《大學(xué)物理實驗》第四部分 物理實驗中的基本測量方法儀器簡介

PAGEPAGE83第３章基本測量方法和常用儀器3.1物理實驗中的基本測量方法物理實驗方法是以一定的物理現(xiàn)象、物理規(guī)律和物理學(xué)原理為依據(jù)，確立合適的物理模型，研究各物理量之間關(guān)系的科學(xué)實驗方法?，F(xiàn)代的物理實驗離不開定量的測量和計算。所以，實驗方法包含測量方法和數(shù)據(jù)處理方法兩個方面，它們既有區(qū)別又有聯(lián)系。本節(jié)主要介紹基本測量方法。物理測量是泛指以物理理論為依據(jù)，以實驗裝置和實驗技術(shù)為手段進行測量的過程，內(nèi)容非常廣泛。它包括對運動力學(xué)量、分子力學(xué)量、熱學(xué)量、電學(xué)量和光學(xué)量的測量等等。測量的方法和分類的方法也很多，如以內(nèi)容來分，可分為電量測量和非電量測量；按測量性質(zhì)來分，可分為直接測量、間接測量和組合測量；根據(jù)測量過程中被測量是否隨時間變化來分，可分為靜態(tài)測量和動態(tài)測量；根據(jù)是否通過對基本量的測量得到測量數(shù)據(jù)來分，可分為絕對測量和相對測量；若從特定的測量方法來細(xì)分，就有諸如干涉法、衍射法、偏振法、電橋法、沖擊法、冷卻法、霍爾效應(yīng)法、核磁共振法等等。本節(jié)主要介紹的測量方法是進行物理實驗的思想方法，而不是指非常具體的測量過程與方式。學(xué)習(xí)并掌握好這些基本的實驗思想方法，能幫助我們進行實驗方案的選擇、實驗測試的進行，有助于學(xué)習(xí)、工作與科學(xué)研究的開展和科學(xué)能力的提高。3.1.1比較法3.1.1.1直接比較法圖3-1-2電圖3-1-2電位圖3-1-1惠斯登電橋3.1.1.2補償平衡比較法平衡測量、補償測量或示零測量是物理實驗與科學(xué)研究中常用的測量方法。例如：用等臂天平稱物體的質(zhì)量是一種平衡測量。又如圖3-1-1所示的惠斯登電橋測量電阻，從原理上講，也是一種平衡測量，因為只有當(dāng)電橋平衡時（電流計示零）才能得出(3-1-1)從而計算出。圖3-1-2所示的是電位差計測電池電動勢的基本電路，則是補償測量的一個典型例子。合上電鍵，調(diào)節(jié)，使電阻絲上通有特定電流，然后合上電鍵，在上滑動觸頭，使電流計示零，則待測電動勢被電勢差所補償，這時(3-1-2)圖3-1-1以上兩例均在電流計的指針示零時獲得測量結(jié)果，所以又可稱為示零測量。經(jīng)過補償達到平衡的比較實驗方法的最大優(yōu)點是平衡時，電表（平衡臂）示零，對被測物理量的影響最小，故大大提高了測量的精確度。圖3-1-1圖3-1-3圖3-1-3比較法測電表內(nèi)阻的電路圖我國古代少年曹沖用船稱象是一例典型的替代比較法。在現(xiàn)代測量技術(shù)中，當(dāng)某些物理量無法直接比較時，往往利用物理量之間的函數(shù)關(guān)系制成相應(yīng)的儀表、儀器進行比較測量，例如糖量計、比重計、密度計等。圖3-1-3所示是用替代比較法測電表內(nèi)阻的電路圖。將置于1處，合上，調(diào)節(jié)使安培表指針指在較大示值處（同時注意表頭指針不能超過量程），然后斷開（為了保護安培表），將置于2處，再合上，調(diào)節(jié)原先處在最低阻值上的，使安培表指示值不變，此時，代替了表頭內(nèi)阻，若為電阻箱，則可直接讀得。在進行替代比較法測量時，要特別注意“不同時”的替代比較，在異時比較時必須是以實驗條件的穩(wěn)定性為基礎(chǔ)。3.1.2放大法將被測物理量按照一定規(guī)律加以放大后進行測量的方法，稱為放大法。這種方法對于微小物理量或?qū)ξ锢砹康奈⑿∽兓康臏y量是十分有效的。例如，用秒表測單擺的周期，手按秒表起、止“反應(yīng)時”給測量帶來的不確定度0.2s，若周期2s，則10％，測量的相對不確定度很大。如果用秒表連續(xù)測量100個周期，時間為200s，而反應(yīng)時的不確定度仍為0.2s，此時0.1％，提高了測量的準(zhǔn)確度。這種在不改變待測物理量性質(zhì)的條件下，將待測量延展若干倍，以增加待測量有效數(shù)字的位數(shù)，減小其測量相對不確定度的方法是放大法的一種特例，這種方法也叫測量寬度延展法。放大法按性質(zhì)可分為兩大類：=1\*GB2⑴直接放大。借助于光學(xué)實驗中的放大鏡（例如測微目鏡）、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡等將被測量本身加以放大而實現(xiàn)測量的，屬于直接放大測量。=2\*GB2⑵間接放大。將所要觀測的對象通過某種原理和關(guān)系變換成另一個擴大了的現(xiàn)象進行測量的，屬于間接放大測量。比如光杠桿放大法就是一種間接放大。放大法提高了實驗的可觀察性和測量的準(zhǔn)確度，是一種十分有用的實驗方法，對微小量的觀測具有重要意義。放大法按放大原理可分為：機械放大法、積累（或累計）放大法、光學(xué)放大法、電子學(xué)放大法等。3.1.2.1機械放大法測量微小長度與角度時，為了提高測量讀數(shù)的精度，常將其最小刻度用游標(biāo)、螺距的方式進行機械放大。圖3-1-4中螺旋測微計主刻度上最小標(biāo)度0.5mm以下讀數(shù)，可通過轉(zhuǎn)動微分套筒放大讀出，精度達到0.01mm（原理與讀數(shù)方法詳見下節(jié)3.2.1圖3-1-4圖3-1-4螺旋測微計主刻度圖3-1-5干涉條紋間距圖3-1-6微小張角我們要測量如圖3-1-5所示的干涉條紋間距的數(shù)量級為，為了減小測量的相對誤差，一般不是一個間隔一個間隔地去測量，而是測量若干個條紋的總間距。例如0.040mm,所用量具誤差為0.00圖3-(3-1-3)即為10％。若采用放大法測量個條紋的總間距，則4.000cm,(3-1-4)圖3-1-7平行平面鏡裝置即圖3-1-7平行平面鏡裝置3.1.2.3光學(xué)放大法光學(xué)放大法有兩種，一種是被測物通過光學(xué)儀器形成放大的像，以便觀察判別。例如：常用的測微目鏡、讀數(shù)顯微鏡。另一種是通過測量放大的物理量來獲得本身較小的物理量。例如：我們要測如圖3-1-6所示的對的微小張角，可利用三角函數(shù)關(guān)系，,測出和即可求得。但、也是微小量，若放大為測量相應(yīng)的或，則在使用同樣量具的情況下，相對誤差可大為減小，越長相對誤差越小。因此，常常利用光學(xué)平面鏡多次反射來衍射光程。例如：測量激光束的發(fā)散角，常用如圖3-1-7所示的平行平面鏡裝置，使發(fā)散角較小的激光束在兩鏡間多次反射后射出，再測量其光斑大小。又如：測量長度微小變化和測量角度微小變化的光杠桿鏡尺法，也是一種常用的光學(xué)放大法。（詳見4.）3.1.2.4電子學(xué)放大法圖3-1-8共發(fā)射極三極管放大電路圖圖3-1-8共發(fā)射極三極管放大電路圖3-1-9三極管原理圖交流電壓由基極和發(fā)射極之間輸入時，在輸出端就可獲得放大一定倍數(shù)的交流電壓。其基本原理是利用半導(dǎo)體結(jié)特性實現(xiàn)基極對集電極電流的控制作用。圖3-1-9中的三極管，是由兩個結(jié)構(gòu)成，、間的發(fā)射結(jié)所加的是正向偏置電壓，使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子——電子加速進入基區(qū)；間的集電結(jié)加的是反向偏轉(zhuǎn)電壓，它阻止集電區(qū)電子向基區(qū)擴散，但對基區(qū)內(nèi)的電子則是一個加速電壓，發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子（少數(shù)部分）不斷地與基區(qū)空穴“復(fù)合”，形成基極電流，大多數(shù)電子經(jīng)兩次加速向集電區(qū)擴散，形成集電極電流，基極電流的微小變化將引起集電極電流很大的變化，從而實現(xiàn)放大作用。3.1.3轉(zhuǎn)換法轉(zhuǎn)換法就是將某些因條件所限不能直接測量的物理量或為提高某些待測物理量的測量準(zhǔn)確度，而將其轉(zhuǎn)換成另一種形式的物理量的實驗方法。它是利用物理量之間的各種效應(yīng)和函數(shù)關(guān)系利用變換原理進行測量的。由于物理量之間存在多種效應(yīng)，所以有各種不同的轉(zhuǎn)換測量法，這正是物理實驗最富有啟發(fā)性和開創(chuàng)性的一面。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，物理實驗方法滲透到各學(xué)科領(lǐng)域，實驗物理學(xué)也不斷地向高精度、寬量程、快速測量、遙感測量和自動化測量的方向發(fā)展，這一切都與轉(zhuǎn)換測量緊密相關(guān)。轉(zhuǎn)換法大致可分為參量換測法和能量換測法兩大類。3.1.3.1參量換測法利用各種參量在一定實驗條件下的相互關(guān)系而實現(xiàn)待測量轉(zhuǎn)換的測量方法稱為參量換測法。物理實驗中的間接測量都屬于參量換測法測量。