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电表改装实验讲义
2015-01-27 16:31 吕江  理学院物理实验中心

实验题目:电表的改装与校准

课时:3学时

教材:《大学物理实验》第2版 天津大学出版社

简介:

微安表只允许通过微安量级的电流,—般只能测量很小的电流和电压。若要用它来测量较大的电流或电压,就必须进行改装,以扩大其量程。改装后的微安表可具有测量较大电流、电压和电阻等多种用途。

实验重点:微安表改装的实验原理与电路测量

难点:微安表改装的实验原理与电路测量

教学目的:

1.了解微安表改装成较大量程电流表和电压表的原理和方法。

  2.学习用比较法校准电表。

教学方法:以演示、讲述为主,采用提问式、启发式教学,结合巡回辅导。

实验要求:

1.课前预习,完成预习报告;

2.独立完成,分析误差来源,完成思考题;

3.课后完成实验报告,能够提出改进建议

实验仪器:磁电式微安表(100表头)、电压表(0.5级)、电流表(0.5级)、电阻箱、滑线变阻器、开关、直流电源等。

实验原理:

1.改装微安表为电流表

用于改装的微安表,习惯上称为“表头”。表针偏转到满刻度所需电流,称为表头的量程。越小,表头灵敏度越高。表头内线圈的电阻称为表头的内阻。由于表头能测量的电流很小,为了扩大量程,可以在表头上并联一个分流电阻Rs,如图1所示。由图可见,如果Rs,则被测电流大部分从分流电阻Rs流过,而只有一少部分的

电流通过表头。表头还保持原来允许通过的最大电流

分流电阻Rs取值的计算方法如下。 

设改装后的表头量程为I,由欧姆定律可导出Ig Rg=I-IgRs。所以 

若将量程扩大n倍,即I=nIg,则 

                         (1) 

表头的Rg﹑在改装前要测出(本实验中,由实验室给出),Ig在表盘上已标出。

由表头和分流电阻Rs构成的整体就是改装后的电流表。此时,电流表的内阻等于RgRs的并联阻值。显然,选用不同的Rs值,就可以得到不同量程的电流表。

2改装微安表为电压表

表头能测量的电压也很小。为了扩大量程,可以在表头上串联一个分压电阻RH,如图2所示。由图可知,RH>Rg时,被测电压的大部分降落在RH上,而表头的电压降很小(仍保持表头的额定电压降)。适当选择RH后,可把表头改装成不同量程的电压表。

RH取值的计算方法如下。设表头的量程为Ig,内阻为Rg,改装成电压表后,其最大量程为U,由欧姆定律得所以,

                        2) 

由表头和分压电阻构成的整体就是改装后的电压表,其内阻为Rg+RH

  3.电表的校准

为正确的使用和减少误差,必须对改装的电流表或电压表应表进行校准,并作出校准曲线。校准的方法如下。 

按电路图45联好电路。如果被校准电表的各个读数为Ix(Ux),标准电表相对应的读数为Is(Us),则被校准电表的修正值为IxIs-Ix(UxUs-Ux)。以Ix(Ux)为横坐标,Ix (Ux)为纵坐标,作校准曲线。我们认为几个校准点的数据是准确的,以此为依据来确定其它读数下的电流(或电压)真值。即用两个点之间的线性内插法来确定,所以相邻两校准点之间应用直线连接。校准曲线如图3所示。一般标准表的级别要比被校表欲定的级别高一到二个级别。

 

实验步骤:

1.将100的表头改装成1mA的电流表

   1) 由式(1)计算出分流电阻Rs值,Rg值由实验室给出。

1)按图4联接电路。对已经改装好的量程为1mA的电流表进行校准。图中RsR分别由电阻箱充当。

   3) 调准改装表和标准表的机械零点。

   4) 校准量程。调节滑线变阻器,使标准表的指示为满刻度,即1.00mA。观察改装表的指示是否满刻度。如果指示不到或超过满刻度,则稍许改变Rs值,使其指示恰好在满刻度上,以符合设计值。

   5) 校准刻度。调节滑线变阻器,使电流从小到大校准五个点。再从大到小重复一遍。

   6) 将测得的Ix和相对应的Is值填入表1中,作Ix—Ix校准曲线图。

2.将100uA表头改装成0-3V电压表

1)由式(2)计算出分压电阻RH值。

2)按图5联接电路。同校准毫安表的实验步骤一样、先调准零点,再校准量程和五个刻度。

3)将测得的Ux和相对应的Us值填入表2中,作Ux —Ux校准曲线图。

实验数据:

 

1   Rg =           Rs(理论)=          Rs(实验)=

Is(mA)

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

1.00

Ix(mA)

Ix(mA)

Ix(mA)平均

IX(mA)

 

2  Rg =        RH(理论)=        RH(实验)=

单位:伏(V) 

Us

0.00

0.50

1.00

1050

2.00

2.50

3.00

Ux↑

Ux↓

Ux平均

Ux

注意事项:

1.滑线变阻器采用分压方法连接。

2.实验中注意电表的正负连接规则,切勿将反向电流通入电表中,以防表头指针反打。

3.将微安表改装成毫安表的实验中,注意保护电阻的选取,确保电表中通过的电流不要超过满偏电流过多。

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