儀表內阻的修正以及含源一端口網絡等效參數(shù)和對外特性的測量試驗報告

序號：22專業(yè)：自動化(電氣)姓名：冷嘉導學號：3140100926日期：2015.10.14地點：東三206課程名稱：電路與電子技術實驗I指導老師：聶曼成績：實驗名稱：儀表內阻的修正以及含源一端□網絡等效參數(shù)和對外特性的測量實驗類型：電路原理實驗一、實驗目的和要求(必填)三、主要儀器設備(必填)五、實驗數(shù)據記錄和處理二、實驗內容和原理(必填)四、操作方法和實驗步驟六、實驗結果與分析(必填): 七、討論、心得；一、實驗目的和要求+*: 1.了解電壓表、電流表內阻的來源以及測量方法；: 2.理解儀表內阻對測量結果的影響；； 3.掌握電工儀表因內阻而產生測量誤差的計算方法；； 4.掌握修正儀表內阻對測量結果影響的方法；i 5.掌握含源一端口網絡等效參數(shù)和對外特性的測量方法；; 6.驗證Thevenin定理和Norton定理；- 7.了解實驗時電源的非理想狀態(tài)對實驗結果的影響；裝二、實驗內容和原理訂 儀表內阻的修正：.儀表內阻的測量方法線 儀表內阻是指儀表在工作狀態(tài)下，在儀表兩個輸入端子之間所呈現(xiàn)的等效電阻或阻抗。在精確測量中，: 必須考慮由于輸入電阻有限所引起的測量誤差。儀表內阻的測量方法有很多，下面以電流表內阻的測量為: 例介紹常用的幾種方法：； (1)電橋法。將儀表的內阻作為被測電阻，用單臂電橋或雙臂電橋平衡測出。這種方法測量精度高，; 但僅適合于大量程的電流表，對于較靈敏的小量程電流表(幾十微安至幾十毫安)，可能在測試: 時受到損壞，因為電橋在工作中會有相當大的電流通過待測電阻(幾百毫安或更大)，會使儀表； 線圈發(fā)熱燒壞。； (2)電位差計法。這種方法測量精度最高，并且可以控制流過儀表的電流，但對設備要求高且測量較； 復雜。; (3)萬用表電阻擋直接測量。使用萬用表或電阻表直接測量，操作最簡單，但用這種方法須十分謹慎。: 因電阻表低量程擋的工作電流一般都在100mA以上，所以測量時通過被測表的電流必須小于其量； 程。: (4)加源法。外加電壓或電流源，測量儀表中的電流或兩端的電壓。加電壓源時，要串聯(lián)限流電阻，； 以保證儀表中的電流不過載。同時，由于電流表兩端壓降很小，所以必須有一個小量程的電壓表。; 這種方法適用于任何量程的電流表內阻測量。: (5)半偏法。如圖1(a)所示，首先選定儀表的某一量程，直接加電源使該量程滿偏，然后接入高精度； 可調電阻，并調節(jié)電阻大小使儀表半偏，此時對應的電阻值就是儀表內阻。使用半偏法時，需要: 準備數(shù)值范圍能夠涵蓋儀表內阻大小的高精度可調電阻以及標準電源。: (6)伏安法。有些儀表如功率表、電度表等含有電壓和電流兩個線圈，工作時須同時輸入電壓和電流; 才有讀數(shù)，當測量其電流線圈內阻時，不可能利用其讀數(shù)獲得電流，所以需要外接電壓表和電流： 表同時讀數(shù)，以求得內阻的大小。測量電壓表內阻的方法與測量電流表內阻類似，圖1(b)為半偏法測電壓表內阻的線路圖。P.2P.2實驗名稱：儀表內阻的修正以及含源一端□網絡等效參數(shù)和對外特性的測量㈤測電簫裹內阻仍)溯電h表內阻㈤測電簫裹內阻仍)溯電h表內阻*—?其中，U是電壓表的指示值，等效電阻R:R其中，U是電壓表的指示值，等效電阻R:R//R2。修正值C=-△U。經過修正，U+C=U+(-△U)。圖2電壓、電流測量電路(b)； 圖1半偏法測儀表內阻； 2.儀表內阻對測量值的影響及修正方法: 實際使用中的儀表由于存在內阻，在接入測量電路時，會改變被測電路的工作狀態(tài)，使測量的結果與: 被測電路的實際值產生誤差。此誤差屬于系統(tǒng)誤差(方法誤差)，可以采用多種方法分析儀表內阻對測量: 值的影響，并加以修正。本報告中僅詳述實驗所用的估算法。裝 假設，使用內阻為RV的電壓表測量圖2(a)所示電阻R2兩端的電壓值為U,則由于電壓表內阻所造成的電壓誤差為 ' 2叫凡 Up =- KR.+R. 投丫m圖3(a)中R2兩端電壓應為圖3從儀表兩端得到的電壓、電流測量等效電路同樣的道理，若使用非理想電流表測量圖2(b)中R2支路中的電流，所造成的測量電流誤差大小為IX七