例如：測量某非規(guī)則形狀物體的密度，可將參量先利用阿基米德定律轉(zhuǎn)換為：(為物重，為物體全浸入密度為的液體中的示重），則(3-1-5)（、分別表示被測物體在空氣中和全浸沒在液體中時物理天平的示值）。3.1.3.2能量換測法能量換測法是利用傳感器將一種類型的物理量轉(zhuǎn)換成另一種類型的易于測量的物理量的測量方法。下面是幾種比較典型的能量換測法。1.熱電換測。這是一種將熱學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的測量方法。例如：利用溫差電動勢原理，將溫度的測量轉(zhuǎn)換成熱電偶的溫差電動勢的測量，或利用電阻隨溫度變化的規(guī)律將測溫轉(zhuǎn)換成對電阻的測量。2.壓電換測。這是一種壓力和電勢間的變換，話筒和揚聲器就是大家所熟悉的換能器。話筒把聲波的壓力變換為相應(yīng)的電壓變化，而揚聲器則進行相反的轉(zhuǎn)換，即把變化的電信號轉(zhuǎn)換成聲波。3.光電換測。這是一種將光通量變換為電量的換能器，其變換的原理是光電效應(yīng)。轉(zhuǎn)換元件有光電管、光電倍增管、光電池、光敏二極管、光敏三極管等。各種光電轉(zhuǎn)換器件在測量和控制系統(tǒng)中已獲得相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，近年來又用于光通訊系統(tǒng)和計算機的光電輸入設(shè)備（光纖）等等。4.磁電換測。這是利用半導(dǎo)體霍爾效應(yīng)進行磁學(xué)量與電學(xué)量的轉(zhuǎn)換測量。設(shè)計或采用某種轉(zhuǎn)換測量方法應(yīng)注意下列原則：=1\*GB2⑴、首先要確定變換原理和正確的參量關(guān)系式；=2\*GB2⑵、變換器（傳感器）要有足夠的輸出量和穩(wěn)定性，便于放大或傳輸；=3\*GB2⑶、考慮在變換過程中是否還伴隨其他效應(yīng)，若有，則必須采取補償或消除措施；=4\*GB2⑷、要考慮變換系統(tǒng)和測量過程的可行性和積極效益。3.1.4模擬法在科學(xué)實驗和工程技術(shù)中，常會遇到一些由于各種原因而難以直接進行測量和研究的問題。例如：許多復(fù)雜電極間的靜電場分布；飛機在空中高速飛行時的動力學(xué)特性；對大型工程及設(shè)計方案的考核與測試（水利工程、電力工程、機場工程等等）；為解決此類問題，人們以相似理論為依據(jù)模仿實際情況，研制成一個類同于研究對象的物理現(xiàn)象或過程的模型，通過對模型的測試實現(xiàn)對研究對象進行研究和測量，這種方法稱為“模擬法”。模擬實驗的方法按其性質(zhì)可分為以下幾種類型：1.幾何模擬：將所研究對象的實物按幾何尺寸放大或縮小的模型實驗；2.動力學(xué)相似模擬：在物理性質(zhì)上取得相同效果的實物模型實驗；3.替代或類比模擬：利用物理量之間物理性質(zhì)或規(guī)律的相似性或等同性進行的模擬實驗；4.計算機模擬：用計算機模擬演示研究對象的物理現(xiàn)象或過程；5.電路上的模擬試驗：將一些非電學(xué)量的變化用電路系統(tǒng)的電學(xué)參量進行模擬。例如力——電模擬，聲——電模擬等。以上所述的四種基本測量方法，在物理實驗中都得到廣泛的應(yīng)用。實際上，在物理實驗中，還有許多種測量方法,如:交換法、線性外推極限法、對稱測量法、干涉法等等，各種方法往往是相互滲透、聯(lián)系綜合使用的，無法截然分開，同學(xué)們在進行實驗時，應(yīng)認(rèn)真思考，仔細(xì)分析，并不斷總結(jié)，以逐步積累豐富的實驗知識和經(jīng)驗。3.2物理實驗常用儀器3.2.1長度的測量儀器3.2.11.用米尺測量長度時，一般先使米尺的零線與被測物體的一端對齊，那么跟被測物體另一端相合的刻度即為該物體的長度。由于有些米尺的兩端常被磨損，所以測量時，一般可從刻度線以外的某一整刻度線量起，測得終點的刻度減去起點的刻度即為待測物體的長度。2.普通米尺的最小刻度是1毫米，測量時應(yīng)估讀到0.1毫米。3.為避免米尺刻度的不均勻性，測量時應(yīng)選取不同的起點進行多次測量，然后取平均值。4.為避免讀數(shù)時的誤差，應(yīng)將米尺貼近待測物，使刻度與被測物垂直。3.2.1.2游標(biāo)卡尺游標(biāo)卡尺又叫卡尺或游標(biāo)尺。它可以用來測量物體的長、寬、高、深和圓環(huán)的內(nèi)、外徑，測量的準(zhǔn)確度至少可達0.1毫米。它的游標(biāo)原理在很多儀器上得到應(yīng)用1.構(gòu)造游標(biāo)卡尺的構(gòu)造和組成部件如圖3-2-1所示，它主要由主尺（最小刻度為毫米），以及套在主尺上的可滑動的游標(biāo)（付尺）組成。測量內(nèi)徑用鉗口、，測量外徑用、，為探尺可測孔的深度。圖3-2-1游標(biāo)卡尺當(dāng)主尺與游標(biāo)的零刻線對齊時，、兩對鉗口恰相吻合，探尺與主尺末端相平。若將待測物（圖3-2-1中用圓圈表示者）夾于之間，則此時物體的長度等于主尺的零刻度線與游標(biāo)的零刻度線之間的距離。旋轉(zhuǎn)游標(biāo)上方的螺絲可以用來把游標(biāo)夾緊在主尺上，便于量具移離被測物后進行讀數(shù)。圖3-2-1游標(biāo)卡尺2.原理如果用表示主尺上最小分度的長度，用表示游標(biāo)的分度數(shù)，并且取個游標(biāo)分度與主尺個最小分度的總長相等，即：,則每一個游標(biāo)分度的長度(3-2-1)這樣，主尺最小分度與游標(biāo)分度的長度差值為(3-2-2)這個差數(shù)剛好就是游標(biāo)分度數(shù)除主尺的最小分度的長度。在測量時，如果游標(biāo)的條刻線與主尺上的刻線對齊，那么游標(biāo)零線與主尺上左邊的相鄰刻線的距離就是(3-2-3)根據(jù)上面的關(guān)系，對于任何一種游標(biāo)，只要弄清了它的分度數(shù)與主尺最小分度的長度，就可以直接利用它來讀數(shù)。圖3-2-2圖3-2-2游標(biāo)卡尺讀數(shù)游標(biāo)卡尺有10分度的、20分度的、30分度的、50分度的等等，它們的原理和讀數(shù)方法都是一樣的。在游標(biāo)卡尺上讀數(shù)，利用游標(biāo)至少可以直接讀出毫米以下一位小數(shù)而不必估計。在10分度的游標(biāo)中，10個游標(biāo)分度的總長剛好與主尺上9個最小分度的總長相等，即等于9毫米。這樣每個游標(biāo)分度之長是0.9毫米，每個游標(biāo)分度比主尺上的最小分度短0.1毫米。當(dāng)游標(biāo)對在主尺上某一位置時（如圖3-2-2），毫米以下的整數(shù)部分y可以從主尺上直接讀出。在圖3-2-2中y=21mm。讀毫米以下小數(shù)部分時應(yīng)細(xì)心尋找游標(biāo)上哪一根線與主尺上的刻度線對得最齊。例如，在圖3-2-2中是第6根線對得最齊。從圖上可以看出，要讀的就是6個主尺分度與6個游標(biāo)分度之差。因為6個主尺分度之長是6毫米，6個游標(biāo)分度之長是6×0.9毫米，故因此圖中所示讀數(shù)為：游標(biāo)卡尺測量長度的普遍表達式為(3-2-4)式中：是游標(biāo)的“0”線所在處主尺上刻度的整毫米數(shù)，是游標(biāo)的第條線與主尺的某一條線重合，是最小分度值。4.游標(biāo)卡尺使用注意事項⑴、使用前應(yīng)首先看清該尺的游標(biāo)準(zhǔn)確度。⑵、測量時切勿用力過猛，以免損傷鉗口或使物體變形。用完后應(yīng)放回盒內(nèi)，不允許放在潮濕的地方。長期不用，應(yīng)該用脫水黃油封存。⑶、零點不準(zhǔn)是用久的游標(biāo)卡尺常有的，這種尺如果還要繼續(xù)使用，則在讀數(shù)前應(yīng)先確定零點修正值。修正值可正可負(fù)：如果鉗合時，游標(biāo)0刻線在主尺0刻線的左方，說明在0時，尺上已有示數(shù)存在，為修正值，修正值應(yīng)加到讀數(shù)上去。相反的情況，修正值則應(yīng)從讀數(shù)中減去。3.2.1.3螺旋測微計螺旋測微計也稱螺紋千分尺。它是比游標(biāo)卡尺更精確的儀器，在實驗室中常用它來測量小球的直徑、金屬絲的直徑和薄板的厚度等，它的準(zhǔn)確度一般為0.01。1.構(gòu)造如圖3-2-3，在螺旋測微計上有一弓形尺架“1”，在它的兩端安裝了測砧和測微螺桿。螺旋測微計的主要部分是測微螺旋，它由一根精密的測微螺桿“5”和螺母套管“10”（其螺距是0.5毫米）組成，測微螺桿“5”的后端還帶一個具有50分度的微分筒“8”（付尺）。固定的套管“7”上標(biāo)有毫米分度的主尺，圓管內(nèi)壁有陰螺紋，測微螺桿“5”上有陽螺紋，付尺套在主尺上，他們通過測微螺桿尾部的精密螺旋相聯(lián)系，在靠近尾部有一個棘輪“9”，是一個測力裝置。2.原理圖3-2-4螺旋測微計讀數(shù)圖3-2-3螺旋測微計1—尺架；２—測砧測量面Ａ；３—待測物體；４—螺桿測量面Ｂ；５—測微螺桿；６—鎖緊裝置；７—固定套管；８—微分筒；９—測力裝置；１０—螺母套管。當(dāng)微分筒“8”圖3-2-4螺旋測微計讀數(shù)圖3-2-3螺旋測微計1—尺架；２—測砧測量面Ａ；３—待測物體；４—螺桿測量面Ｂ；５—測微螺桿；６—鎖緊裝置；７—固定套管；８—微分筒；９—測力裝置；１０—螺母套管。3.