電表改裝與校準(zhǔn)

實(shí)驗(yàn)十電表改裝與校準(zhǔn)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、測(cè)量表頭內(nèi)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(shè)計(jì)一個(gè)R=10KQ的歐姆表，要求E在1.35?1.6V范圍內(nèi)使用能調(diào)零4、用電阻器校準(zhǔn)歐姆表，畫(huà)校準(zhǔn)曲線，并根據(jù)校準(zhǔn)曲線用組裝好的歐姆表測(cè)未知電阻5、學(xué)會(huì)校準(zhǔn)電流表和電壓表的方法【實(shí)驗(yàn)儀器】FB308型電表改裝與校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)儀1臺(tái)，附專(zhuān)用連接線等。【實(shí)驗(yàn)原理】電表在電學(xué)測(cè)量中有著廣泛的應(yīng)用，因此如何了解電表和使用電表就顯得十分重要。電流計(jì)（表頭）由于構(gòu)造的原因，一般只能測(cè)量較小的電流和電壓，如果要用它來(lái)測(cè)量較大的電流或電壓，就必須進(jìn)行該裝，以擴(kuò)大其量程。萬(wàn)用表的原理就是對(duì)微安表頭進(jìn)行多量程改裝而來(lái)，在電路的測(cè)量和故障檢測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。常見(jiàn)的磁電式電流計(jì)主要由放在永久磁場(chǎng)中的由細(xì)漆包線繞制的可以轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈、用來(lái)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(guò)線圈時(shí)，載流線圈在磁場(chǎng)中就產(chǎn)生一磁力矩M，使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)。線圈偏轉(zhuǎn)角度的大小與線圈通過(guò)的電流大小成正比，所以可由指針的偏轉(zhuǎn)角度直接指示出電流值。一、測(cè)量量程Ig、內(nèi)阻Rg電流計(jì)允許通過(guò)的最大電流稱(chēng)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(cè)量?jī)?nèi)阻Rg常用方法有：半電流法（也稱(chēng)中值法）。測(cè)量原理圖見(jiàn)圖10-1。當(dāng)被測(cè)電流計(jì)接在電路中時(shí)，使電流計(jì)滿偏，再用十進(jìn)位電阻箱與電流計(jì)并聯(lián)作為分流電阻改變電阻值即改變分流程度，當(dāng)電流計(jì)指針指示到中間值，且總電流強(qiáng)度仍保持不變，顯然這時(shí)分流電阻值就等于電流計(jì)內(nèi)阻。2、代替法。測(cè)量原理圖見(jiàn)圖10-2。當(dāng)被測(cè)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(cè)電流計(jì)內(nèi)阻。替代法是一種運(yùn)用很廣的測(cè)量方法，具有較高的測(cè)量準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(gè)阻值適當(dāng)?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(guò)。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(kuò)大n倍，則不難得出（10-1）R=土2n一1（10-1）圖10-3為擴(kuò)流后的電流表原理圖。用電流表測(cè)量電流時(shí)，電流表應(yīng)串聯(lián)在被測(cè)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。表三、改裝為電壓表一般表頭能承受的電壓很小，不能用來(lái)測(cè)量較大的電壓。為了測(cè)量較大的電壓，可以給表頭串聯(lián)一個(gè)阻值適當(dāng)?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(kuò)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(kuò)程電阻值為：Rm=U—r（10-2）g實(shí)際的擴(kuò)展量程后的電壓表原理見(jiàn)圖10-4，用電壓表測(cè)電壓時(shí)，電壓表總是并聯(lián)在被測(cè)電路上。為了不致因?yàn)椴⒙?lián)了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。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(lái)測(cè)量電阻大小的電表稱(chēng)為歐姆表。根據(jù)調(diào)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(diào)“零”電位器，RX為被測(cè)電阻，R為等效表頭內(nèi)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(diào)“零”點(diǎn)，即a、b兩點(diǎn)短路，（相當(dāng)于RX=0），調(diào)節(jié)RW的阻值，使表頭指針正好偏轉(zhuǎn)到滿度?？