物理设计性实验--多用电表的改装与调试

多用电表的改装与调试

【实验目的】

1、学习替代法测量微安表的内阻。

2、学习将微安表改装成较大量程电流表和电压表的原理和方法。

3、熟悉电流表、电压表的构造原理，学会改装并校准电流表、电压表的原理和方法。

【实验仪器】

直流稳压电压（约6V），交流电源（约15V），数字多用表，1.5V干电池（欧姆表专用），六位电阻箱，滑线变阻器，标准直流电流表，标准直流电压表，μA表头

【实验原理】

1．表头的主要参数的测定

表头的主要参数：量程和内阻。量程是指针偏转满刻度时可测的最大电流值Ig，也称表头的满偏电流。表头的内阻Rg是偏转线圈的直流电阻。电表的内阻是电表两端的电阻。

替代法：测量电路如1-b所示，将K2置于1处，调节RW使表头满偏（或在某一较大示值处），记下此时标准表的读数Ig；将K2置于2处，调节R2使标准表的读数仍为Ig，则RgR2。替代法是一种运用很广的测量方法，具有较高的测量准确度。

(一)改装微安表为电流表

用来改装的微安表习惯上称为“表头”.表头有两个重要的参量：一个是满偏电流Ig(又称为测量范围上限，当测量范围下限为零时，它就等于量程)；另一个是内阻Rg.将表头改装为大量程的电流表时，应并联一个分流电阻Rs，使大部分电流从Rs流过，而同时仍满足流经表头的满偏电流为Ig，如图6-1所示.设改装后的电流表的量程为I，根据欧姆定律得

(IIg)RsIgRg，得

Rs

设InIg，则

IgRg(IIg)

（6-1）

Rs

IgRgnIgIg



Rgn1

（6-2）

表头的内阻Rg由实验室给出，按照所需电流表的量程I，由(6-1)式或(6-2)

式可算出分流

电阻Rs的阻值.

(二)改装微安表为电压表

微安表本身只能用来测量很低的电压(其量程为Ig·Rg).为了满足实际测量的需要，可在微安表上串联一个电阻RH(又称分压电阻)；使得待测电压大部分降落在串联的电阻RH上，表头上承担的电压最大值仍然为IgRg，如图6-2所示.设改装后的电压表量程为U，由欧姆定律Ig(RgRH)U，得

RH

Rg （6-3）

(三)改装微安表为欧姆表

用来测量电阻的电表称为欧姆表，其原理如图6-3所示.图中E为干电池的电动势，电阻R0由可变电阻Rl和固定电阻R2串联组成，固定电阻R2中包含了电源的内阻， a、b为测量电阻时的接线柱，Rx为待测电阻.

用欧姆表测电阻时，首先需要调零，即将a、b短路(Rx=0)，调节可变电阻R1，使表头指针偏转到满刻度，这时电路中的电流即为满偏电流.由全电路欧姆定律得

Ig

(6-4)

RgR0

可见，欧姆表的零分度线是在表头标尺的满刻度处，它正好与电流表的零分度线位置相反.将R0阻值固定，Rg+R0就是欧姆表的内阻.

当a、b断开时，Rx=∞，表头指针不动. 当a、b之间接入电阻Rx时，电路中的电流

I

(6-5)

RgR0Rx

当Rx改变时，I也随着改变.可见每—个Rx值都有—个对应的电流值I.如果我们在标尺上直接标出与I对应的电阻Rx的值，就制成了欧姆表的标尺.为此用电阻箱代替Rx，当Rx=Rg+R0时，电流为满偏电流的一半，即I=Ig/2，指针指在表头标尺的中心，习惯上用Ri表示Rg+R0,称之为欧姆表的中值电阻.从电阻箱上取Ri/2、Ri、2Ri、3Ri……时，记录相应表头指针的位置，就标出了欧姆表的标尺。

可以证明，欧姆表的误差除了与表头的准确度等级有关外，还与指针的偏转角度有关.当指针在欧姆表的中值电阻附近时相对误差最小，为了减少误差，欧姆表—般采用多量程挡位，使待测电阻尽可能地接近欧姆表的中值电阻。

由于干电池的电动势和内阻在使用后都会发生变化，欧姆表每次测量前都应调零，即使这样，欧姆表的示值误差也是比较大的，所以一般用欧姆表做快速粗略测量。

(四)改装表的校准

在规定条件下，将改装后的电表与标准表同时对同一对象(电流或电压)进行测量，将测量结果相互比较，以确定改装表的示值误差的过程就是校准.校准时读出改装表的各个示值Ax，同时读出标准表对应的示值As,与Ax对应的修正值Ax

AsAx.