測量與讀數(shù)測量物體尺寸時，應(yīng)先將測微螺桿“5”退開，把待測物體“3”放在測量面之間然后輕輕轉(zhuǎn)動測力裝置“9”，使測桿和測砧的測量面剛好與物體接觸，這時在固定套管“7”的標(biāo)尺（主尺）上和微分筒錐面上的讀數(shù)就是待測物體的長度。讀數(shù)時，應(yīng)從主尺上讀整數(shù)部分（讀到半毫米），從微分筒上讀小數(shù)部分（估計到最小分度的十分之一，即千分之一毫米），然后兩者相加。例如圖3-2-4（b）中的讀數(shù)是5.381mm；圖3-2-4（c）中的讀數(shù)是5.881mm4.注意事項=1\*GB2⑴零點改正值。當(dāng)螺旋測微計的測量面密合，也就是測量距離為零時，微分筒的零線往往不與主尺的橫線重合，而是有一定的讀數(shù)，該讀數(shù)即為零點讀數(shù)。當(dāng)微分筒零線在主尺橫線下方時，改正值為正，當(dāng)付尺零線在主尺橫線上方時，改正值為負(fù)。螺旋測微計的零點校正經(jīng)常采用的方法是通過調(diào)整測微絲桿上的限位螺母，再旋進鼓輪，觀察零點，反復(fù)多次，務(wù)必細(xì)心、耐心。⑵細(xì)調(diào)必須用測力裝置“9”。當(dāng)分別與待測物接觸時，受到一定阻力，“9”就會自動打滑，發(fā)出咔咔聲，此聲表示測砧與待測物的接觸“緊”“松”適當(dāng)，此時可以讀數(shù)了。嚴(yán)禁用旋轉(zhuǎn)“8”使測砧測量面直接或間接接觸，否則會使測微螺桿的精密螺紋受到嚴(yán)重?fù)p傷，以致量具報廢，或使待測物受壓力過大而變形，影響測量的準(zhǔn)確性。⑶使用完畢，應(yīng)使測量面留有1mm以上的間隙，以免熱膨脹時損壞測微螺桿。長期不用，應(yīng)該用脫水黃油封存。3.2.1.4讀數(shù)顯微鏡讀數(shù)顯微鏡是一種光學(xué)測量儀器，具有準(zhǔn)確度高、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、應(yīng)用廣泛以及可進行非接觸測量等優(yōu)點，可用來測量長度（測量孔間距、線間距、刻線寬度和狹縫寬度等）,測量角度（可測角度的讀數(shù)顯微鏡，其載物臺是一帶有刻度的轉(zhuǎn)盤）,檢查工件質(zhì)量（檢查工件表面的光潔度，檢查印刷照相制版的質(zhì)量等），在光學(xué)實驗中還可用來確定實像位置和測定實像的大小，確定虛像的位置和虛像的大小。1.結(jié)構(gòu)讀數(shù)顯微鏡由一只顯微鏡和移動測量裝置組成，如圖3-2-5所示。顯微鏡裝在一個較精密的移動裝置上，使之能夠在垂直光軸的一定方向移動，移動的距離可以從讀數(shù)裝置讀出。顯微鏡由目鏡、分劃板和短焦距物鏡組成。目鏡可相對于分劃板上下移動，以適應(yīng)不同視力的觀察者看清分劃板的準(zhǔn)絲。鏡筒可上下移動改變物鏡與待測物的距離，使被觀察目標(biāo)在分劃板上成像清晰。分劃板刻有十字叉絲，作為讀數(shù)準(zhǔn)線。圖3-2-圖3-2-6圖3-2-51.微分鼓輪；2.標(biāo)尺；3.物鏡；4.平面鏡；5.調(diào)平面鏡手輪；6.載物臺；7.彈簧壓片8.調(diào)焦手輪；9.目鏡。2.原理讀數(shù)顯微鏡成像光路原理如圖3-2-6所示。待測物體經(jīng)物鏡成一個放大實像于分劃板上，通過目鏡能看到和分劃板準(zhǔn)絲的放大虛像。由于采用了螺旋測微機構(gòu)，顯微鏡移動距離可以從標(biāo)尺和測微鼓輪上讀出，標(biāo)尺刻度長0～50mm，格值1mm。測微旋鈕的螺距為1mm，微分鼓輪圓周分成100個分格，每轉(zhuǎn)一分格，顯微鏡移動0.01mm。讀數(shù)顯微鏡主要技術(shù)規(guī)格如表3-2-1：表3-2-1JCD2－A/JCD3型讀數(shù)顯微鏡光學(xué)性能物鏡放大倍數(shù)3×測量范圍50mm工作距離54.06mm目鏡放大倍數(shù)10×最小讀數(shù)值0.01mm視場直徑4.8mm顯微鏡放大倍數(shù)30×儀器公差0.02mm3.測量與讀數(shù)⑴、調(diào)節(jié)目鏡視度。調(diào)節(jié)目鏡筒，看清叉絲。⑵、將被測工件放在載物臺上，用彈簧片壓住。⑶、調(diào)焦。轉(zhuǎn)動調(diào)焦手輪，由下至上移動顯微鏡筒，改變物鏡到被測工件的距離，看清工件像，并消除視差。⑷、轉(zhuǎn)動微分鼓輪，橫向移動顯微鏡，使叉絲的焦點和被測量的目標(biāo)對準(zhǔn)。⑸、讀數(shù)。從標(biāo)尺上讀出毫米以上整數(shù)部分，從鼓輪讀出毫米以下的讀數(shù)部分，再估讀到毫米的千分位，然后再轉(zhuǎn)動微分鼓輪移動顯微鏡，使叉絲交點和工件的另一目標(biāo)對準(zhǔn)然后讀數(shù)，兩次讀數(shù)之差即為被測工件兩點間的距離。4.注意事項⑴測量時應(yīng)使十字叉絲的水平線保持與標(biāo)尺平行，十字叉絲的垂直線作為讀數(shù)準(zhǔn)線；可借助于水平準(zhǔn)絲放置被測長度與標(biāo)尺平行，為此需調(diào)節(jié)分劃板十字準(zhǔn)線的水平線與標(biāo)尺平行。調(diào)節(jié)方法如下：由于十字叉絲中心交點的運動軌跡總是平行于標(biāo)尺的，所以需要在載物臺上平行于標(biāo)尺置一直線參照物（如整齊的紙邊、尺刃、狹縫邊等）。從顯微鏡中觀察，調(diào)節(jié)參照物使準(zhǔn)線交點落在參照直線上。轉(zhuǎn)動鼓輪移動顯微鏡筒，檢查準(zhǔn)線交點的運動是否始終沿著參照直線，若有差異，則應(yīng)微小轉(zhuǎn)動參照物，反復(fù)檢查調(diào)整直到準(zhǔn)線交點始終沿著參照直線移動，旋松鎖定目鏡的螺釘，轉(zhuǎn)動目鏡，使分劃板準(zhǔn)線的橫線與參照直線重合，最后再鎖定目鏡。⑵、調(diào)焦時，顯微鏡只能自下向上移動，以防止物鏡或待測物損壞。⑶、為了消除螺距誤差（即空程差），采用單方向移動顯微鏡測微鼓輪進行測量。全部測量過程中，叉絲只能從一個方向移向目標(biāo)，不要中途反向。這是因為顯微鏡的移動是靠測微螺桿的推動，螺紋之間有間隙，反向移動過程中，雖然鼓輪讀數(shù)發(fā)生了變化，但由于螺紋間隙存在，顯微鏡尚未移動，由此產(chǎn)生的讀數(shù)錯誤就是螺距差。3.2.1.5測微目鏡1.結(jié)構(gòu)測微目鏡主要由復(fù)合目鏡、螺桿、讀數(shù)鼓輪、活動分劃板等組成，如圖3-2-7所示。圖3-2-7圖3-2-71.復(fù)合目鏡；2.活動分劃板；3..測微螺桿；4.讀數(shù)鼓輪；5.固定分劃板；6.固定螺絲；7.鏡筒鎖緊螺絲；8.望遠(yuǎn)鏡物鏡筒。測微目鏡是利用螺旋測微原理測量成像于其分劃板上的像的大小的儀器。旋轉(zhuǎn)鼓輪，通過傳動絲桿可推動活動分劃板左右移動?；顒臃謩澃迳峡逃须p線和叉絲，其移動方向垂直于目鏡的光軸，固定分劃板上刻有毫米標(biāo)度線。測微器鼓輪刻有100分格，每轉(zhuǎn)一圈，活動分格移動1毫米。其讀數(shù)方法與螺旋測微計相似，雙線或者叉絲交點位置的毫米數(shù)由固定分劃板上讀出，毫米以下的讀數(shù)由測微器鼓輪上讀出，最小分度值為0.01mm。3.測量與讀數(shù)⑴、目鏡可在架上前后調(diào)節(jié)，改變目鏡和叉絲的距離以適應(yīng)不同使用者眼睛的差異，調(diào)節(jié)時要使叉絲和固定分劃板的毫米標(biāo)度線均在目鏡視野中最清楚。⑵、被測量的像應(yīng)在叉絲平面上。判斷方法是：移動眼睛，看叉絲和物像有無相對移動，即消除視差。⑶、測量時轉(zhuǎn)動鼓輪推動活動分劃板，使叉絲的交點或雙線依次與被測像兩端重合，得到首尾兩個讀數(shù)，其差值即為被測像尺寸。4.使用及注意事項測量時應(yīng)注意使鼓輪沿一個方向移動，中途不能反轉(zhuǎn)，以避免空程差。移動活動分劃板的同時，一定要注意觀察叉絲位置，不能使它移出毫米標(biāo)度線的范圍之外。3.2.2質(zhì)量的測量儀器3.2.2.1物理天平的結(jié)構(gòu)及其主要參數(shù)1.結(jié)構(gòu)圖3-2-8物理天平物理天平是物理實驗中常用的一般準(zhǔn)確度的天平，它是利用杠桿原理稱衡質(zhì)量的儀器。其構(gòu)造如圖圖3-2-8物理天平天平的底座后面有一只腳，前面有兩只調(diào)節(jié)螺絲。支柱垂直地固定在底座上，支柱正面下方裝有一刻度牌，支柱內(nèi)有一升降桿，桿頂是一塊有凹槽的瑪瑙板，桿底有升降手輪。橫梁的正中下沿連著一根長指針，指針上固定有感量砣，梁中心嵌有鋼制中央刀刃，當(dāng)它擱在瑪瑙板上時形成杠桿的支點，橫梁的兩臂對稱，其兩端各裝有刃口向上的刀刃一只，以托承秤盤鉤（鉤上有一瑪瑙板，用以套在刀刃上），秤盤鉤下各懸掛一秤盤。橫梁的上述三個刀刃位于同一平面內(nèi)，以形成等臂直杠桿。2.主要參數(shù)物理天平的主要參數(shù)有：⑴、最大稱量最大稱量是指天平允許稱量的最大質(zhì)量。有500克、1000克、5000克等。⑵、感量（分度值）感量就是天平的指針從標(biāo)度口上零點平衡位置轉(zhuǎn)過一個最小分格時，天平兩稱盤上的質(zhì)量差，又稱為分度值。靈敏度是感量的倒數(shù)，感量越小，天平的靈敏度越高。常見天平感量有50mg、100mg等。