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1、实验实验 电表的改装与校准电表的改装与校准 一、一、 实验目的实验目的(1) 掌握一种测定电流表表头内阻的方法。 (2) 学会将微安表表头改装成电流表和电压表。 (3) 了解欧姆表的测量原理和绘制刻度方法。 二、二、 实验仪器实验仪器磁电式微安表头、标准电流表、标准电压表、滑线变阻器、 电阻箱、电池、开关(单刀单掷和双掷)和导线等。 三、三、 实验原理实验原理1. 将微安表改装成毫安表将微安表改装成毫安表用于改装的微安表,习惯上称为“表头”。使表针偏转到满刻度所需要的电流Ig称为表头的(电流)量程。 Ig越小,表头的灵敏度就越高。表头内线圈的电阻Rg称为表头的内阻， 其值一般很小。欲用该表头测
2、量超过其量程的电流, 就必须扩大它的量程。扩大量程的方法是在表头上并联一个分流电阻Rs, 如图3 -13-1所示。使超量程部分的电流从分流电阻Rs上流过,而表头仍保持原来允许流过的最大电流Ig 。图中,虚线框内由表头和Rs组成的整体就是改装后的电流表。 图 3 - 13 - 1 改装电流表原理 设表头改装后的量程为I, 根据欧姆定律得 ggsgRIRII)(3 - 13 - 1) 所以 gggsIIRIR(3 - 13 - 2) 若I=nIg, 则 1nRRgs(3 - 13 - 3) 当表头的参量Ig和Rg确定后,根据所要扩大量程的倍数n, 就可以计算出需要并联的分流电阻Rs,实现电流表的扩
3、程。如欲将微安表的量程扩大n倍,只需在表头上并联一个电阻值为 的分流电阻Rs即可。 1nRg2. 将微安表改装成伏特表将微安表改装成伏特表微安表的电压量程为IgRg, 虽然可以直接用来测量电压, 但是电压量程IgRg很小, 不能满足实际需求。为了能测量较高的电压, 就必须扩大它的电压量程。扩大电压量程的方法是在表头上串联一个分压电阻RH, 如图3-13-2所示。 使超出量程部分的电压加在分压电阻RH上, 表头上的电压仍不超过原来的电压量程IgRg 。 图 3 - 13 - 2 改装电压表原理图 设表头的量程为Ig,内阻为Rg,欲改成的电压表的量程为V, 则由欧姆定律得 VRRIHgg)(3 -
4、 13 - 4) 所以 ggHRIVR(3 - 13 - 5) 可见, 要将量程为Ig的表头改装成量程为V的电压表, 须在表头上串联一个阻值为RH的附加电阻。同一表头,串联不同的分压电阻就可得到不同量程的电压表。 3. 将微安表改装成欧姆表将微安表改装成欧姆表将微安表与可变电阻R0(阻值大)、Rm(阻值小)以及电池、开关等组成如图3 - 13 - 3所示电路, 就将微安表组装成了一只欧姆表。图中, Ig、Rg是微安表的量程和内阻, E、 r为电池的电动势和内阻。a和b是欧姆表两表笔的接线柱。 图 3 - 13 - 3 改装欧姆表原理图 设a、b间由表笔接入待测电阻Rx后, 通过Rx的电流为Ix
5、, 流经微安表头的电流为I。 根据欧姆定律有 mxgmgmxxRRERRRRRRrREI)()(00由 ),0 xgmRrRRR(3 - 13 - 6) 和 mxgRIIRRI)()(0(3 - 13 - 7) 解得 mxgmxmgmRRERRRIRRRRI00)(0gmRRR(3-13-8)图 3 - 13 - 4 欧姆表刻度盘 由式(3-13-8)可以看出, 欧姆表有如下特点: (1)当Rx=0(相当于外电路短路)时,适当调节R0(零欧调节电阻)可使微安表指针偏转到满刻度, 此时 ggIRREI0当Rx=（相当于外电路断路)时，I=0，微安表不偏转。可见,在欧姆表刻度尺上，指针偏转最大时示
6、值为0；指针偏转减小，示值反而变大；当指针偏转为0时，对应示值为。欧姆表刻度值的大小顺序跟一般电表正好相反。 (2) 当 mgmgmxRRRRRRRrR)()(00时，有 ggmxmIRRERRRI210即当待测电阻等于欧姆表内阻时, 微安表半偏转, 指针正对着刻度尺中央。此时,欧姆表的示值习惯上称为中值电阻, 亦即R中=Rm。 当 ) 1(4332nI，InRRI，IRRI，IRRgxgxgx时时时中中中由此可见, 欧姆表的刻度是不均匀的, 指针偏转越小处刻度越密。上述分析还说明了为什么欧姆表测量前必须先将a、b两端短路以及调节R0使指针偏到满刻度(对准0 )。 另外，由于欧姆表半偏转时测量
