預(yù)備實驗7-電表改裝.ppt

1、磁電式直流電表的改裝,南京理工大學(xué) 基礎(chǔ)物理實驗中心,引言,電學(xué)實驗中經(jīng)常要用電表（電壓表和電流表）進行測量，常用的直流電流表和直流電壓表都有一個共同的部分，常稱為表頭。表頭通常是一只磁電式微安表，它只允許通過微安級的電流，一般只能測量很小的電流和電壓。如果要用它來測量較大的電流或電壓，就必須進行改裝，以擴大其量程。經(jīng)過改裝后的微安表具有測量較大電流、電壓和電阻等多種用途。若在表中配以整流電路將交流變?yōu)橹绷?，則它還可以測量交流電的有關(guān)參量。我們?nèi)粘＝佑|到的各種電表幾乎都是經(jīng)過改裝的，因此學(xué)習(xí)改裝和校準(zhǔn)電表在電學(xué)實驗部分是非常重要的。,實驗?zāi)康?了解磁電式直流電表的基本結(jié)構(gòu)和使用方法； 學(xué)習(xí)擴大

2、電流表量程的方法，了解多用表的改裝原理； 學(xué)習(xí)電表的校準(zhǔn)方法。,實驗原理,1.磁電式直流電表（又稱指針偏轉(zhuǎn)式直流電表） (1)表頭結(jié)構(gòu)： 永久磁鐵的兩極連著帶圓筒孔腔的極掌。 極掌之間裝有圓柱形軟鐵芯，其作用是 使極掌和鐵芯間的空隙中磁場較強，且 使磁力線以圓柱的軸為中心呈均勻輻射 狀。在圓柱行鐵芯上支撐有一個可在鐵 芯和極掌間的空隙處運動的矩形線圈， 其上固定一根指針或光指針。當(dāng)有電流 流通時，線圈受電磁力矩作用而偏轉(zhuǎn)， 直到跟游絲的反扭力矩平衡而靜止不動 。線圈偏轉(zhuǎn)角的大小與所通過的電流成 正比。電流方向不同，偏轉(zhuǎn)方向也不同。,(2)直流電壓表和直流電流表： 磁電式直流電表的表頭經(jīng)過改裝擴

3、程，可以組成直流電壓表和直流電流表，其主要參數(shù)如下： （a）量程：改裝后的電表常有多個量程，使用時讀數(shù)共用一個刻度。 （b）內(nèi)阻：電表兩端的電阻。同一電壓表的不同量程所對應(yīng)的內(nèi)阻是不同的。 （c）電表級別：電表的準(zhǔn)確度等級 是用電表基本誤差的百分?jǐn)?shù)值表示的。假設(shè)電表的準(zhǔn)確度等級 及電表的量程 ，則電表的最大允許誤差用極限誤差 表示：,實驗原理,(3)磁電式直流電表的使用方法及注意事項： （a）量程的選擇：量程太小，會損壞電表；量程太大，會加大讀數(shù)誤差。 根據(jù)電表的準(zhǔn)確度等級可求出測量值 的可能的最大相對誤差為： 測量值越接近電表的量程，測量誤差就越接近電表準(zhǔn)確度等級的百分?jǐn)?shù)。當(dāng)測量值比 選用的

4、電表量程小得多時，測量誤差將很大。一般選擇測量值為所選量程的2/3. （b）電表連接：電表正負(fù)極不得接錯；使用電壓表時應(yīng)并聯(lián)，在使用電流表時應(yīng)串 聯(lián) （c）視差：垂直與刻度表面讀數(shù) （d）調(diào)零：零點調(diào)節(jié)螺絲，通電前應(yīng)檢查并調(diào)節(jié)指針歸零 （e）符號：表盤的左右下方通常有表明電表基本結(jié)構(gòu)、級別、安放方式、使用條件 等多種符號，使用前了解清楚。,實驗原理,2.測量微安表的內(nèi)阻 半偏法 電壓表法 電流表法 求差法 有效替代法 電橋法,實驗原理,2.測量微安表的內(nèi)阻 半偏分流法：先斷開開關(guān) ,接通開關(guān) ,并調(diào)節(jié)電位器 使微安表達到滿量程（或某個較大值）；再接通開關(guān) ，使電阻箱與微安表并聯(lián)，并調(diào)節(jié)電阻箱值