物理天平儀器誤差通常取感量的一半。3.2.2.2物理天平的調(diào)節(jié)當(dāng)順時針旋轉(zhuǎn)手輪時，帶動升降桿上升，橫梁的中央刀刃擱在瑪瑙板上，橫梁兩端的刀刃也承擔(dān)起秤盤的重量，天平就靈敏地擺動起來，這叫作起動。反之，當(dāng)逆時針轉(zhuǎn)動手輪時，橫梁下降，并落在直立柱上方的止動架上，這稱為制動。為了保持稱量前天平的平衡狀態(tài)，天平上裝有兩個調(diào)節(jié)裝置。支柱的垂直調(diào)節(jié)和兩臂的平衡調(diào)節(jié)。前者靠調(diào)節(jié)螺絲及垂線準(zhǔn)星；后者靠橫梁兩端的平衡螺母，在起動狀態(tài)中觀察中央指針是否在0刻度線左右對稱擺動。物理天平的調(diào)節(jié)步驟是：1.首先調(diào)節(jié)支柱鉛直。2.其次把游碼撥到零刻度，使橫梁處于起動狀態(tài)，觀察中央指針的擺動情況，然后使天平處于制動狀態(tài)，微調(diào)平衡螺母，再起動觀察，再制動微調(diào)，如此反復(fù)多次，直至平衡。3.一般左盤放被測物，右盤放砝碼，二者都應(yīng)放在盤正中央。4.用鑷子從大至小逐個更換砝碼以逐漸逼近所測物的質(zhì)量。更換砝碼時須使天平處于制動狀態(tài)，取回的砝碼應(yīng)放回砝碼盒內(nèi)原位置。5.最后，利用橫梁上的游碼，直至取得平衡。游碼讀數(shù)應(yīng)估讀一位。砝碼的總和加上游碼所指數(shù)值之和即為被測物的質(zhì)量。3.2.2.3物理天平的使用注意事項1.使用前應(yīng)從銘牌上了解該天平的性能。在測量中，根據(jù)天平的感量可以幫助我們迅速地找到應(yīng)增加的砝碼數(shù)。如已知某天平的感量為100毫克／格，在稱量時，如果指針停在零線右方2格處，這說明右盤輕，可以估計應(yīng)再增加200毫克左右。2.保護好刀刃和砝碼。為此，起落動作要慢，用后必須使天平處于制動狀態(tài)，砝碼不可遺失，不能用手拿，以防銹蝕。圖3-2-9圖3-2-9SJ9-1型多功能電子秒表4.酸、堿、油脂或其他化學(xué)藥物不能直接放在秤盤上。3.2.3時間的測量儀器3.2.3.1秒表秒表是測量時間用的計量器具。分機械式和電子式秒表兩種。數(shù)字式電子秒表具有準(zhǔn)確度高、功能多、功耗低，結(jié)構(gòu)簡單和維修方便等優(yōu)點。SJ9-1型多功能電子秒表如圖3-2-9所示。1.秒表能顯示時、分、秒、1/100秒，它由8位數(shù)字組成。計數(shù)時，秒表指示符號閃爍；計時停止，它也停止閃爍，并呈顯示狀態(tài)。分標(biāo)（′）和秒標(biāo)（″）在計數(shù)時呈顯示狀態(tài)，而在分段計時時則閃爍。秒表各按鈕的作用見圖3-2-9和表3-2-2。2.秒表的用途⑴、基本秒表顯示：當(dāng)S3在秒表狀態(tài)時，應(yīng)先使它復(fù)零，按S1開始計數(shù)，再按S4即復(fù)零。⑵、累計及時：按一下S1秒表計數(shù)開始，再按一下S1秒表計數(shù)停止。若再按一下S1則累加計數(shù)，如此可以重復(fù)斷續(xù)累加。⑶、取樣：按一下S1秒表計數(shù)開始，再按一下S4，液晶顯示器上的數(shù)字立刻停止，并出現(xiàn)“SPLIT”記號，而秒表指示符號仍在閃動，分標(biāo)（′）和秒標(biāo)（″）都同樣閃爍。這時數(shù)字即為取樣計時，要取消這個取樣“SPLIT”，再按一下S4即可。⑷分段計時：第一次按下S1，秒表開始計秒。當(dāng)?shù)谝淮伟聪耂4時，表面上出現(xiàn)“SPLIT”，并顯示一個數(shù)，而秒表內(nèi)部繼續(xù)在計數(shù)，秒表指示符號分標(biāo)和秒標(biāo)都同時閃爍。當(dāng)?shù)诙伟聪耂1時，秒表停止計數(shù)，秒表指示符號分標(biāo)和秒標(biāo)都停止閃爍。記下表面的數(shù)據(jù)后，再按一下S4出現(xiàn)第二次計時的數(shù)據(jù)，再按一下S4秒表則復(fù)零。表3-2-2秒表各按鈕的作用按紐按紐按紐按紐啟動／停止響鬧指示開關(guān)音響開關(guān)調(diào)整調(diào)整位置調(diào)整位置分段計時／復(fù)零12小時和24小時選擇3.使用注意事項⑴、數(shù)字秒表使用溫度范圍為10℃～40⑵、使用時避免震動、暴曬，避免浸水。⑶、使用及保存時應(yīng)避免與腐蝕性物質(zhì)接觸。3.2.3.2JSJ-3A多功能數(shù)字毫秒計1.原理JSJ-3A多功能數(shù)字毫秒計是用石英晶體振蕩分頻作時基脈沖，電脈沖頻率穩(wěn)定在10KHz，即每秒鐘內(nèi)準(zhǔn)確產(chǎn)生一萬個脈沖，用這些脈沖在開始計數(shù)和停止計數(shù)的時間間隔內(nèi)去推動計數(shù)器計數(shù)。一個脈沖一個數(shù)，任何兩個相鄰脈沖的時間間隔為萬分之一秒，即0.1ms。故通過計數(shù)器所記的數(shù)字，就可以測出從“計”到“停”這段時間的長短，并有數(shù)碼顯示裝置直接顯示。2.使用方法控制計數(shù)器“計”、“?！钡霓k法有“機控”和“光控”兩類?！皺C控”用機械接觸開關(guān)的通斷來控制；“光控”是通過光電信號來控制，分S1、S2兩檔：置于“S1”檔時，毫秒計顯示出兩只光敏管中的任意一只光照被檔的時間；置于“S2”檔時，遮擋一下一只光敏管，計數(shù)器開始計數(shù)，再遮擋一下任一只光敏管，計數(shù)器就停止計數(shù)，毫秒計顯示兩次遮擋光敏管的時間間隔。用“光控”時，儀器設(shè)有“手動復(fù)位”和“自動復(fù)位”。手動復(fù)位需按面板上的復(fù)位按鈕，數(shù)碼管顯示的數(shù)字全部恢復(fù)為零。自動復(fù)位是指數(shù)字顯示一段時間后就自行消失，恢復(fù)為零，調(diào)節(jié)“復(fù)位延時”旋鈕可改變顯示時間的長短。儀器上還有時基信號選擇開關(guān)，根據(jù)測量需要選擇0.1ms、1ms、10ms。如果數(shù)碼管顯示數(shù)字為4211，那么，在“0.1ms”一檔時，便讀作421.1毫秒，即0.4211秒；在“1ms”檔時，便讀作4211毫秒，即4.211秒；在“10ms”檔時，便讀作42110毫秒，即42.11秒。3.注意事項：⑴、愛護儀器，不要隨意撥弄旋鈕，不隨意拔下導(dǎo)線插頭。⑵、認(rèn)清儀器面板上按鈕、旋鈕、開關(guān)和插孔的用途。⑶、打開儀器電源開關(guān)，數(shù)碼管應(yīng)全部點亮。當(dāng)開關(guān)置于“光控”和S2檔時，用紙片遮擋任一只光敏管，計數(shù)器不斷計數(shù)，再遮擋一下，計數(shù)器停止計數(shù)。按下復(fù)位按鈕，顯示數(shù)字恢復(fù)為零，表示儀器工作正常。3.2.3.3計時、計數(shù)、測速儀1.儀器特點本儀器以單片微機為核心，配有合理的控制程序，具有計時、加速度、碰撞、重力加速度、周期、計數(shù)、信號源功能。它能與氣墊導(dǎo)軌、自由落體儀等多種儀器配合使用。2.面板各部分的作用MUJ-5B計時、計數(shù)、測速儀面板圖如圖3-2-10所示。圖3-2-10MUJ-5B計時、計數(shù)、測速儀面板圖功能鍵：如按下功能鍵前，光電門遮過光，則清“0”，功能復(fù)位。若光電門沒遮過光圖3-2-10MUJ-5B計時、計數(shù)、測速儀面板圖取數(shù)鍵：在計時1（S1）、計時2（S2）、周期（T）功能時，儀器可自動存入前20個測量值，按下取數(shù)鍵，可顯示存入的值。當(dāng)顯“E×”，提示將顯示存入的第×值。在顯示存入值過程中，按下功能鍵，會清除已存入的數(shù)值。轉(zhuǎn)換鍵：在計時、加速度、碰撞功能時，按下轉(zhuǎn)換鍵小于1s，測量值在時間或速度之間轉(zhuǎn)換。按下轉(zhuǎn)換鍵大于1s可重新選擇您所用的擋光片寬度1.0cm、3.0cm、5.0cm電磁鐵開關(guān)鍵：按動此間可改變電磁鐵的吸合（鍵上方發(fā)光管亮）、放開（鍵上方發(fā)光管暗）。3.儀器使用與操作當(dāng)使用的擋光片與您用轉(zhuǎn)換鍵設(shè)定的擋光片寬度應(yīng)一致。（僅顯示時間時可忽略此項）=1\*GB2⑴、計時1（S1）:測量對任一光電門的擋光時間，可連續(xù)測量。自動存入前20個數(shù)據(jù)，按下取數(shù)鍵可查看。=2\*GB2⑵、計時2（S2）:測量光電門兩次擋光的間隔時間，可連續(xù)測量。自動存入前20個數(shù)據(jù)，按下取數(shù)鍵可查看。=3\*GB2⑶、加速度（a）:測量帶凹形擋光片的滑行器，通過兩個光電門的速度及通過兩光電門這段路程的時間，可接如2～4個光電門,顯示器依次顯示所需數(shù)據(jù)。=4\*GB2⑷、碰撞（Pzh）：等質(zhì)量、不等質(zhì)量碰撞。在P1、P2口各接一只光電門，兩只滑行器上裝好相同寬度的凹形擋光片和碰撞彈簧，讓滑行器從氣軌兩端向中間運動，各自通過一個光電門后相撞，碰撞完畢，可以自動顯示數(shù)據(jù)。=5\*GB2⑸重力加速度（g）：將電磁鐵插入P1光電門插口，兩個光電門插入P2光電門插口，電磁鐵開關(guān)鍵上方發(fā)光管亮?xí)r，吸上小鋼球；按電磁鐵開關(guān)鍵，小鋼球下落（同步計時），到小鋼球前沿遮住光電門（記錄時間）。