220 电表的改装与校.docx

220 电表的改装与校2.20 电表的改装与校准 在实验中经常使用磁电式仪表来测量电压和电流，其测量机构称为表头，它只允许通过微安数量级的电流，实际上满足不了需要，可根据分流或分压原理，将表头并联或串联一个适当大小的电阻，即可改装成所需量程的电流表或电压表。万用表的原理就是对微安表头进行多量程改装而来，它在电路的测量和故障检测中有广泛的应用。 (1) 学会用实验法测定电流表内阻。 (2) 掌握电表扩程和校准的方法。 常见的磁电式电流计主要由放在永久磁场中的由细漆包线绕制的可以转动的线圈、用来产生机械反力矩的游丝、指示用的指针和永久磁铁所组成。当电流通过线圈时，载流线圈在磁场中就产生一磁力矩M，它使线圈转动，从而带动指针偏转。线圈偏转角度的大小与通过的电流大小成正比，所以可由指针的偏转直接指示出电流值。表头的改装需要知道两个重要的参数：I和Rg。表头的量程可从表盘上看出来，而表头的内阻则需要实际测量。 1 扩大微安表的量程 若要扩大微安表(或毫安表)的量程，只要在微安表两端并联一个低电阻Rs，(称为分流电阻)即可，如图1所示。由于并联了分流电阻Rs，大部分电流将从Rs流过，这样由分流电阻Rs和表头组成的整体就可以测量较大的电流了。 设微安表的量程Ig ，内阻为Rg ，若要把它的量程扩大为I0 ，分流电阻Rs应当多大？ 当AB间的电流为I0时，流过微安表的电流为Ig (这时微安表的指针刚好指到满刻度)，流过Rs的电流Is= I0 - Ig ，由于并联电路两端电压相等，故 (I0-Ig)Rs=IgRg Rs=IgRgI0-Ig (1) 通常取I0= 10Ig ，100Ig ， ，故分流电阻Rs一般为Rg / 9 ，Rg / 99 ， 。 即：要把表头的量程扩大n倍，分流电阻应取 Rs= 图1 单量程电流表扩程示意图s 图2 单量程电压表扩程示意图 Rgn-12 把微安表改装成电压表 若要把微安表改装成电压表，只要用一个高电阻Rm (称为分压电阻)与原微安表串联即可，如图2所示。由于串联了分压电阻Rm ，总电压的大部分降在Rm上，这样由分压电阻Rm和表头组成的整体就可以测量较大的电压了。 设微安表的量程为Ig ，内阻为Rg，若要把它改装成量程为V0的电压表，分压电阻Rm应取多大? 当A、B两点间的电压为V0时，流过微安表的电流为Ig (这时微安表的指针刚好指到满刻度。因此只要在微安表的标度盘上直接标上与该电流相应的电压，微安表就成为电压表了)，根据欧姆定律，得 V0=Ig(Rg+Rm) Rm=V0-RgIg3 用替代法测内阻 测量微安表内阻Rg的方法很多，较为简便常用的方法是“替代法”，即将被测表M和另一微安表N串联起来，再在两端加一定的电压VAC，使N的读数等于某一定值In (In一般为满度的三分之二为宜)，如图3(左图)所示。然后保持VAC不变，用电阻箱R替代M，如图3(右图)所示，使N的读数仍为In，此时R的阻值就等于微安表M的内阻Rg 。 图3 用替代法测微安表头M的内阻 4.电表的校准 电表在改装后，必须进行校准，确定电表的准确度等级后方可使用。将改装表与相应的标准表直接进行比较，这种校准的方法称为比较法。所谓准确度等级是国家对电表规定的质量指标，共有七级，0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0，用S表示，所对应的最大绝对误差为仪=量程×S%。 设被校电流表的指示值为Ix，标准表的读数为Is，如果测量一组数据Ixi和Isi，则每个标准点的校正值为Ii=Isi-Ixi。如果将它们中绝对值最大的一个作为最大绝对误差，则被校电流表的标称误差为： 标称误差=最大绝对误差´100%量程 根据标称误差的大小，即可定出电流表的准确度等级。同理电压表的校准亦如此。 电表的校准结果除用准确度等级表示外，还可以用校准曲线表示，即以被校表的示值为横坐标，以各点的示值误差为纵坐标，画出折线校正曲线。 5. 欧姆表 用来测量电阻大小的电表称为欧姆表。根据调零方式的不同，可分为串联分压式和并联分流式两种，串联分压式原理电路如图5所示。图中E为电源，R3为限流电阻，RW为调“零”电位器，Rx为被测电阻，Rg为等效表头内阻。 +改装表+图4电流校准曲线参考图 图5 欧姆表原理图 欧姆表使用前先要调“零”点，即a、b两点短路，调节RW的阻值，使表头指针正好偏转到满度。可见，欧姆表的零点是就在表头标度尺的满刻度(即量限)处，与电流表和电压表的零点正好相反。 在图5中，当a、b端接入被测电阻Rx后，电路中的电流为 EI= Rg+RW+R3+RX对于给定的表头和线路来说，Rg、RW、R3都是常量。