準表讀數(shù)（V）誤差4U(V)減小時增大時平均值0.30.60.91.21.5（3）、以改裝表讀數(shù)為橫坐標，標準表由大到小及由小到大調節(jié)時兩次讀數(shù)的平均值為縱坐標，在坐標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)值定出改裝的準確度等級。（4）、重復以上步驟，將100RA表頭改成10V表頭，可按每隔2V測量一次（可選做）。（5）、將Rg和表頭串聯(lián)，作為一個新的表頭，重新測量一組數(shù)據(jù)，并比較擴程電阻有何異同（可選做）。4、改裝歐姆表及標定表面刻度（1）、根據(jù)表頭參數(shù)I和R以及電源電壓E，選擇Rw為4.7kQ，R3為10k。（2）、按圖10-10進行連線。調節(jié)電源E=1.5V，短路a、b兩接點，調R*

表頭指示為零。如此，歐姆表的調零工作即告完成。、測量改裝成的歐姆表的中值電阻。如圖10-10中虛線所示，將電阻箱R(即RX)接于歐姆表的a、b測量端，調節(jié)R，使表頭指示到正中，這時電阻箱R的數(shù)值即為中值電阻，R中.取電阻箱的電阻為一組特定的數(shù)值RX.，讀出相應的偏轉格數(shù)。利用所得讀數(shù)RXi、div繪制出改裝歐姆表的標度盤。|電壓選肆電壓調節(jié)I直盅電瓦渡表10-3E=V，R=Q電壓選肆電壓調節(jié)I直盅電瓦渡RXiQ)5R中1R4中3/2RR,中中2R中3R中4R中5R中偏轉格數(shù)、確定改裝歐姆表的電源使用范圍。短接a，b兩測量端，將工作電源放在0?2V一檔，調節(jié)E=1V左右，先將Rw逆時針調低，調節(jié)E直至表頭滿偏，記錄E1值；接著將R順時針調到低，再調節(jié)E直至表頭滿偏，記錄E2值，E1~e2值就是歐姆表的電源使用范圍。按圖10-5(b)進行連線，設計一個并聯(lián)分流式歐姆表并進行連線、測量。試與串聯(lián)分壓式歐姆表比較，有何異同(可選做)?！舅伎碱}】1、測量電流計內阻應注意什么？是否還有別的辦法來測定電流計內阻？能否用歐姆定律來進行測定？能否用電橋來進行測定？2、設計R中=10kQ的歐姆表，現(xiàn)有兩塊量程為100rA的電流表，其內阻分別為2500。和1000。，你認為選哪塊比較好？3、若要求制作一個線性量程的歐姆表，有什么方法可以實現(xiàn)？［附錄］FB308型電表改裝與校準實驗儀技術說明儀器采用組合式設計，包括工作電源、標準電表、被改裝表、調零電路和電阻箱等電路和元件。通過學生自己連線，可以將指針式微安表改裝成不同量程的電流表、電壓表和歐姆表。該儀器具有使用和管理方便，又能培養(yǎng)學生實際動手能力的特點。一、儀器主要參數(shù)1、電壓源該一起電壓源設計有0?2V、0?10V兩檔，輸出電壓連續(xù)可調，用按鈕開關轉換，輸出電壓值用指針式電壓表監(jiān)測，電壓表的滿度值與量程開關同步。2、被改裝電表：采用寬表面表頭，量程100日A，內阻約1.6kQ，精度1.5級3、標準電壓表：量程20V，41位數(shù)字式電壓表，精度0.1%24、標準電流表：分為三個量程：200日A，2mA，20mA，4：位數(shù)字式電流表，精度0.1%，用按鈕開關轉換量程。5、電阻箱R：0?111111Q，分辨率0.1Q二、使用注意事項1、儀器內部有限流保護措施，但工作時盡可能避免工作電源短路（或近似短路），以免造成儀器元器件等不必要的損失。2、實驗時應注意電壓源的輸出量程選擇是否正確，0?10V量程一般只用于電壓表改裝，其余電流表及歐姆改裝建議選用0?2V量程。3、儀器采用開放式設計，在連