按功能鍵或按電磁鐵開關(guān)鍵，儀器可自動清“0”，電磁鐵吸合。重力加速度的測量方法，還可用計時2（S2）功能測量。=6\*GB2⑹、周期（T）：測量單擺振子或彈簧振子1～9999周期的時間?？蛇x用以下二種方法。不設(shè)定周期數(shù)：在周期顯示為0時，每完成一個周期，顯示周期數(shù)會加1。按下轉(zhuǎn)換鍵即停止測量。顯示最后一個周期數(shù)約1秒后，顯示累計時間值。按取數(shù)鍵，可提取單個周期的時間值。設(shè)定周期數(shù)：按下轉(zhuǎn)換鍵不放，確認(rèn)到您所需周期數(shù)時放開此鍵即可。（只能設(shè)定100以內(nèi)的周期數(shù)。）每完成一個周期，顯示周期數(shù)會自動減1，當(dāng)最后一次遮光完成，顯示累計時間值。按取數(shù)鍵可顯示本次實驗（最多前20個周期）每個周期的測量值，如顯示E2（表示第二個周期），×××××（第二個周期的時間）……。待運動平穩(wěn)后，按功能鍵，即可重新開始測量。=7\*GB2⑺計數(shù)（J）：測量光電門的遮光次數(shù)。=8\*GB2⑻信號源（XH）：將信號源輸出插頭，插入信號源輸出插口，可在插頭上測量本機輸出時間間隔為0.1ms、1ms、10ms、100ms、1000ms的電信號，按轉(zhuǎn)換鍵可改變電信號的頻率。如果測試信號誤差較大，請檢查本儀器地線與測試儀器地線是否相連接。4.儀器的自檢、調(diào)整和維護本機具有自檢功能。按住取數(shù)鍵不放，再開啟電源開關(guān)，數(shù)碼管顯示“２２２２２”、“５５５５５”發(fā)光二極管全亮，顯示20.47ms。說明儀器程序，光電門輸入工作正常。若整機無計時功能，請檢查光電門是否正常。5.注意事項=1\*GB2⑴、測量時間小于1ms或大于99.999s,按轉(zhuǎn)換鍵想轉(zhuǎn)換為速度時，只顯示0.0.0.0.,表示超范圍測量。=2\*GB2⑵、當(dāng)做完實驗后，請關(guān)閉儀器電源開關(guān)。=3\*GB2⑶、請避免使儀器接近太陽光，因為這將影響儀器的性能。3.2.4溫度的測量儀器3.2.4.1常用溫度計簡介1.液體溫度計液體溫度計的構(gòu)造如圖3-2-11所示，一玻璃管下端接一球泡，球泡中盛液體（工作物質(zhì)如水銀、乙醇等）。玻璃管中央連接球泡的是一內(nèi)徑均勻的毛細(xì)管。液體受熱后，在毛細(xì)管中升高。其升高與降低的距離與冷熱程度成正比，則從管壁的標(biāo)度就可以讀出相應(yīng)的溫度值。2.半導(dǎo)體溫度計半導(dǎo)體熱敏電阻，當(dāng)其溫度升高，阻值則下降。如果已知它的阻值隨溫度變化的曲線，以后只要測出它的阻值，便可查出相應(yīng)的溫度。半導(dǎo)體溫度計是將半導(dǎo)體熱敏電阻連接在一惠斯登電橋線路中，采用非平衡法測量溫度。圖3-2-12是半導(dǎo)體溫度計原理圖，是熱敏電阻（感溫元件）。是電表，溫度值是用電流的大小來反映。3.熱電偶溫度計熱電偶溫度計又稱溫差電偶溫度計。熱電偶是由兩種不同材料的金屬絲所組成，如圖3-2-13所示。如果兩種不同材料的接觸點處溫度不同，則在A、B兩點間會產(chǎn)生溫差電動勢，它的大小與組成熱電偶的兩種材料性質(zhì)和兩接觸點之間的溫度差（）有關(guān)。由于熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、熱容量小、測量溫度范圍寬等特點，它廣泛用于溫度精密測量、高溫測量和自動控制電路中。圖3-2-13中粗、細(xì)線分別代表兩種不同的金屬材料。由兩種材料a、b組成的熱電偶，當(dāng)兩節(jié)點分別放在溫度為和處時，如果溫差電動勢和溫度差之間的關(guān)系已知，且已知一個接點處溫度的數(shù)值，即在測量出溫度差后就能確定另一個節(jié)點的數(shù)值。通常選用冰、水混合物作為參考點（00C），另一點放在待測溫度處。在一般情況下采用價格低廉、溫差電動勢較大的銅－康銅等材料。溫差電動勢用電位差計或數(shù)字毫伏表測量。溫差電動勢和溫度差的對應(yīng)關(guān)系表在有關(guān)手冊中圖3-2-11液體溫度計圖3-2-12圖3-2-11液體溫度計圖3-2-12半導(dǎo)體溫度計原理電路圖圖3-2-13熱電偶溫度計3.2.5電流、電壓和電阻的測量儀器3.2.5.1電流的測量儀器1.常用電流表簡介⑴、磁電系直流電流表。它是由一只磁電式表頭和測量線路組成的。該類儀器準(zhǔn)確度較高、靈敏度高、功耗小、刻度均勻、但過載能力較差。工作原理詳見4.12一節(jié)。⑵、電磁系電流表。它是由一只電磁式表頭和測量線路組成的。電磁系電流表可直接測量大電流，過載能力強，結(jié)構(gòu)簡單，交、直流兩用，但刻度不均勻、功耗較大、靈敏度較低，可測10-2A～102A⑶、電動系電流表。它是由一只電動式表頭和測量線路組成的。電動系電流表準(zhǔn)確度高，可用于交、直流測量，靈敏度高，但刻度不均勻，過載能力差，易受外磁場干擾，量限為10-1A～1A，準(zhǔn)確度可達2.指針式檢流計指針式檢流計是磁電式電表的一種，它主要作為零電流指示器。指針式檢流計的主要特征是指針零點在刻度的中央，便于檢測出不同方向的直流電流。⑴、檢流計的外形見圖3-2-14（a），在無電流流入時，其指針位于中央位置（指針指零）。當(dāng)電流從“＋”接線柱流入，指針向“＋”方偏轉(zhuǎn)（說明“＋”接線柱電位比“－”接線柱高）；當(dāng)電流從“－”接線柱流入時，指針向“－”方偏轉(zhuǎn)（說明“－”接線柱電位比“＋”接線柱高）。(a)檢流計外形(a)檢流計外形(b)檢流計的保護電路圖3-2-14圖3-2-15光標(biāo)檢流計的測量機構(gòu)1.活動線圈；2.懸絲；3.反射鏡。圖3-2-16AC15光標(biāo)檢流計結(jié)構(gòu)示意圖1.玻璃標(biāo)尺；2.反射鏡；3.小燈泡；4.透鏡；5.光闌；6.透鏡；7.反射鏡；8.活動線圈；9.反射鏡；10.懸絲。⑵、為了保護電表，以免超載損壞，在電表內(nèi)部配置有保護裝置。圖3-2-14（a）中的“1”，“2”和“G”三個按鈕，就是這種保護裝置，其電路如圖3-2-14（b）所示。圖中檢流計為44C2型，量程為-50～0～+50μA，電流常數(shù)為2μA/小格，內(nèi)阻1.8KΩ，保護電阻98KΩ,8.2KΩ。根據(jù)計算可知，當(dāng)輸入端的電壓5V時，接通開關(guān)1，確保檢流計不超載；當(dāng)5V時，接通開關(guān)2，檢流計不會超載。由此得到指針式檢流計使用規(guī)則：使用時先按按鈕“1”，在指針無顯著偏轉(zhuǎn)的情況下，再按按圖3-2-15光標(biāo)檢流計的測量機構(gòu)1.活動線圈；2.懸絲；3.反射鏡。圖3-2-16AC15光標(biāo)檢流計結(jié)構(gòu)示意圖1.玻璃標(biāo)尺；2.反射鏡；3.小燈泡；4.透鏡；5.光闌；6.透鏡；7.反射鏡；8.活動線圈；9.反射鏡；10.懸絲。３.直流輻射式檢流計⑴、概述直流輻射式檢流計是一種測量微弱電流（10-8A～10-11圖3-2-15為光標(biāo)檢流計的測量機構(gòu)示意圖。圖3-2-16為光標(biāo)檢流計的結(jié)構(gòu)示意圖，為了提高其靈敏度，應(yīng)用光杠桿放大原理，讓光標(biāo)經(jīng)過多次反射后再在標(biāo)度尺上指示被測值。這樣經(jīng)過多次反射的檢流計稱為“直流輻射式檢流計”。AC15型直流輻射式檢流計測量機構(gòu)的基本工作原理是：活動線圈放置在軟鐵所制成的鐵心及永久磁鐵中間，當(dāng)有電流經(jīng)過導(dǎo)電游絲、拉絲和線圈時，通電線圈與永久磁鐵磁場間相互作用，使檢流計活動部分產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn)動，其偏轉(zhuǎn)的角度與通過線圈的電流值、拉絲及導(dǎo)電游絲的反作用力矩有關(guān)。檢流計磁系統(tǒng)是由永久磁鐵、磁軛、鐵心所組成。在檢流計活動部分上裝有一面小平面鏡，一面球面反射鏡及一面反射鏡進行反射，所以使得有可能在一個體積較小的外殼內(nèi)制成高靈敏度而又便攜的檢流計。檢流計照明系統(tǒng)有變壓器，電壓標(biāo)志片電源開關(guān)等，可直接應(yīng)用電壓6.3V的螺口燈泡，當(dāng)“220V”電源插口接上220V電壓時，電源開關(guān)置于“6V”處，電源接通。它固定的方法是通過球形的燈座被夾緊在照明器的外殼的圓筒內(nèi)，所以照明燈能在很廣的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動以便對光。檢流計裝有零點調(diào)節(jié)器及標(biāo)盤活動調(diào)零器。零點調(diào)節(jié)器為零點粗調(diào)，標(biāo)盤活動調(diào)零器為零點細(xì)調(diào)。此調(diào)整器能保證檢流計在水平位置向任何方向傾斜5度時，能將指示器調(diào)整在標(biāo)度尺零位上。檢流計有一個用來接屏蔽的接線柱，能很有效地消除寄生電動勢和漏電對測量結(jié)果的影響。