5、 ，直到微安表的示值為滿量程的1/2,如果電路中的電阻滿足 ,則可認(rèn)為電路電流與接通開關(guān)之前近似相等，則有 。測量值比真值偏小。,實驗原理,2.測量微安表的內(nèi)阻 替代法：先將開關(guān)K2接到a點，再接通開關(guān)K1，調(diào)節(jié)分壓器R1，在被測表不超過滿量程的條件下，使檢測表達到某個較大的示值I，然后保持分壓器的輸出電壓不變，然后保持分壓器的輸出電壓不變，將K2改接到開關(guān)b點，以電阻箱代表被測表，并調(diào)節(jié)R0，使檢測表示值仍為I，此時的R0就是被測表的內(nèi)阻。,實驗原理,3.磁電式直流電表的改裝 (1)將微安表擴程改裝為直流電流表 表頭并聯(lián)電阻R即可擴大表頭的電流量程。設(shè)擴展的電流量程為I，則R 的阻值應(yīng)為:,

6、實驗原理,在微安表上并聯(lián)不同阻值的分流電阻，可制成多量程的安培表。同理得：,實驗原理,多量程電流表并聯(lián)分流電阻的方式（量程轉(zhuǎn)換方式）通常也有兩種：開路轉(zhuǎn)換和閉路轉(zhuǎn)換，通常用后者。圖中轉(zhuǎn)換開關(guān)K（一般采用波段開關(guān)）,實驗原理,（2）將微安表改裝為直流電壓表,實驗原理,實驗原理,（3）電表的校準(zhǔn) 校準(zhǔn)的必要性 校準(zhǔn)定義：使被校電表與標(biāo)準(zhǔn)電表同時測量一定的電流（或電壓），看其指示值與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值（從標(biāo)準(zhǔn)電表讀出）相符的程度。 校準(zhǔn)的手段：求出改裝表的精確等級、校準(zhǔn)曲線。 校準(zhǔn)的結(jié)果得到電表各個刻度的絕對誤差。選取其中最大的絕對誤差除以量程，即得該電表的標(biāo)稱誤差，即 根據(jù)標(biāo)稱誤差的大小，將電表分為不同

7、的等級，常記為K。例如,若0.5%標(biāo)稱誤差1.0%，則該電表的等級為1.0級。,實驗原理,校準(zhǔn)曲線：即以被校電表的指示值為橫坐標(biāo)，以校正值（校正值等于標(biāo)準(zhǔn)電表的指示值與被校表相應(yīng)的指示值的差值）為縱坐標(biāo)，兩個校正點之間用直線段連接，根據(jù)校正數(shù)據(jù)作出呈折線狀的校正曲線（不能畫成光滑曲線）。在以后使用這個電表時，根據(jù)校準(zhǔn)曲線可以修正電表的讀數(shù)。,實驗原理,實驗內(nèi)容,1.把量程為 （內(nèi)阻約為 ）的表頭改裝為量程為 的直流電流表。 （1）測量微安表的內(nèi)阻。按照圖2和圖3連接電路，分別用半偏法和替代法測量微安表的內(nèi)阻 ; （2）將 代入式（1）計算分流電阻 ; （3）對改裝的電表進行校準(zhǔn)。按照圖8連接電

8、路，圖中用電阻箱代替 ，電源為 ,用 和 分別作為粗調(diào)、細調(diào)的滑線變阻器（或電位器），并以數(shù)字萬用表的直流電流量程作為標(biāo)準(zhǔn)表進行校準(zhǔn);,（4）校準(zhǔn)電表零點。用表頭零點調(diào)節(jié)螺絲，將指針調(diào)到零。 （5）校準(zhǔn)滿度。合上開關(guān)，調(diào)節(jié)變阻器 和 ，使標(biāo)準(zhǔn)毫安表達到 1mA ，并檢查被改裝的電流表是否也是1mA.若后者沒有達到1mA ，就要改變 ，反復(fù)調(diào)節(jié)，使被改裝表頭和標(biāo)準(zhǔn)表頭均達到1mA。 （6）校準(zhǔn)電表線性：調(diào)節(jié)變阻器 ，先使被改裝電流的電流等量減少 ，同時記下標(biāo)準(zhǔn)毫安表的示值，直至 ；再使被改裝電流的電流等量增加 ，同時記下標(biāo)準(zhǔn)毫安表的示值，直至 。將兩次校準(zhǔn)結(jié)果取平均。,實驗內(nèi)容,2.把量程為 （