M--~-

R]+R2圖3(b)中R2支路電流修正后應為I+(-AI)。P.3實驗名稱：儀表內阻的修正以及含源一端□網絡等效參數(shù)和對外特性的測量: 3.離線電阻的間接測量法: 用伏安法測量某離線電阻的電阻值時，有電壓表內接和外接兩種接線方法。由于儀表內阻的存在，其； 測量線路的選擇要綜合考慮待測電阻相對于電壓表和電流表內阻的大小，并且電阻的測量值需要修正。: 4.在線電阻的測量法； 在線電阻是指連接在電路中的電阻，由于與其他電阻關聯(lián)，因此，其測量方法與離線電阻的測量不同。含源一端口網絡等效參數(shù)和對外特性的測量：: 任何一個線性含源一端口網絡，總可用一個等效電壓源來代替其對外部電路的作用，該電壓源的電動； 勢等于這個含源一端口網絡的開路電壓，其等效內阻等于這個含源一端口網絡中各電源均為零時的無源一; 端口網絡的入端電阻，這個結論就是Thevenin定理。該等效電壓源稱為Thevenin等效支路，其端口伏安； 特性與原網絡外特性完全相同。; 如果這個含源一端口網絡用等效電流源來代替，其等效電流就等于這個含源一端口網絡的短路電流，: 其等效內電導等于這個含源一端口網絡各電源均為零時的無源一端口網絡的入端電導，這個結論就是'Norton定理。裝 Thevenin等效支路或Norton等效支路的參數(shù)測量，實際上就歸結為含源一端口網絡等效電阻、端口開路電壓、端口短路電流的測量。訂 一些含源網絡在端口短路時風險很大，因此端口允許通過的電流不能超過其限定值。此時短路電流的大小需要通過端口伏安特性計算出。對于線性網絡，端口伏安特性為直線，因此從理論上說，通過兩次端線 接不同大小的負載而測得的電壓和電流值就可以推算出短路電流的大小。由于測量往往帶有誤差，因此由兩個測量點來確定伏安特性并進一步計算短路電流，會產生很大的誤差，所以，實際測量伏安特性需通過: 合理的且足夠多的測量樣點，通過曲線擬合得到直線的斜率和截距，也就是該含源一端口網絡的等效電阻、j 開路電壓以及短路電流值。l 三、主要儀器設備++: 1.數(shù)字萬用表；1 2.電工綜合實驗臺；： 3.DG07多功能網絡實驗組件；: 四、操作方法和實驗步驟*+: 1.分別測量實驗室中直流電流表和直流電壓表各擋位的內阻值，記錄數(shù)據于表1中；i 2.測量圖4中4和R2元件上的電壓和電流，記錄數(shù)據于表2中；圖4實驗任務.推導所用實驗電路電流表、電壓表內阻誤差的修正公式，計算R1兩端電壓與流出電流的修正值，給出實驗誤差，記錄于表2中； !.測量圖5中A、B端以左含源一端口網絡的等效參數(shù)和Thevenin、Norton等效支路，并通過實驗結果論證Thevenin支路、Norton支路以及原網絡三者之間的相互等效性；①按圖5接線，改變可調電阻R,測量U^和IR的關系曲線，畫曲線圖；②將A、B兩端電路做Thevenin等效，重復測量UAB和IR的關系曲線，畫曲線圖，并與⑴中曲線進行比較，驗證Thevenin定理；