檢流計配有分流器，測量時應(yīng)從檢流計最低靈敏度開始，如偏轉(zhuǎn)不大，則可逐步地轉(zhuǎn)到高靈敏度測量。0.01檔為最低靈敏度檔。⑵、技術(shù)性能AC15型直流檢流計共有六種不同性能的系列產(chǎn)品，它的主要技術(shù)數(shù)據(jù)列于表3-2-3⑶、使用方法及注意事項①按照表3-2-3②在測量中如需要屏蔽時，可用絕緣物（有機玻璃、硬橡膠板）將檢流計墊起，并將檢流計外殼上專用的屏蔽端鈕接以屏蔽。③當(dāng)檢流計指示器搖晃不停時，可用短路電鍵使檢流計受到阻尼，在改變電路時也必須使檢流計處于短路狀態(tài)，在使用結(jié)束和移動時，均應(yīng)將檢流計處于短路狀態(tài)。（分流器開關(guān)應(yīng)放短路檔）。④在接通電源時，應(yīng)使電源開關(guān)所指示的位置與所使用的點源電壓值一致。（特別注意不要將220V電源插入6V插座內(nèi)）。⑤如使用檢流計的地方有輕微振動時，可把檢流計放在海面橡皮襯墊的厚鐵板上進行工作。⑥如發(fā)現(xiàn)標(biāo)尺上找不到光點影象時，可將檢流計輕微擺動，如有光點影象掃掠，則可調(diào)節(jié)零點調(diào)節(jié)器，將光點調(diào)至標(biāo)度尺上，如無光點影象掃掠，則可檢查燈泡是否燒壞。表3-2-3AC15型直參數(shù)測量電位檢流計型號AC15/1AC15/2AC15/3AC15/4AC15/5AC15/6“－”-1“－”-2不大于內(nèi)阻歐姆1.5K500100503050500外臨界電阻歐姆100K10K1K5004050010K分度值安/分度3×10-101.5×10-93×10-95×10-91×10-85×10-91.5×10-9臨界阻尼時間秒4⑦每個檢流計已經(jīng)經(jīng)過對光調(diào)整好，更換燈泡以后還需進行對光。⑧實驗應(yīng)遵循條件：一是周圍空氣溫度為+20℃±5℃即相對濕度小于80﹪；二是除地磁場外實際上不應(yīng)有磁鐵性物質(zhì)及外磁場；三是周圍環(huán)境不應(yīng)有振動。4．AC5型直流檢流計⑴概述AC5型檢流計供各種直流電橋、電位差及其它儀器作零位指示之用。它主要有接線柱端鈕與外電路連接，有“粗”、“細(xì)”按鈕供接通檢流計用，“短路”旋鈕可以調(diào)整電氣零位，背面有電池盒，供裝9V6F22型疊層電池，電源開關(guān)供電池通斷用?！敖拥亍毖b置是檢流計在使用過程中由于較大靜電影響而不能正常工作時，用于接地以消除影響。⑵技術(shù)性能該檢流計為滿足不同平衡電路之要求制成下列各種型式，其主要技術(shù)參數(shù)如下表3-2-4所示，表中“量程”一欄是鎖定“粗”按鈕時的參數(shù)，如果按下“細(xì)”⑶、使用方法及注意事項=1\*GB3①使用時，先在電池盒中裝入電池，將檢流計與外電路連接，打開電源開關(guān)，用“調(diào)零”旋鈕將指針調(diào)到零位，然后按下“粗”按鈕，檢流計即被接入電路進行“粗”測量，然后按下“細(xì)”按鈕進行測量，“細(xì)”按鈕為電流實際值，如需長時間將檢流計接入電路，可將按鈕轉(zhuǎn)一角度，使其鎖住即可。=2\*GB3②該檢流計在周圍溫度5℃—35℃，相對溫度≤80%環(huán)境下使用。=3\*GB3③使用時，如需要檢流計短路，可按下“短路”按鈕。=4\*GB3④檢流計使用完畢后，應(yīng)放松按鈕，關(guān)掉電源。如長時間不使用，應(yīng)取出電池。=5\*GB3⑤檢流計應(yīng)保管在周圍空氣溫度10℃—35℃，相對濕度在80%以下的倉庫中，空氣中不應(yīng)有可致腐蝕性的有害雜質(zhì)。表3-2-4參數(shù)型號量程（μA）電阻（≦Ω）電流分度值（≦A/div）阻尼時間（≤S）AC5—1±300101.2×10－３2.5AC5—2±100504×10－６AC5—3±301001.2×10－６AC5—4±105004×10－７AC5—5±310001.2×10－７AC5—6±150004×10－８AC5—7±0.1120004×10－９5.沖擊電流計⑴、概述沖擊電流計是一種測量短時間內(nèi)電量流過電路的儀器。使用時將它串聯(lián)到待測電路中。沖擊電流計的線圈是一個橫向尺寸大于縱向尺寸的矩形框。這種線圈有較大的轉(zhuǎn)動慣量和較大的自由轉(zhuǎn)動周期。如果線圈中通以電流，則它所受到的磁力矩：（3-2-5)式中為線圈所在處的磁感應(yīng)強度，、分別為線圈的匝數(shù)和面積，a、b分別為線圈的寬和長。若有一個持續(xù)時間的瞬時電流流過線圈，線圈將受到?jīng)_量矩的作用，即有（3-2-6)式中是在時間內(nèi)流過沖擊電流計的電量。按照角動量原理，線圈受沖量矩作用后角動量將發(fā)生變化，且有等式式中為線圈的轉(zhuǎn)動慣量，分別為沖量矩作用前、后線圈的轉(zhuǎn)動角速度。因為測量前已將線圈調(diào)節(jié)到平衡狀態(tài)，即（這是使用沖擊電流計的前提條件），故有(3-2-7)獲得了轉(zhuǎn)動角速度的線圈具有轉(zhuǎn)動動能，并使線圈轉(zhuǎn)動一個角度（是偏轉(zhuǎn)的最大角度）。在線圈轉(zhuǎn)動時，其動能逐漸變?yōu)閼医z的扭轉(zhuǎn)位能。如果忽略空氣的摩擦阻力和線圈回路在磁極間轉(zhuǎn)動時受到的電磁阻尼作用，則機械能守恒定律成立，即(3-2-8)式中為懸絲的扭轉(zhuǎn)彈性系數(shù)。由(3-2-7)和(3-2-8)圖3-2-17沖擊電流計的鏡尺讀數(shù)系統(tǒng)(3-2-圖3-2-17沖擊電流計的鏡尺讀數(shù)系統(tǒng)為了確定上式的偏轉(zhuǎn)角度，通常用圖3-2-17所示的裝置。調(diào)節(jié)反射鏡，使望遠(yuǎn)鏡內(nèi)“十”字叉絲正對標(biāo)尺的零線。當(dāng)反射鏡轉(zhuǎn)過小角度后，望遠(yuǎn)鏡內(nèi)“十”叉絲正對標(biāo)尺上另一刻度線，該刻度線與零刻度線在標(biāo)尺上的距離為。按照光的反射定律，。設(shè)反射鏡與標(biāo)尺的距離為（要求），則所以將值代入式(3-2-9)，得(3-2-10)由式（3-2-10）可知，沖擊電流計的第一次最大偏轉(zhuǎn)與通過它的總電量成正比，式中(3-2-11)稱為沖擊電流計在開路狀態(tài)下的沖擊常數(shù)，單位是C/mm。=2\*GB2⑵、使用方法及注意事項=1\*GB3①沖擊電流計測量瞬時電量的誤差隨電量通過的時間的延長而增大。觀測值總是稍小于實際的電量數(shù)值。為了減小誤差，要求至少應(yīng)小于T/10，最好是小于T/30（是沖擊電流計自由振動周期，一般在10～18秒以上）。=2\*GB3②推導(dǎo)式(3-2-10)時，沒有考慮與沖擊電流計串聯(lián)的回路特性。實際上沖擊電流計往往在閉合狀態(tài)下使用，因而需引入新的常數(shù)K′。K’稱為沖擊電流計在閉合狀態(tài)下的沖擊常數(shù)（或稱為磁通沖擊常數(shù)），它與閉合回路的總電阻R有關(guān)。每次使用沖擊電流計時都應(yīng)由實驗確定該測量條件下的常數(shù)K′。=3\*GB3③沖擊電流計的懸絲容易損壞。在調(diào)節(jié)零位時只能輕輕地將懸絲上部的調(diào)節(jié)端轉(zhuǎn)一個很小的角度。如果通過的電流較大，可在測量回路中串接電阻或在沖擊電流計上并聯(lián)分流電阻，以使偏轉(zhuǎn)值在標(biāo)尺的1/3～3/4范圍內(nèi)。同時注意選擇串、并聯(lián)電阻的阻值，使沖擊電流計在臨界阻尼狀態(tài)下工作。=4\*GB3④為使每次測讀后線圈易于回到平衡位置，以便進行下一次測讀，必須在沖擊電流計兩端并聯(lián)一個阻尼開關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)動的線圈通過平衡位置時，按下阻尼開關(guān)可使線圈停止。使用完畢應(yīng)將沖擊電流計兩端短路。3.2.5.2電壓的測量儀器1.常用電壓表簡介⑴、磁電系直流電壓表。它是由一只磁電式表頭和測量線路組成的。它準(zhǔn)確度較高、靈敏度高、功耗小、刻度均勻、但過載能力較差，內(nèi)阻約為（101～104）Ω／V，量限一般小于103V，準(zhǔn)確度為1.5級～0.05級。工作原理詳見4.12一節(jié)。⑵、電磁系電壓表。它是由一只電磁式表頭和測量線路組成的。它結(jié)構(gòu)簡單，過載能力強，既可測直流又可測交流電壓，刻度不均勻，內(nèi)阻約為（101～103）Ω／V，測量范圍1V～103V,準(zhǔn)確度一般為5.0級～0.5級。⑶、電動系電壓表。它是由一只電動式表頭和測量線路組成的。它準(zhǔn)確度較高，既可測直流又可測交流電壓，常有防外磁場干擾的機構(gòu)，過載能力較差，刻度不均勻，內(nèi)阻一般小于磁電系儀表，準(zhǔn)確度可達0.5級以上。圖3-2-18圖3-2-18晶體管毫伏表面板圖3-2-19⑴、簡述晶體管毫伏表是一種用來測量電路中正弦交流電壓有效值的電子儀表。它與一般的交流電壓表或萬用表的交流電壓檔相比，具有頻率范圍寬、輸入阻抗高、電壓測量范圍廣和靈敏度高等特點，因而特別適用于電子電路，如對一般放大器和電子設(shè)備進行測量。