電磁學(xué)實驗中的基本測量儀器

--4電磁學(xué)試驗根本學(xué)問泛的測量手段，由此進(jìn)展起來的電工技術(shù)和電子技術(shù)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、交通、通訊、國防以及科學(xué)技術(shù)的各個領(lǐng)域，并且已經(jīng)深入到家用設(shè)備，對國計民生有格外重要的意義。把握電磁學(xué)試驗爭論的根本方法已成為各學(xué)科領(lǐng)域的根本要求。電磁學(xué)從其建立之初就是一門以試驗為根底的科學(xué)。很早以前，人們就知道毛皮擦過的琥珀能吸引微小的物體。后來，庫侖定律和安培定律等試驗定律的提出，促使電磁學(xué)漸漸形成完整的理論體系。現(xiàn)代的電磁學(xué)試驗盡管所用儀器設(shè)備有些已經(jīng)很簡單、周密，但仍舊是人們觀看爭論電磁現(xiàn)象，學(xué)習(xí)理論學(xué)問的重要途徑之一。電磁學(xué)試驗包括根本電磁量的測量及主要電磁測量儀器儀表的工作原理和使用方法兩局部。由于不同性質(zhì)的電磁量測量方法有很大差異，所用儀器也各不一樣。下面簡潔介紹電磁測量的方法、電磁學(xué)試驗中常用的一些儀器及電磁學(xué)試驗中一般應(yīng)遵循的操作規(guī)章。一、電磁學(xué)試驗中常用儀器簡潔介紹電源直流電源。直流穩(wěn)壓電源：直流穩(wěn)壓電源的特點是內(nèi)阻小，輸出功率較大，電壓穩(wěn)定性好，而且輸出電壓連續(xù)可調(diào)DH1718C型直流穩(wěn)壓電源最大輸出電壓30V5A。直流穩(wěn)流電源：直流穩(wěn)流電源的特點是內(nèi)阻很大?？稍诳隙ǖ呢?fù)載范圍內(nèi)，輸出穩(wěn)定的電流，并可調(diào)電流大小。1.5V勢下降得很快，而且內(nèi)阻也隨之增大。蓄電池：鉛蓄電池的電動勢約2V左右，輸出電壓比較穩(wěn)定，貯存的電能也比較大，但需常常充電，比較麻煩。溝通電源。50Hz的單相或三相溝通電220V，這是指的有效電壓電壓為311V220V降低至所需要的值。在使用溝通電時，應(yīng)留意電壓高36V的為危急電壓，觸及人身會有生命危急。留意：不管使用哪種電源，都要留意安全，千萬不要接錯，而且切忌電源兩端短接。使用時留意不得超過電源的額定輸出功率，對直流電源要留意極性的正負(fù)，常用“紅”端表示電表6 8 10420