梢?jiàn)，歐姆表的零點(diǎn)是就在表頭標(biāo)度尺的滿刻度（即量限）處，與電流表和電壓表的零點(diǎn)正好相反。在圖10-5（a）中，當(dāng)a、b端接入被測(cè)電阻RX后，電路中的電流為（10-3）（10-4）（10-5）對(duì)于給定的表頭和線路來(lái)說(shuō)，R、RW、R3都是常量。由此可見(jiàn)，當(dāng)電源端電壓E保持不變時(shí)，被測(cè)電阻和電流值有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。即接入不同的電阻，表頭就會(huì)有不同的偏轉(zhuǎn)讀數(shù)，RX越大，電流I越小。短路a、b兩端，即RX=0時(shí)i=R+R+R（10-4）（10-5）這時(shí)指針滿偏。I=__R+Rw+R+R^2口g這時(shí)指針在表頭的中間位置，對(duì)應(yīng)的阻值為中值電阻，顯然I=__R+Rw+R+R^2口g這時(shí)指針在表頭的中間位置，對(duì)應(yīng)的阻值為中值電阻，顯然R^=中Rg+Rw當(dāng)RX=s（相當(dāng)于a、b開(kāi)路）時(shí)，1=0，即指針在表頭的機(jī)械零位。所以歐姆表的標(biāo)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(biāo)度尺預(yù)先按已知電阻值刻度，就可以用電流表來(lái)直接測(cè)量電阻了。并聯(lián)分流式歐姆表利用對(duì)表頭分流來(lái)進(jìn)行調(diào)零的，具體參數(shù)可自行設(shè)計(jì)。歐姆表在使用過(guò)程中電池的端電壓會(huì)有所改變，而表頭的內(nèi)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(diào)“零”的要求，設(shè)計(jì)時(shí)用可調(diào)電源模擬電池電壓的變化，范圍取1.35?1.6V即可。

【實(shí)驗(yàn)方法和步驟】1、用中值法或替代法測(cè)出表頭的內(nèi)阻中值法測(cè)量可參考圖10-6接線。先將E調(diào)至0V，接通E、RW，被改裝表和標(biāo)準(zhǔn)電流表后，先不接入電阻箱R，調(diào)節(jié)E中RW使改裝表頭滿偏，記住標(biāo)準(zhǔn)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(cè)表頭指針從滿度100日A降低到50日A處。注意調(diào)節(jié)￡或Rw，使標(biāo)準(zhǔn)電流表的讀數(shù)保持不變。Rg=。圖10-6中值法測(cè)量表頭內(nèi)阻替代法測(cè)量可參考圖10-7接線。先將E調(diào)至0V，接通E、R，被改裝表和標(biāo)準(zhǔn)電流表后，調(diào)節(jié)E中Rw使改裝表頭滿偏，記錄標(biāo)準(zhǔn)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(kāi)接到改裝表頭的接線，轉(zhuǎn)接到電阻箱R（圖中虛線所示），調(diào)節(jié)R使標(biāo)準(zhǔn)電流表的電流保持剛才記錄的數(shù)值。這時(shí)電阻箱R的數(shù)值即為被測(cè)表頭內(nèi)阻R=圖10-7替代法測(cè)量表頭內(nèi)阻2、將一個(gè)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(jì)E值大小，并根據(jù)是①計(jì)算出分流電阻值。、參考圖10-8接線，先將E調(diào)至0V,檢查接線正確后，調(diào)節(jié)E和滑動(dòng)變阻器R，使改裝表指到滿量程，這時(shí)記錄標(biāo)準(zhǔn)讀數(shù)。注意：R作為限流電阻，阻值不要調(diào)至最小值。然后每隔0.2mA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10-1。圖10-8改裝電流表表10-1改裝表讀數(shù)(日A)標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)(mA)誤差△I(mA)減小時(shí)增大時(shí)平均值20406080100、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)確度等級(jí)。、重復(fù)以上步驟，將100日A表頭改成10mA表頭，可按每隔2mA測(cè)量一次(可選做)。、將R和表頭串聯(lián)，作為一個(gè)新的表頭，重新測(cè)量一組數(shù)據(jù)，并比較擴(kuò)流電阻有何異向(可選做)。3、將一個(gè)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(jì)E的大小，根據(jù)式②計(jì)算擴(kuò)程電阻R的阻值，可用電阻箱R進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。