校准的结果可用校准

曲线表示：即以Ax为横坐标，以Ax为纵坐标，标出各个校准点，然后把相邻的两个校准点用直线段连接，就得到了改装表的校准曲线.如图6-4所示就是改装电流表的校准曲线.有了校准曲线，使用改装表时可根据校准曲线修正改装表的读数.改装表的修正值为AxAx.例如图6-4中，Ix=4.00mA时，Ix0.01mA，改装表的修正值应为IxIx=4.00-0.01=3.99mA.

实验时，应使用比原表头准确度等级更高的成品表代替标准表.当然，经过校准后的改装表测量时仍然存在仪器误差，这个误差—般大于校准时所用的成品表的误差，成品电流表和电压表的误差参见附录2-7.

【实验内容】

(一)将表头改装为10mA量程的电流表并校准

1.根据给定的表头内阻为Rg ，满偏电流Ig，由(6-1)式或(6-2)式算出分流电阻Rs的值，用电阻箱充当Rs ,与表头并联成5mA的电流表.并决定此改装表标尺的分度.

2.按图6-5接线，将机械调零后的改装表与标准电流表接入电路.

3.接通电源，调节电路中的电流，使改装表读数从零逐渐增加到满刻度，然后再逐渐减少到零.同时将改装表和标准表相应的读数Ix和Is填入数据表6-1.

4.以改装表的读数Ix为横坐标，IxIxIs为

纵坐标，在坐标纸上作出改装电流表的校准曲线. (二)将表头改装为5V量程的直流电压表并校准

1.根据(6-3)式计算出串联的分压电阻RH的值.用电阻箱充当RH，RH与表头串联成电压表.并决定此改装表标尺的标度.

2.将改装电压表与标准电压表机械调零后，按图6-6接入电路.

3.接通电源，调节滑线变阻器的滑块，使改装电压表的读数从零逐步增加到满度，然后再逐渐减少到零，同时将改装表和标准表相应的读数Ux和Us填人数据表6-2.

4.以改装表的读数Ux和δUx=Ux—Us，分别为横坐标和纵坐标，在坐标纸上作出改装电压表的校准曲线.

(三)将表头改装为10V量程的交流电压表

1.如上图所示，电源改为交流电源，在电源正负极个接上一个2CP型整流二极管。 2.接通电源，调节滑线变阻器的滑块，使改装电压表的读数从零逐步增加到满度，然后再逐渐减少到零，同时将改装表和标准表相应的读数Ux和Us填人数据表6-3.

3.以改装表的读数Ux和δUx=Ux—Us，分别为横坐标和纵坐标，在坐标纸上作出改装电压表的校准曲线

（四）将表头改装为×1k倍率欧姆表

1.根据给定的表头参数Ig、Rg及电源电动势E，由(6-4)式求出R0

的阻值.

2.用电阻箱充当R2(使其阻值保持不变)，滑线变阻器充当R1,按图6-4将R2、R1与表头和电池串联，就构成了欧姆表.

当a、b两接线柱断路时，表头指针应为零，如不为零应机械调零. 3.将图6-3中a、b两接线柱短路，调节滑线变阻器R1，使表头的指针转到满刻度.

4.在保持Rl和R2阻值不变的情形下，用另一只电阻箱充当Rx，取其阻值为欧姆表的中值电阻Ri=Rg+R0的1/2、1、2、3、……，同时记下指针的偏转格数，据此绘制出欧姆表的标尺.

【数据表格】

表6-4 欧姆表标度尺的标定