P.4實驗名稱：儀表內阻的修正以及含源一端口網絡等效參數(shù)和對外特性的測量 ATOC\o"1-5"\h\z I 1 CZZI 7~I_* 1510Q1 330Q +: 64V %>510Q- -凸— R20cnA| -Q-* (b)； 圖5實驗任務: ③將A、B兩端電路做Norton等效，重復測量U^和IR的關系曲線，畫曲線圖，并與⑴中曲線進行比較，：驗證Norton定理。壯五、實驗數(shù)據記錄和處理裝訂直流電流表量程2mA20mA直流電流表量程2mA20mA200mA2A萬用表測量結果11.2Q±0.39Q2.2Q±0.32Q2.2Q±0.32Q0.7Q±0.31Q直流電壓表量程200mV2V20V200V萬用表測量結果0.552MQ±0.005MQ0.552MQ±0.005MQ5.53MQ±0.065MQ5.09MQ±0.061MQ. 表1直流電流表、直流電壓表內阻值US(V)IS(mA)4(V)IR1(mA)UR2(V)1R2(mA)測量讀數(shù)8.97V28.00mA2.57V14.66mA6.40V42.20mA儀表量程20V200mA20V20mA20V200mA內阻(Q)5.53M2.25.53M2.25.53M2.2內阻產生的誤差N/A0.0000386V0.0977mAN/AN/A修正后的結果N/A2.57V±0.0000386V14.66mA±0.0977mAN/AN/A表2實驗任務記錄表voliage(V)<uu=ugno■CurrentLinearvoliage(V)<uu=ugno■CurrentLinearFitofCurrentr■i*?*i*7Hgiu1a?l±jlLIhb取W5(LTllxiKtn!jeeErrirCttti■二:U.On”「「USL%牘5實驗名稱：儀表內阻的修正以及含源一端□網絡等效參數(shù)和對外特性的測量立BCDnrEquation實驗名稱：儀表內阻的修正以及含源一端□網絡等效參數(shù)和對外特性的測量立BCDnrEquationy=a+b*xn上IWeigiltHoWei月Li:；ng3Ee三：S1JITIo￡Squ：xfee0.054814Adj.R_Squarg0.99994□Inilu白|6Lurrent工ntEr0Ept32,641580.042637Siupe-2.92S920.Q0EB5表3原始電路數(shù)據從表3中可知原始電路短路電流32.64A,開路電壓11.144V,等效電阻341.42Q；P.5裝訂線 ■CurrentLinearFitCurrento s 10Voltage{V}圖7Thevenin等效電路曲線A■CD■TEqua4:iuny=a+b*3c-WaightIioWeightizig3如骨晶社SiJJTlotSquares;0.02S3E4Adj.R_5qu：ii-e0.99的3S ItT'Z'T6CurrentIntercept32,063S3Q.027Q6YElope-2,B92E0.00353表4Thevenin等效電路數(shù)據從表4中可知Thevenin等效電路短路電流32.06A,開路電壓11.08V,等效電阻345.72Q；

P.6實驗名稱：儀表內阻的修正以及含源一端口網絡等效參數(shù)和對外特性的測量Voltage(V)圖8Norton等效電路曲線kEcD1Eipiatiotly=i-WeightNoWeighting3.ResidlUllSumofSqn：±re'O.OO7654A.1]. Fl-S e0.993995ViilueS Error5L-iu-rerLtIntercept32,71