標(biāo)度盤

零點調(diào)整螺絲指針極掌永久磁鐵 線圈圖4－0－1電表的種類很多磁電式電表具有靈敏度高，刻度均勻，便于讀數(shù)等優(yōu)點，適合于直流電路的測量，其構(gòu)造可以簡潔地用圖4－0－1表示，和鐵芯之間的空隙有很強(qiáng)的均勻磁場，磁力線以圓柱的軸線為中心呈均勻輻射狀且垂直于軟鐵鐵芯的圓柱面。在圓柱形鐵芯和極掌間空隙處放有長方形線圈，兩端固定了轉(zhuǎn)軸和指針，當(dāng)線圈中有電流通過時，在電磁力矩的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時固定在轉(zhuǎn)軸上的游絲產(chǎn)生反方向的扭力矩。當(dāng)兩者到達(dá)平衡時，線圈停在某一位置，偏轉(zhuǎn)角的大小與通入線圈的電流成正比，因此依據(jù)偏轉(zhuǎn)的角度就可以確定通過的電流大小，而且電流方向不同，線圈的偏轉(zhuǎn)方向也不同。下面具體介紹幾種磁電式電表〔〕靈敏電流計〔檢流計〕靈敏電流計的特征是指針零點在刻度中心，便于檢測不同方向的直流電常用在電橋和電位差計的電路中作平衡指示器，用來檢測電路中有無電流，故又稱檢流計。可測量的電流通常為幾微安到幾十個微安。常有檢流計有數(shù)字檢流計、光斑反射式檢流計和指針式檢流計。我們試驗室中主要是指針式和數(shù)字檢流計。指針式檢流計在調(diào)零后沒有電流通過時，指針指零，有微弱電流時將依據(jù)電流流向作相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)，大電流簡潔燒毀檢流計，因此有些指針式檢流計裝有常開按鍵開關(guān)，自由狀態(tài)時，檢流計斷開，指針指向零點，按下開關(guān)才接入電流用于檢測有無電流，既安全又便利。數(shù)字檢流計沒有指針，只能通過顯示數(shù)字的正負(fù)來推斷電流流向，顯示為零時表示檢流計幾乎沒有電流通過。直流電壓表直流電壓表是用來測量直流電路中兩點之間電壓的。依據(jù)電壓大小的不行表〔mV〕和伏特表〔V〕等。電壓表是由表頭串聯(lián)一個適當(dāng)大的降壓電阻而構(gòu)成的，4圖－0－3所示，它的主要規(guī)格是：該表有三個量程，第一個量程在加7.5伏電壓時指針偏轉(zhuǎn)滿度，其次、三個量程則表示加15伏、30伏電壓時指針偏轉(zhuǎn)滿度。內(nèi)阻：即電表兩端的電阻，阻值一般都很大，但是同一伏特表不同量程內(nèi)阻也不同。0—7.5V—15V—30V伏特表，它的三個量程內(nèi)阻分別1500Ω，3000Ω，6000Ω，但由于各量程的每伏歐姆數(shù)都20ΩΩV計算某量程的內(nèi)阻。內(nèi)阻＝量程×每伏歐姆數(shù)RP GG Rs圖4－0－3 圖4－0－4直流電流表直流電流表是用來測量直流電路中的電流的。依據(jù)測量電流量程大小的不同，可分為安培表、毫安表m〕和微安表〔，電流表是由表頭的兩端并聯(lián)一個適當(dāng)?shù)姆至麟?－0－4所示。它的主要規(guī)格是：量程：即指針偏轉(zhuǎn)滿度時的電流值，安培表和毫安表一般都是多個量程。0.1Ω100—200Ω到1000—2023Ω之間。使用直流電流表和電壓表應(yīng)留意電表的連接及正負(fù)極不行接反：直流電流表應(yīng)串聯(lián)在待測電路中，并且必需使外電流從電流表的“＋”極流入，從“－”極流出。直流電壓表應(yīng)并聯(lián)在待測電路中，并應(yīng)使電電表的零點調(diào)整：使用電表之前，應(yīng)先斷開電路檢查電表的指針是否指零，如不指零，應(yīng)留神調(diào)整電外表板上的零點調(diào)整螺絲，使指針指向零點位置。電表的量程：試驗時應(yīng)依據(jù)被測電流或電壓的大小，選擇適宜的量程。假設(shè)量程選得太大，則指針偏轉(zhuǎn)太小，會使測量誤差太大。量程選得太小，則過大的電流或電壓會使電表損壞。在不知道測量值范圍的狀況下，應(yīng)先試用最大量程，依據(jù)指針偏轉(zhuǎn)的狀況再改用適宜的量程。視差問題：讀數(shù)時應(yīng)在電表的正上方使視線垂直于電表的刻度盤讀數(shù)，以免產(chǎn)生視差。一些較好的電表，在刻度線旁邊裝有平面反射鏡。讀數(shù)時，應(yīng)使指針和它在平面鏡中的象相重合，這樣才能保證沒有視差。電表誤差測量誤差電表測量產(chǎn)生的誤差主要有兩類：儀器誤差：由于電表構(gòu)造和制作上的不完善所引起，例如軸承摩擦，分度不準(zhǔn)，刻度尺劃的不周密，游絲的變質(zhì)等緣由的影響，使得電表的指示與其值有誤差。度、電場、磁場等。當(dāng)電表在正常狀況〔因而測量誤差可只考慮儀器誤差。電表的測量誤差與電表等級的關(guān)系依據(jù)儀表的級數(shù)可以確定電表的測量誤差。例.5級的電表說明其相對額定誤差0.5%。它們之間的關(guān)系可表示如下：相對額定誤差確定誤差表的量程儀器誤差＝量程×儀表等%7.5伏的伏特表測量時6.390.5級，讀數(shù)結(jié)果應(yīng)如何表示？儀