9、內(nèi)阻約為 ）的表頭改裝為量程為 的直流電壓表。 將代入式（2）計算擴程電阻 。按照圖9連接電路，圖中 用電阻箱代替，電源為 . 參考前述改裝電流表的實驗步驟，對改裝的直流電壓表進行校準(zhǔn)（以數(shù)字萬用表作為校準(zhǔn)表），作校準(zhǔn)曲線，并定出改裝后電表的等級。,實驗內(nèi)容,3.組裝多量程的直流電流表和直流電壓表。 （1）用上述微安表 改裝成 直流電流表 。 （2）用上述微安表 改裝成 直流電壓表 。 4.數(shù)據(jù)處理 （1）作組裝直流電流表的校準(zhǔn)曲線，并定出改裝后電表的等級 （2）作組裝直流電壓表的校準(zhǔn)曲線，并定出改裝后電表的等級,實驗內(nèi)容,補充：改裝毫安表為歐姆表,1、改裝原理 根據(jù)調(diào)零方式的不同，可分為串聯(lián)

10、分壓式和并聯(lián)分流式兩種。其原理電路如圖所示。 圖中E為電源，R3為限流電阻，RW為調(diào)“零”電位器，Rx為被測電阻，Rg為等效表頭內(nèi)阻。圖 (b)中，RG與RW一起組成分流電阻。 歐姆表使用前先要調(diào)“零”點，即a、b兩點短路，(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。可見，歐姆表的零點是就在表頭標(biāo)度尺的滿刻度(即量限)處，與電流表和電壓表的零點正好相反。,在圖 (a)中，當(dāng)a、b端接入被測電阻Rx后，電路中的電流為 對于給定的表頭和線路來說，Rg、RW、R3都是常量。由此可見，當(dāng)電源端電壓E保持不變時，被測電阻和電流值有一一對應(yīng)的關(guān)系。即接入不同的電阻，表頭就會有不同的偏轉(zhuǎn)讀

11、數(shù)，Rx越大，電流I越小。短路a、b兩端，即Rx=0時 這時指針滿偏 當(dāng)Rx=Rg+RW+R3時 這時指針在表頭的中間位置，對應(yīng)的阻值為中值電阻，顯然 R中= Rg+RW+R3。 當(dāng)Rx=(相當(dāng)于a、b開路)時，I=0，即指針在表頭的機械零位。,補充：改裝毫安表為歐姆表,2 、刻度特點 (1) 左大右小,左密右疏 根據(jù)以上原理,知道I 和R x 是反比例型函數(shù)關(guān) 系,電流滿偏I = Ig 的位置正好是待測電阻Rx = 0 的位置,此時兩表筆短接(電阻調(diào)零) . 電流I = 0 的位置正好是Rx 趨于無窮大的位置,此時兩表筆斷開.所以刻度數(shù)值呈“左大右小”的特點. 歐姆表是很特殊的,刻度是不均勻

12、的. 由Rx =E/I-( Rg + r + R0 ) 可知, 如果縱軸的間隔是均勻的,對應(yīng)的橫軸的間隔是不均勻的,“電流刻度”從左向右逐漸增大,改裝后的“電阻的刻度”從右向左逐漸增大,呈“左密右疏”的特點. (2) 內(nèi)阻等于刻度盤中央電阻 當(dāng)待測電阻為零的時候, I = E( Rg + r + R0 ) = Ig , 如果Rx = Rg + r + R0 ,則I = E2 ( Rg + r + R0 ) = Ig / 2 ,可見當(dāng)表針指在中央刻度時,待測電阻等于電表內(nèi)阻,換句話說,電表內(nèi)阻正好等于刻度盤的中央阻值.,補充：改裝毫安表為歐姆表,3、電路特點 (1) 內(nèi)部有電源 電流表和電壓表內(nèi)