由于毫伏表前置機采用射極跟隨電路，從而能獲得高輸入阻抗和寬的頻率測量范圍；衰減器和分壓器用來滿足寬量限的電壓測量范圍；從分壓器取得很小的電壓經(jīng)多級交流放大器進行放大，提高了儀表的靈敏度，使其能測量毫伏級的電壓，放大后的交流電壓送至橋式全波整流器，整流后的直流電壓通過磁電式測量機構(gòu)指示出來。面板上的刻度是已被換算成為正弦交流電壓有效值，可直接進行讀數(shù)。該表還兼有測量電平的功能。圖3-2-18是DA-16型晶體管毫伏表的面板圖，原理方框圖如圖3-2-19所示。⑵、使用方法及注意事項①接通電源，等電表指示針擺動數(shù)次后，校正調(diào)零，到0位后即可進行測量。②輸入端短路時，指針稍有噪聲偏轉(zhuǎn)（指無輸入時的指針偏轉(zhuǎn)）。由于毫伏表過載能力較弱，一般若不知被測電壓大小，應(yīng)把測量檔先放在3V以上檔位，然后再旋到能精確測量的量程處。③儀表暫時不用時，應(yīng)把量程旋到較大檔處，以免輸入開路時電表指針偏轉(zhuǎn)過大。④所測交流電壓中的直流分量不得大于300V。⑤如果用毫伏表測量市電，應(yīng)注意機殼是否帶電，要防止發(fā)生觸電。⑥由于本儀表靈敏度高，接地點必須良好，且應(yīng)正確選擇接地點，否則測試效果不好。在測量毫伏級低電壓時，應(yīng)將量程開關(guān)先置于3V以上檔位，再接入被測電路。接入電路時，應(yīng)注意表的接地端點應(yīng)與被測電路和其他公用儀器“共地”，先連接地線，再接另一根測量線，然后再將轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)回到3V以上高電壓檔級進行測量。測畢，仍先將轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)回到3V以上高電壓檔級，然后再依次取出測量線和地線。這些措施都是為了防止干擾電壓引入輸入端，影響測量的準(zhǔn)確性以及打壞指針。⑦如用外接12V直流電源時，則將儀器面板上旋鈕開關(guān)扳向“直流”，將外接直流電源線插入儀表右側(cè)“DC12V”插孔。⑧面板上電壓的標(biāo)度尺共有0～10和0～3兩條，使用不同的量程時，應(yīng)在相應(yīng)的標(biāo)度尺上讀數(shù)，并乘以合適的倍率。3.電位差計補償法是電磁測量的又一種基本方法。電位差計就是利用補償原理來精確測量電動勢或電位差的儀器。它分為線式電位差計和箱式電位差計兩類，型號很多。線式電位差計結(jié)構(gòu)簡單、直觀性強，便于學(xué)習(xí)和掌握；而箱式電位差計是測量電位差的專用儀器，它使用方便、測量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好。電位差計不僅可以精確測量電動勢或電位差，與標(biāo)準(zhǔn)電阻配合還可以精確測量電流和電阻，有些電器儀表廠則用它來確定產(chǎn)品的準(zhǔn)確度和定標(biāo)。電位差計的具體內(nèi)容詳見4.11。3.2.5.3電阻的測量儀器1.常用電阻器介紹圖3-2-20圖3-2-20滑線變組器圖3-2-21滑線變阻器的符號滑線變阻器如圖3-2-20所示。其結(jié)構(gòu)是：均勻電阻絲密繞在瓷管上，繞線的兩端與接線柱連接，在繞線的上方有一條形金屬桿固定在支架上，桿上裝有滑鍵，上的彈簧片與電阻絲有良好接觸，當(dāng)移動滑鍵時，與電阻絲的接觸點也隨之改變?；€變阻器用圖3-2-21的符號表示?；€變阻器的主要規(guī)格指標(biāo)是電阻值和額定電流。實驗時要根據(jù)滑線變阻器在電路中的作用及外接負(fù)載情況，選用合適的阻值和額定電流的變阻器?；€變阻器在電路中常作為串聯(lián)可變電阻，起控制電路電流大小的作用，成為限流電阻或限流器，如圖3-2-22（a）。滑線變阻器的另一作用是并聯(lián)于電路中，組成分壓電路，起調(diào)節(jié)輸出電壓作用。此種分壓電路也叫分壓器,如圖3-2-22（b）。⑵、旋轉(zhuǎn)式電阻箱圖3-2-23旋轉(zhuǎn)式電阻箱圖3-2-22滑線變阻器圖3-2-23旋轉(zhuǎn)式電阻箱圖3-2-22滑線變阻器常用(a)限流電路(b)分壓電路R＝0×10000＋0×1000＋4×100＋5×10＋6×1＋7×0.1＝456.7Ω當(dāng)只需要使用0.1～0.9或0.1～9.9Ω范圍時，則應(yīng)接在與或與兩個結(jié)線柱上，以避免其余轉(zhuǎn)盤彈簧接觸點的接觸電阻。因為電阻箱示數(shù)小時，接觸電阻會引起較大的相對誤差。在使用電阻箱時，應(yīng)將兩個旋鈕轉(zhuǎn)動幾次，以免內(nèi)部有接觸不良現(xiàn)象發(fā)生。要防止流過電阻箱的電流超過最大一檔電阻的額定電流，電阻箱每檔電阻容許通過的電流見表3-2-5表3-2-5旋鈕倍率×0.1×1×10×100×1000×10000額定電流（A）1.50.50.150.050.0150.005按規(guī)定，電阻箱使用和放置場所的溫度應(yīng)為+10℃～40℃，相對濕度在80按國家技術(shù)規(guī)程規(guī)定，電阻箱的銘牌或外殼上應(yīng)標(biāo)明十進盤電阻標(biāo)稱值和準(zhǔn)確度等級。例如ZX21型電阻箱，調(diào)節(jié)范圍是9×(0.1＋1＋10＋100＋1000＋10000)Ω，準(zhǔn)確度按各盤依次分別為5％，0.5％，0.2％，0.1％，0.1％和0.1％。另外，它的零值電阻R0＝（20±5）mΩ。⑶標(biāo)準(zhǔn)電阻器圖3-2-24圖3-2-24標(biāo)準(zhǔn)電阻結(jié)構(gòu)1.黃銅支架2.電阻線圈；3.銅接線柱；4.測溫孔；5.電位端；6.電流端。圖3-2-25標(biāo)準(zhǔn)電阻接線柱示意圖①分類按阻值大小分：低阻：10-4Ω～10-2Ω；中阻：101Ω～105Ω；高阻：106Ω～108Ω。②結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)電阻器的結(jié)構(gòu)如圖3-2-24所示，電阻線圈繞在黃銅骨架上，線圈首尾端通過銅接線柱引出。面板上的插孔是供測溫用的測溫孔。高阻值的標(biāo)準(zhǔn)電阻為消除漏電流的影響，采取屏蔽措施，具有三個接線柱，如圖3-2-25（a）所示。低阻值的標(biāo)準(zhǔn)電阻為減少接線電阻和接觸電阻的影響，具有四個接線柱，其中兩個較粗的端鈕稱為電流端鈕，兩個較細(xì)的端鈕稱為電壓端鈕，如圖3-2-25（b）所示。③使用與維護在規(guī)定的技術(shù)條件下使用與保護，不允許過載；要求環(huán)境溫度變化小，無腐蝕性氣體，無強光直接照射；輕拿輕放，避免碰撞和劇烈振動；當(dāng)偏離20℃使用時，按下式計算℃下的電阻值。(3-2-12)式(3-2-12)中，由生產(chǎn)廠家給定。2.電阻的測量儀器⑴、萬用表詳見3.2.5.4。⑵、電橋電橋是測量電阻常用的儀器。由于它測量準(zhǔn)確，方法巧妙，使用方便，所以得到廣泛應(yīng)用。電橋電路不僅可以使用直流電源，而且可以使用交流電源，故有直流電橋和交流電橋之分。直流電橋主要用于電阻測量，它有單電橋和雙電橋兩種。前者稱為惠斯登電橋，用于（1～106）Ω范圍的中值電阻測量；后者常稱為開爾文電橋，用于（10-3～1）Ω范圍的低值電阻測量。交流電橋除了測量電阻之外，還可以測量電容、電感等電學(xué)量。通過傳感器，利用電橋電路還可以測量一些非電量，例如溫度、濕度、應(yīng)變等，在非電量電測方法中有著廣泛應(yīng)用。電橋原理詳見4.10。3.2.5.4萬用表圖3-2-26圖3-2-26MF-64型多用表我們知道，一個磁電式電表經(jīng)過適當(dāng)?shù)母难b可以構(gòu)成電壓表和電流表。在測量要求不高的場合，我們經(jīng)常使用一種多功能的電表，簡稱為萬用表。在使用時只需撥動電表旋鈕到所需的部位，便能方便地測量電壓、電流和電阻等，而且量程寬廣。萬用表的型號很多，但基本原理是相同的。下面以MF-64型萬用表為例，說明它的基本原理。MF-64型萬用表的直流電壓量程有5檔，直流電流量程有8檔，交流電流量程有6檔，電阻量程有5檔，還能測量音頻電平、晶體三極管的某些參數(shù)等（見圖3-2-26）萬用表實際上由靈敏度較高的磁電式電流表（俗稱表頭）配上一個專門為擴展電表用途而設(shè)計的電路所組成。這種電路一般由多檔式轉(zhuǎn)換開關(guān)、電阻和電池組成。其設(shè)計原理與改裝電表類同。圖3-2-27直流電圖3-2-27直流電流測量電路圖3-2-28直流電壓測量電路電流的測量與改裝電表原理相同，采用并聯(lián)分流電阻的方法，如圖3-2-27所示。⑵、直流電壓測量直流電壓測量電路如圖3-2-28所示。測量電流時所用的分流電阻R1、R2、R3和R4仍然保留，并且將電流表的量程設(shè)計為Ig（MF-64型萬用表Ig為50A）。電阻R5～R9降壓電阻的數(shù)值根據(jù)電流表的量程和電壓表量程來確定。例如某萬用表的電流表量程，“內(nèi)阻”Rg=2.2KΩ，能用來測量電壓的范圍只有此時電壓表的總內(nèi)阻為20KΩ。它的物理意義是：用此表測量直流電壓時，每伏需要降壓電阻20KΩ，即20KΩ/V。