7、误差最小。因此，尽管欧姆表表盘刻度范围从0到，但通常只取中间一段(l/5R中5R中)作为有效测量范围。若待测电阻阻值超出这个范围，可将Rm扩大10倍、100倍，从而使R中也扩大同样倍数。如图13-4所示，只要在欧姆表面板上相应标上Rx10、Rx100、等字样，就可以方便地测量出各档电阻的阻值。测量时选用Rx10档？还是Rx100档？，应由Rx的估计值决定，原则上应尽量使欧姆表指针接近半偏转（Rx接近R中）为好。 四、实验内容四、实验内容. 测量表头内阻测量表头内阻：本实验用替代法测量表头内阻，电路图如图13-5所示。测量时先合上K1，再将开关K2扳向“1”端，调节和,使标准电流表mA示值对准某
8、一整数值（如80A），然后保持（的C端）和不变，将K2扳向“2”端（以代替）。这时只调节，使标准电流表mA示值仍为I0（如80A）。这时，表头内阻正好就等于电阻箱的读数。实验中要求按表格13-1测量五次。注意：实验过程中A和mA两表示值不同步并不影响的测量，但标准表mA的电流不能超过1mA！ 图图13-5 替代法测表头内阻电路图替代法测表头内阻电路图表表3 - 13 - 1 测量表头内阻数据表测量表头内阻数据表 I/A 60.0 80.0 90.0 gR/ gR/ . 将将100A的表头改装成量程为的表头改装成量程为1mA的电流表的电流表按图13-6连接好线路。（1）根据测出的表头内阻Rg ，
9、求出分流电阻RS（计算值）。然后将电阻箱RS调到该值后，图中的虚线框即为改装的1mA电流表。（2）校准电流表量程：先调好表头零点（机械零点），然后调节R1和R2使标准表mA示值为1mA。这时改装表A示值应该正好是满刻度值，若有偏离，可反复调节R1、R2和RS，直到标准表和改装表均和满刻度线对齐为止，这时改装表量程就符合要求，此时RS的值才为实验值，否则电流表的改装就没有达到要求！（3）校正改装表：保持RS不变，调节R1、R2使改装表示值Ix按表13-2的要求（即由1.00、0.90、直到0.10mA变化）也就是表头示值由100、90、直减到10A，记下标准表mA的相应示值IS。 图图13-6
10、校正电流表电路图校正电流表电路图表表3 - 13 - 2 电流表校正数据表电流表校正数据表 分流电阻Rs: 计算值=_;实验值=_ IX /mA 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 IS /mA IX=IS-Ix /mA (4) 以改装表示值Ix为横坐标, 以修正值Ix =Is- Ix为纵坐标, 相邻两点间用直线连接, 画出折线状的校正曲线Ix Ix, 如图3 - 13 - 7所示。 图 3 - 13 - 7 电流表校正曲线 3. 将将100A的表头改装成量程为的表头改装成量程为1V的电压表的电压表：参考改装电流表的步骤，先求出分
11、压电阻RH（计算值），按图13-8接好线路，将表头组装成量程为1V的电压表；测出分压电阻RH的实验值，并保持其不变，调节R1、R2，使改装表由满刻度开始逐渐减小直到零（表头A示值由100、90、直减到10A）；同时记下改装表（Ux）和标准表（US）相应的电压读数，将数据填入表13-3中。同样画出折线状的电压表校正曲线UxUx。 图图13-8 校正电压表电路图校正电压表电路图表表3 - 13 - 3 电压表校正数据表电压表校正数据表 分压电阻RH: 计算值=_; 实验值=_ Ux/V 0.10 0.20 030 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 US/V Ux
12、=US-Ux /V 4. 将将100A的表头改装成中值电阻为的表头改装成中值电阻为120的欧姆表的欧姆表(选做选做)(1) 按图3-13-3连接好电路,此时已组装好欧姆表。组装通电前, 应调好电阻箱R0、R1的阻值。 (2) 用电阻箱代替Rx,使Rx0时, 微安表指针对准满刻度值。 (3) 根据表3 - 13 - 4所测出的数据, 画出欧姆表刻度盘。 表表3 - 13 - 4 改装欧姆表数据表改装欧姆表数据表 R0= R1= Rx/ 0 20 30 40 50 80 120 I/A Rx/ 150 200 300 400 500 1000 I/A 五、问题讨论五、问题讨论1. 给定一个已知量限为的表头，改装成量限为I的电流表，试说明其主要方法及步骤。 2. 将一个量程为，内阻Rg=1000的表头，欲改装成量限为5V和10V的电压表，试画出改装电路图并分别计算附加电阻RH的值。