13、部都沒有電源,歐姆表例外,內(nèi)部必須有電源, 才能借助電流測定待測電阻的阻值. (2) 紅正黑負(fù),紅進黑出 “+ ”插孔接紅表筆,“ - ”插孔接黑表筆,這是一種約定. 電流從黑表筆流出,從紅表筆流入.,補充：改裝毫安表為歐姆表,儀器注意事項,（一）、直流穩(wěn)壓電源 直流穩(wěn)壓電源是將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的直流電源輸出使用的電能供給設(shè)備。 直流穩(wěn)壓電源的使用： 開機：先將電壓調(diào)節(jié)旋鈕旋轉(zhuǎn)到最小位置（一般是逆時針旋轉(zhuǎn)為減?。?，再將穩(wěn)流旋鈕旋轉(zhuǎn)到最小位置。 將直流穩(wěn)壓電源的電源線插頭接到交流電插座上，打開直流穩(wěn)壓電源的開關(guān)。 調(diào)壓；旋轉(zhuǎn)穩(wěn)流旋鈕對穩(wěn)流數(shù)值作適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。 旋轉(zhuǎn)穩(wěn)壓旋鈕根據(jù)需要調(diào)節(jié)電壓，電壓值

14、一般不要太大。 關(guān)機：做完實驗后先將全部的穩(wěn)壓、穩(wěn)流旋鈕旋轉(zhuǎn)到最小位置，再關(guān)閉穩(wěn)壓電源開關(guān)，最后再拆連接電路所用的導(dǎo)線。 注意：穩(wěn)壓電源的開關(guān)不能作為電路開關(guān)隨意開關(guān)。,（二）、電阻箱： 電阻箱是一個可以調(diào)節(jié)并能讀出阻值大小的電阻。 電阻箱的使用： 接線：一根導(dǎo)線連接在0接線柱，另一根導(dǎo)線連接在哪個接線柱需要根據(jù)電阻阻值決定。（連接到0.9接線柱上時最大可用電阻為0.9，連接到9.9接線柱上時最大可用電阻為9.9，連接到99999.9接線柱上時最大可用電阻為99999.9） 調(diào)阻值：電阻箱最終所示的阻值是每個旋鈕上的數(shù)字與它下面所對應(yīng)的倍率的乘積之和。 注意： 不同的擋位容許通過的電流不同，使

15、用時必須注意電路中電流的大小以免燒壞電阻。 換電阻值時應(yīng)當(dāng)將電路斷開，以免出現(xiàn)零電阻等能夠燒壞點路中其他儀器的現(xiàn)象。,儀器注意事項,（四）、直流電表（電流表、電壓表）： 直流電表（電流表、電壓表）是用來測量電路中電流、電壓大小的電學(xué)儀器。準(zhǔn)確度等級數(shù)字大的，準(zhǔn)確程度低。 直流電表（電流表、電壓表）的使用： 接線：電流表是串聯(lián)在電路中的，接線時應(yīng)注意電流表正、負(fù)極的接法，應(yīng)是電流從電流表的正極端流入，從負(fù)極端流出。 電壓表是并聯(lián)在電路中的，接線時應(yīng)注意電流表正、負(fù)極的接法，應(yīng)將電壓表的正極端接在電位高的一端，負(fù)極端接在電位低的一端。 注意： 電表使用前應(yīng)先進行調(diào)零工作。 使用時應(yīng)注意電表的量程，

16、不要使測量值超過量程，否則容易將電表燒壞。對于我們實驗室中所用的多量程電表，使用時應(yīng)先放在最大量程處進行粗測，根據(jù)粗測結(jié)果選擇能使電表指針有較大幅度偏轉(zhuǎn)的量程使用，以減小誤差。 移動電表時應(yīng)輕拿輕放。,儀器注意事項,（三）、滑線變阻器 滑線變阻器的使用： 接線：滑線變阻器的接法分為分壓接法、限流接法。 分壓接法是將滑線變阻器的兩個固定端接線柱與電源的兩極相聯(lián)，通過滑動頭與任意固定端引出線接到分支電路中，移動滑動頭的位置來控制分支電路電壓的大??； 限流接法是將滑線變阻器的一個固定端接線柱和滑動頭的接線柱串聯(lián)在電路中。 注意： 接通電路之前，將滑動頭移動到使電路中電流、電壓較小值的位置。（一般在限流接法中應(yīng)放在使接入電路中電阻最大的位置，分壓接法中應(yīng)放在分出電壓最小的位置）以保護電路中易損的電流表、電壓表。 注意滑線變阻器最大允許