量程表的等級%7.50.5%3.75%0.04(伏)(誤差取一位)相對誤差V0.041%V 6.39由于用鏡面讀數(shù)較準(zhǔn)確，可無視讀數(shù)誤差，因此確定誤差只用儀器誤差。讀數(shù)結(jié)果為：V＝〔6.39±0.04〕伏依據(jù)電表確實定誤差確定有效數(shù)字15伏，0.5級的伏特表測量電壓時，應(yīng)讀幾位有效數(shù)字？依據(jù)電表的等級數(shù)和所用量程可求出：ΔV＝15×0.5%＝0.08〔伏〕故讀數(shù)值時只需讀到小數(shù)點后兩位，以下位數(shù)的數(shù)值按數(shù)據(jù)的舍入規(guī)章處理。(6)數(shù)字儀器數(shù)字儀表是一種型的電測儀表，在測量原理、儀器構(gòu)造和操作方法上都與指針式電表不同，數(shù)字儀表具有靈敏度高、準(zhǔn)確度高、測量速度快的優(yōu)點。常有的有數(shù)字電壓表和電流表，其主要規(guī)格是：量程、內(nèi)阻和準(zhǔn)確度。數(shù)字電壓表內(nèi)阻很高，一意的是其內(nèi)阻不能用統(tǒng)一的每伏歐姆數(shù)表示，說明書上會標(biāo)明各量程對應(yīng)的內(nèi)阻。數(shù)字電流表具有內(nèi)阻低的特點。在試驗中一般依據(jù)數(shù)字儀器的準(zhǔn)確度和精度，去數(shù)字儀器的分度值為數(shù)字儀器的儀器誤差。電阻試驗室常用的電阻除了有固定阻值的定值電阻以外，還有電阻值可變的電阻，主要有電阻箱和滑線變阻器。電阻箱電阻箱的內(nèi)部有一套用錳銅線繞成的標(biāo)準(zhǔn)電阻按0－5〔a〕4－0－5〔b〕所示。旋轉(zhuǎn)電阻箱上的旋鈕，可以得到不同的電阻值。在0－5〔b〕中，、…，各旋鈕下方的面板上刻0.1×10000的字樣，稱為倍率。當(dāng)每個旋鈕上的數(shù)字旋到對準(zhǔn)其所示倍率時，用倍率乘上旋鈕上的數(shù)值并相加，即可得到實際使用的電阻值。如0－5所示的電阻值為：R＝8×10000＋7×1000＋6×100＋5×10＋4×1＋3×0.1＝87654.3〔Ω〕電阻箱的規(guī)格是：4－0－599999.9Ω。額定功率：即為電阻箱每個電阻的功率額定值，試驗室中一般電阻箱的額定功率為0.25W，可以由它計算額定電流，例如在用 100Ω檔的電阻時，允許的最大電流為I W R

0.25 0.05A ，相應(yīng)各檔容許通過的電流值如以下表：100旋鈕倍率×0.1×1×10×100×1000×10000(安)1.50.50.150.050.0150.005電阻箱的等級：電阻箱依據(jù)其誤差的大小分.02，0.05，0.1，0.2等這些等級，它表示電阻值相對誤差的百分?jǐn)?shù)0.198654.3Ω87654.3×0.1％≈98.6Ω。這也稱為電阻箱的標(biāo)稱誤差。0.Ω9.Ω9999.Ω0分別與其余三個接線柱構(gòu)成電阻箱在使用過程中的三種不同調(diào)整范圍。使用時，可依據(jù)需要選擇適當(dāng)?shù)姆秶?0Ω0—9.9Ω阻對測量結(jié)果的影響，不同級別的電阻箱，規(guī)定允許的接觸電阻標(biāo)準(zhǔn)也不一樣。0.1規(guī)定每個旋鈕的接觸電阻不得大0.002Ω，在電阻較大時0.5Ω時六個接觸點帶來的接觸電阻所引起的相對誤差0.0022.4%，為了削減接觸電阻0.54－0－510Ω時，用09.9Ω接Ω0.Ω這兩個旋鈕，即把接觸電阻限制0.00Ω0.00Ω以Ω時，用0和0.9接頭可使電流只經(jīng)過0.Ω0.002Ω。電阻箱的總誤差為標(biāo)稱誤差和接觸電阻誤差之和。99999.9Ω 9.9Ω 0.9Ω 08769 50 4