按圖10-9進(jìn)行連線，先調(diào)節(jié)R值至最大值，"再調(diào)節(jié)E；用標(biāo)準(zhǔn)電壓表監(jiān)測(cè)到1.5V時(shí)，再調(diào)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(biāo)準(zhǔn)表來(lái)校準(zhǔn)改裝的電壓表調(diào)節(jié)電源電壓，使改裝表指針指到滿量程（1.5），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10-2：圖10-9改裝電壓表表10-2改裝表讀數(shù)（V）標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)（V）誤差4U(V)減小時(shí)增大時(shí)平均值0.30.60.91.21.5（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)值定出改裝的準(zhǔn)確度等級(jí)。（4）、重復(fù)以上步驟，將100RA表頭改成10V表頭，可按每隔2V測(cè)量一次（可選做）。（5）、將Rg和表頭串聯(lián)，作為一個(gè)新的表頭，重新測(cè)量一組數(shù)據(jù)，并比較擴(kuò)程電阻有何異同（可選做）。4、改裝歐姆表及標(biāo)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(jìn)行連線。調(diào)節(jié)電源E=1.5V，短路a、b兩接點(diǎn)，調(diào)R*

表頭指示為零。如此，歐姆表的調(diào)零工作即告完成。、測(cè)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(cè)量端，調(diào)節(jié)R，使表頭指示到正中，這時(shí)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(yīng)的偏轉(zhuǎn)格數(shù)。利用所得讀數(shù)RXi、div繪制出改裝歐姆表的標(biāo)度盤(pán)。|電壓選肆電壓調(diào)節(jié)I直盅電瓦渡表10-3E=V，R=Q電壓選肆電壓調(diào)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(zhuǎn)格數(shù)、確定改裝歐姆表的電源使用范圍。短接a，b兩測(cè)量端，將工作電源放在0?2V一檔，調(diào)節(jié)E=1V左右，先將Rw逆時(shí)針調(diào)低，調(diào)節(jié)E直至表頭滿偏，記錄E1值；接著將R順時(shí)針調(diào)到低，再調(diào)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(jìn)行連線，設(shè)計(jì)一個(gè)并聯(lián)分流式歐姆表并進(jìn)行連線、測(cè)量。試與串聯(lián)分壓式歐姆表比較，有何異同(可選做)。【思考題】1、測(cè)量電流計(jì)內(nèi)阻應(yīng)注意什么？是否還有別的辦法來(lái)測(cè)定電流計(jì)內(nèi)阻？能否用歐姆定律來(lái)進(jìn)行測(cè)定？能否用電橋來(lái)進(jìn)行測(cè)定？2、設(shè)計(jì)R中=10kQ的歐姆表，現(xiàn)有兩塊量程為100rA的電流表，其內(nèi)阻分別為2500。和1000。，你認(rèn)為選哪塊比較好？3、若要求制作一個(gè)線性量程的歐姆表，有什么方法可以實(shí)現(xiàn)？［附錄］FB308型電表改裝與校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)儀技術(shù)說(shuō)明儀器采用組合式設(shè)計(jì)，包括工作電源、標(biāo)準(zhǔn)電表、被改裝表、調(diào)零電路和電阻箱等電路和元件。通過(guò)學(xué)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(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的特點(diǎn)。一、儀器主要參數(shù)1、電壓源該一起電壓源設(shè)計(jì)有0?2V、0?10V兩檔，輸出電壓連續(xù)可調(diào)，用按鈕開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換，輸出電壓值用指針式電壓表監(jiān)測(cè)，電壓表的滿度值與量程開(kāi)關(guān)同步。2、被改裝電表：采用寬表面表頭，量程100日A，內(nèi)阻約1.6kQ，精度1.5級(jí)3、標(biāo)準(zhǔn)電壓表：量程20V，41位數(shù)字式電壓表，精度0.1%24、標(biāo)準(zhǔn)電流表：分為三個(gè)量程：200日A，2mA，20mA，4：位數(shù)字式電流表，精度0.1%，用按鈕開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換量程。5、電阻箱R：0?111111Q，分辨率0.1Q二、使用注意事項(xiàng)1、儀器內(nèi)部有限流保護(hù)措施，但工作時(shí)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(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)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(kāi)放式設(shè)計(jì)，在連