由此可见，当电源端电压E保持不变时，被测电阻和电流值有一一对应的关系。即接入不同的电阻，表头就会有不同的偏转读数，Rx越大，电流I越小。短路a、b两端，即Rx=0时 EI=Ig Rg+RW+R3 这时指针满偏 当Rx=Rg+RW+R3时 E1I=Ig Rg+RW+R3+RX2 这时指针在表头的中间位置，对应的阻值为中值电阻，显然R中= Rg+RW+R3。 当Rx=时，I=0，即指针在表头的机械零位。 所以欧姆表的标度尺为反向刻度，且刻度是不均匀的，电阻R越大，刻度间隔愈密。如果表头的标度尺预先按已知电阻值刻度，就可以用电流表来直接测量电阻了。 欧姆表在使用过程中电池的端电压会有所改变，而表头的内阻Rg及限流电阻R3为常量，故要求RW要跟着E的变化而改变，以满足调“零”的要求，设计时用可调电源模拟电池电压的变化，范围取1.251.6V即可。 DH4508型电表改装与校准实验仪 1台 本仪器内附指针式电流计、标准电压表电流表、可调直流稳压电源、十进式电阻箱、专用导线等。 DH4508型仪器的面板由图6所示。 图6 面板示意图 1标准电压表 2. 标准电压表输出端 3. 稳压电源指示表头 4. 稳压电源输出端 5. 稳压电源调节电位器 6. 指针式电流计 7. 标准电流表 8. 标准电流表输入端 9. RW电位器 10.指针式电流计输入端 11. R1 、R2电阻器 1. 用替代法测量表头的内阻Rg 按图3自拟电路，输出电压应经过电位器。 电压调节置于“2V”，调节电压调节电位器，使输出电压为零；RW置于中间位置；标准电流表用“2mA”档。 注意：接线前，应使电压输出为零；接线后，应逐渐增加电压，同时关注表的读数，如果超过表的量程，应立即减小输出电压。 2将1mA的电流表改装成10mA的电流表，并进行校准 计算分流电阻R2，它与表头并联组成10mA的改装电流表。 按图1的原理图自拟一个校准电路，用标准电流表校准改装电流表，测出分流电阻R2的值。 要求：输出电压部分要接成分压电路，用电位器做为分压电阻，0. 5级的毫安表做为标准表，用电阻箱做为分流电阻。 校准量程：调节输出电压和分流电阻，先在较小的刻度使改装表与标准数值一致；然后，使改装电流表满刻度时与标准电流表数值相同。 校准刻度：校准5个刻度，应使电流单调上升和单调下降各测一次，自拟数据表格。校准时，改装电流表的读数值为Ix，标准电流表的读数为Is。并做出校准曲线。 3. 将1mA的表头改装成2V的电压表，并进行校准。 计算分压电阻Rm。它与表头串联组成2V的改装电压表。 按图2的原理图自拟一个校准电路，用标准电压表校准改装电压表，测出分压电阻Rm的值。 要求：输出电压部分要接成分压电路，用电位器做为分压电阻，0. 5级的电压表做为标准电压表，用电阻箱“R1+R2”作Rm。 校准量程：调节输出电压和分压电阻，先在较小的刻度使改装电压表与标准电压表数值一致；然后，使改装表满刻度时与标准表数值相同。 校准刻度：校准5个刻度，应使电压单调上升和单调下降各测一次，自拟数据表格。校准时，改装电压表的读数值为Vx，标准电压表的读数为Vs。并做出校准曲线。 选做部分： 改装毫安表为欧姆表 改装成欧姆表，用一电源串联一合适的电阻，与电流表串联。当RX被测电阻接入时，会使电流计偏转，不同的RX会引起不同的电流计偏转。用标准电阻箱对电流计的偏转进行刻度标定后，就能用于测量电阻了，这时电流计被改装成欧姆表。表格自拟。 1电流表的改装与校准 表1 改装电流表的数据 表的准确度等级 表头内阻 表头满度电流Ig/ Rg/ 标准表 改装表 扩程后的量程 分流电阻 计算值 实测值 2. 电压表的改装和校准 表2 改装电压表的数据 表的准确度等级 表头内阻 表头满度电压Ug/ Rg/ 标准表 改装表 扩程后的量程 分压电阻 计算值 实测值 电流表和电压表的校准测量数据表格自拟。 电表扩程的方法是什么？如何计算相应的电阻？ 当校准改装后的电表时，标准电压表的示数偏大，则分压电阻是偏大还是偏小？当校准改装后的电流表时，标准电流表的示数偏小，则分流电阻是偏大还是偏小？ 为什么校准电表时需要把电流从小到大测一遍又从大到小测一遍？如果两者完全一致说明什么？两者不一致又说明什么？ 用比较法校准电表时，选择标准表的主要依据是什么？ 若100A的表头，内阻为500，改装 成3V，15V两档电压表，串联电阻该多大？画出电路图；若将上述表头改装成500A，1A两档电流表，并联电阻该多大？画出电路图。 1大学物理实验李平主编，高等教育出版社