這個數(shù)值稱為直流電壓靈敏度。它的倒數(shù)就是電流靈敏度，即從直流電壓靈敏度能方便地將電壓表各檔量程的降壓電阻計算出來。例如量程為2.0V時，量程為10V時，所以，直流電壓靈敏度愈高，測量直流電壓時流過電壓表的電流愈小，也就是對被測電路的影響愈小，因而，測量結(jié)果愈準(zhǔn)確。⑶、交流電壓的測量圖3-2-29圖3-2-29正弦交流電壓圖3-2-30二極管符號圖3-2-29是一種常用的交流電壓，它的大小和方向是隨時間按正弦規(guī)律變化的，其大小用有效值來表示。有效值系指此交流電壓和一直流電壓分別在兩個電阻相同的電熱器上，若相同的時間內(nèi)，這兩個電熱器產(chǎn)生的熱量相等，則這一直流電壓的數(shù)值就用來表示這個交流電壓的有效值。有效值等于峰值（最大值）的倍，即用磁電式電表測量交流電壓必須經(jīng)過整流，把交流電變成直流電。萬用表中一般常用晶體二極管作為整流元件。二極管的符號如圖3-2-30所示。二極管具有單向?qū)щ娦裕?dāng)極電位比極高，稱為加正向電壓，這時二極管的電阻很小，約為10～102Ω（稱為正向電阻），電路導(dǎo)通。反之，當(dāng)極電位比極低，稱為加反向電壓，這時二極管電阻很大，約為104～106Ω（稱為反向電阻），電路幾乎不通?？梢姡w二極管可近似看成一個自動開關(guān)，加正向電壓時，自動合上；加反向電壓時，自動斷開。因此若在二極管兩端加上一交流電壓，則只有正向電流從→的箭頭所指的方向通過。萬用表中用的整流電流電路如圖3-2-31所示，它用了兩只二極管和。與電表串聯(lián)，然后再與并聯(lián)。若、兩端加一交流電壓，在正半周的時間里，點電位高于點，通、不通，電流經(jīng)通過電表；在負(fù)半周，點電位比點低，不通，而通，這是反向電流從中通過，而不通過電表。于是，電表只有一個方向的電流通過，即交變的電流變成了定向脈動的直流電流通過電表。上述的整流電路稱為半波整流電路。對于正弦交流電壓，則有效值為的交流電壓經(jīng)過半波整流后得到平均直流電壓為：式中為比例常數(shù)。如把二極管看成理想的自動開關(guān)，則＝0.45。實際上，二極管正向電阻不為零，反向電阻也不是無窮大，因而總是小于0.45。由此可見，交流電壓經(jīng)半波整流后得出的直流電壓，雖然其數(shù)值和有效值不等，但兩者大小成正比，因此，測量出就可以知道交流電壓有效值的大小。⑷、電阻的測量圖3-2-32是萬用表測量電阻的原理圖。其中虛線框內(nèi)部分為歐姆表，a和b為兩接線插口（表筆插孔）。測量時將待測電阻接在a和b之間。在歐姆表中，為電源（干電池）。為電表（內(nèi)阻為，靈敏度為），為限流電阻。由歐姆定律可知回路中的電流由下式?jīng)Q定：圖3-2-31萬用表整流電流電路圖3-2-32萬用表測量電阻原理圖圖3-2-31萬用表整流電流電路圖3-2-32萬用表測量電阻原理圖可以看出，對于給定的歐姆表（即，、給定),與之間有一一對應(yīng)的關(guān)系。這樣，在電表刻度上標(biāo)出相應(yīng)的值即成一歐姆表。由式（3-2-13）可知，當(dāng)=0時，回路中的電流最大，為/(+)。在歐姆表中設(shè)法改變電表的滿度電流使其等于最大電流，即（3-2-14）習(xí)慣上用表示+，稱之為歐姆表的中值電阻，即這樣，式（3-2-13）和（3-2-14（3-2-15）和（3-2-16）圖3-2-33DT－830型數(shù)字萬用表面板圖由式（3-2-16）可以看出：歐姆表的刻度是非線性（不均勻）的，正中那個刻度值記為，這是因為=時，指針偏轉(zhuǎn)為滿度的一半，即當(dāng)＜＜時，指針偏轉(zhuǎn)接近滿度，隨的變化不明顯，因而測量誤差很大；當(dāng)＞＞時，指針偏轉(zhuǎn)接近0，因而測量誤差也很大。所以在實用上通常只用歐姆表中間的一段來測量，例如0.25～5這段范圍。實際上歐姆表都有幾個量程，每個量程的都不同，但每個量程的可用范圍都是0.25～5。如MF64“×10”檔=250Ω，則測量范圍為50Ω～1.3kΩ；“×1K”檔=25kΩ，則測量范圍為5Ω～1.3×102kΩ。圖3-2-33DT－830型數(shù)字萬用表面板前面已經(jīng)指出，歐姆表的刻度是按電池電壓的標(biāo)稱值＝1.5V確定的。但實際上電池端電壓不可能總是正好等于1.5V，，所以在歐姆計中還裝有（歐姆零點）調(diào)節(jié)旋鈕，以保證刻度正確。調(diào)節(jié)方法是：將表筆a和b短路（相接），調(diào)節(jié)“0Ω”旋鈕使偏轉(zhuǎn)滿度，即指針指0Ω。每次改變量程后都應(yīng)重新調(diào)節(jié)歐姆零點。=5\*GB2⑸、萬用表操作規(guī)程圖3-2-34DT-830型數(shù)字萬用表原理方框圖=1\*GB3①準(zhǔn)備：認(rèn)清所用萬用表的面板刻度。根據(jù)待測量的種類（交流或直流；電壓、電流或電阻）及大小，將選擇開關(guān)撥至合適位置。如MF64有功能選擇開關(guān)和量程選擇開關(guān)，使用時先要按待測量的種類撥動功能開關(guān)，然后按待測量的大小撥動量程選擇開關(guān)（不知待測量大小時，一般應(yīng)選擇最大量程先行試測）。多用表面板上的紅色“＋”插口應(yīng)插入紅表筆，“*”插口應(yīng)插入黑表筆。圖3-2-34=2\*GB3②測量：在使用伏特表或安培表時應(yīng)注意：（a）安培表是測量電流的，必須將萬用表的兩個表筆串接在電路中。伏特表是測量電壓的，應(yīng)將萬用表的兩個表筆搭在待測對象的兩端（并聯(lián)）（b）表筆的正負(fù)不要接反，紅筆接電位高的一端。（c）執(zhí)表筆時，手不能接觸任何金屬部分。（d）測試時應(yīng)采用躍接法，即在用表筆接處測量點的同時，注意電表指針偏轉(zhuǎn)情況，并隨時準(zhǔn)備在出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象時，使表筆離開測量點。在使用歐姆表時應(yīng)注意：（a）每次換檔后都要調(diào)節(jié)歐姆零點。（b）不得測帶電的電阻。（c）測試時，不得雙手同時接觸兩個表筆筆尖，測高阻時尤其注意。（d）用萬用表判斷二極管的極性時應(yīng)特別注意“＋”表棒（紅色）實際上代表電池負(fù)極，而黑色表棒（“*”插口）與電池正極相連，這可以從測量電阻的原理圖中看出。=3\*GB3③結(jié)束：使用完畢，務(wù)必將萬用表的功能選擇開關(guān)撥離歐姆檔，并撥到空檔（OFF）或最大交流電壓量程處，以確保安全。2.DT-830型數(shù)字萬用表⑴、簡述數(shù)字萬用表使用十分廣泛，它具有精度高、輸入阻抗高、顯示直觀、過載能力強、功能全等優(yōu)點。目前已有DT－830普通型、DT－860、DT－870自換程和DT-930\DT-940全保護功能等產(chǎn)品。下面以DT-830為例作一簡單介紹。DT－830型數(shù)字萬用表面板如圖3-2-33所示，其原理方框圖如圖3-2-34所示。虛線框內(nèi)表示直流數(shù)字電壓表（DVM），它由阻容濾波器、A／D轉(zhuǎn)換器、LCD液晶顯示器組成。在數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上再增加交流-直流（AC-DC）、電流-電壓（A-V）、電阻-電壓（Ω-V）轉(zhuǎn)換器，就構(gòu)成了數(shù)字萬用表。⑵、基本技術(shù)性能①顯示位數(shù)：4位數(shù)字，最高位只能顯示1或不顯示數(shù)字，算半位，所以稱位。最大顯示數(shù)為1999或―1999。②調(diào)零和極性：具有自動調(diào)零和顯示正、負(fù)極性的功能。③超量程顯示：超過量程時顯示“1”或“―1”。④采樣時間：0.4s。⑤電源：9V疊層電池供電。⑥整機功耗：20mW。⑶、使用方法及注意事項①測試輸入插座：黑色測試棒插在“COM(-)”的插座里不動。紅色測試棒有以下兩種插法：（a）在測電阻值和電壓時，將紅色測試棒插在“V·Ω”的插孔里。（b）在測量小于200mA的電流時，將紅色測試棒插在“mA”的插孔里。當(dāng)測量大于200mA的電流時，將紅色測試棒插在“10A”插孔里。②根據(jù)被測量的性質(zhì)和大小，將面板上的轉(zhuǎn)換開關(guān)旋到適當(dāng)?shù)臋n位。并將測試棒插在適當(dāng)?shù)牟遄?。③將電源開關(guān)置于“ON”位置，即可用測試棒直接測量。④測畢，將電源開關(guān)置于”O(jiān)FF“位置。⑤當(dāng)顯示器顯示“”符號時，表示電池電壓低于9V，需更換電池后再使用。⑥測三極管hFE時，需注意三極管的類型（NPN或PNP）和表面插孔E、B、C所對應(yīng)的管子管腳。⑦檢查二極管時，若顯示“000”表示管子短路；顯示“1”表示管子極性接反或管子內(nèi)部已開路。⑧檢查線路通斷，若電路通（電阻＜20Ω）電子蜂鳴器發(fā)出聲響。3.3實驗室常用電源、光源、信號源3.3.1常用電源3.3.1.1直流穩(wěn)壓電源1.簡述晶體管直流穩(wěn)壓電源是提供直流電壓的電源設(shè)備，當(dāng)電網(wǎng)電壓或負(fù)載在一定范圍內(nèi)變化時，能使輸出電壓穩(wěn)定不變。在使用時近似可以看作為一個理想的