8769 54

8769 54123

0123

0123×10000

×1000 ×1008769 50 4

8769 54

8769 50 4123

0123

123×10 ×1 ×0.1圖4－0－5〔a〕99999.9Ω43 2

32

021 05 1 4 0 3 96 7 8 9

5 6 7 8

4 85 6 7×1000010 92 8 13

×10000 9876

×1009 870 61 54 5 67 34

2 3 4×10

×1 ×0.1圖4－0－5〔b〕滑線變阻器4－0－6，阻絲上涂有絕緣物，B相聯(lián)，A、B之間的電阻為總電阻。滑動接頭C可以在電阻絲AB之間滑動，滑動接頭與電阻絲接觸處的絕緣物被磨掉，使滑動接頭與電阻絲接通CC’相連，轉(zhuǎn)變CACBC之間的電阻值。使用滑線變阻器，雖然不能準(zhǔn)確地讀出其電阻值的大小，但卻能近似連續(xù)地轉(zhuǎn)變電阻值?；瑒幼冏杵鞯囊?guī)格：AB間的全部電阻值。額定電流：滑線變阻器允許通過的最大電流。C C’A BC’CA B圖4－0－6電路中滑線變阻器有兩種用法：限流電路C時，AC間電〔因此滑線變阻器起到了限制〔調(diào)整〕線路電流的作用。AC為了保證線路安全C滑至BRAC

ACRAC

值，使電流增至所需要的數(shù)值。R(負(fù)載)A CB＋mA－EK

BCRC＋E V ＋K － mAA－圖4－0－7 圖4－0－8分壓電路如圖示4－0－8A、B分別與開關(guān)KC和ABAC一固定A與用電局部連接接通電源后AB兩端電V 等于電源電E輸出電壓VABAC是ACACABV 的一局部，隨著滑動C位置的轉(zhuǎn)變也在轉(zhuǎn)變。當(dāng)C滑至A時，輸出電壓V是ACACAB＝0；當(dāng)C端滑至B時，V ＝V ，輸出電壓最大。所以分壓電路中輸出電壓可以調(diào)整在從AC ABAC零到電源電壓之間的任意數(shù)值上VAC

為零，A，直至滿足線路的需要。開關(guān)開關(guān)常用于斷開、接通或者變換電路，依據(jù)開關(guān)的刀數(shù)〔即接通或斷開電路的金屬桿數(shù)目〕及每把刀的擲數(shù)〔每把刀可以形成的通路數(shù)〕可以分為單刀單擲開關(guān)、單刀雙擲開關(guān)、40－9所示。其功能由圖中也不難看出，這里就不在作具體介紹。單刀單擲開關(guān) 單刀雙擲開關(guān)

換向開關(guān)圖4－0－9三、電磁學(xué)試驗操作規(guī)程預(yù)備。做試驗前要做到認(rèn)真預(yù)習(xí)，并理解把握試驗所用的原理及試驗內(nèi)容。試驗時，先要弄清楚本次試驗儀器的規(guī)格及使用方法，切不行在不清楚的狀況下接通電路。連線。要在理解電路構(gòu)造的根底上連線。例如，先找出主回路，由最靠近電源正極〔開關(guān)都要斷開或淺色導(dǎo)線連接，電源負(fù)極、低電位處用黑色或深色導(dǎo)線連接。檢查。電路連接好后，先復(fù)查電路連接是否正確，再確認(rèn)可調(diào)電源電壓輸出是否為電阻箱數(shù)值是否正確，變阻器的滑動端〔或電阻箱各檔旋鈕〕位置是否正確等等，直到一切都做好，再請教師檢查。經(jīng)同意后，再接上電源。通電。一切都預(yù)備好后接通電源，緩慢轉(zhuǎn)變電源電壓輸出或者調(diào)整滑動電阻器，達(dá)到試驗所需狀態(tài)。試驗過程中需要暫停時，應(yīng)斷開開關(guān)，假