电表改装与校准实验仪

电流计本身能测量的电压Vg是很低的。为了能测量较高的电压，可在电流计上串联一个扩程电阻Rp，如图3所示，这时电流计不能承受的那部分电压将降落在扩程电阻上，而电流计上仍降落原来的量值Vg。
设电流计的量程为Ig，内阻为Rg，改装成伏特表的量程为V，由欧姆定律得到
（4－2－2）
式中V／Vg表示改装后电压表扩大量程的倍数，可用m表示，则有
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碰，使线圈转动，
由于线圈的转动就扭转与线圈转动轴连接的上下游
丝，使游丝发生形变产生机械反力矩M机，线圈满
刻度偏转过程中的磁力矩M磁只与电流强度有关与
偏转角度无关，而游丝因形变产生机械反力矩
M机与偏转角度成正比。因此当接通电流后线圈在M磁作用下偏转角逐渐增大，同时反力矩M机也逐渐增大，直到M磁＝M机时线圈就很快的停下来。线圈偏转角的大小与通过的电流大小成正比（也与加在电流计两端的电势差成正比），由于线圈偏转的角度，通过指针的偏转是可以直接指示出来。
5.改装电流计为欧姆计
串接式欧姆计的原理图如图6所示,E为电源,表头内阻为Rg,满刻度电流为Ig,R和RW为限流电阻,RX为待测电阻.由欧姆定律可知,电路中的电流由下式决定：
（5）
GRw
RgIg
R
RxE
图6串接式欧姆计改装原理
对于给定的欧姆计(Rg﹑R﹑RW﹑E已给定)IX与RX之间有一一对应的关系.在表头刻度上,将IX表示成RX,即成欧姆计.
图4改装毫安表的校准
3.改装电流计为1V或5V量程量程的伏特计
改装电流计为1V量程的伏特计,按图5用0.5级标准数字伏特计,校正被改装伏特计,从0到满量程,以电流计面板读数为横坐标,以标准表读数为纵坐标用毫米方格纸作校准曲线。
图5改装伏特表的校准
4.定出改装毫安计和伏特计的级别
参考电磁学实验预备知识,但改装表的级别不能高于用来校正的所谓标准表的级别，计算结果的值,向低的级别靠,来确定改装时的电表级别.
由图6和式5可知,当RX为无穷大时,IX=0;当RX=0时，回路中电流最大，IX=Ig，由此可知：
（1）当RX=Rg+R+RW时，IX=1/2Ig，指针正好位于满刻度的一半，即欧姆计标尺的中心电阻值，它等于欧姆计的总内阻。这就是欧姆中心的意义，可将式5改写成式6：
（6）
（2）改变中心电阻R中的值，即可改变电阻挡的量程。如R中=100Ω，测量范围为20Ω至500Ω；R中=1000Ω，测量范围为200Ω至5000Ω，如此类推（注：对于大阻值测量应响应提高电源E的电压），
中值法:当被测电流计接在电路中时,使电流计满偏,再用十进位电阻箱与电流计并联作为分流电阻改变电阻值即改变分流程度,当电流计指针指示到中间值且总电流强度保持不变时,显然这时分电阻值就等于电流计内阻.
G校准表
50
2V
图3替换法测量电表内阻
2.改装电流计为5mA或10mA量程的毫安计
改装电流计为5mA或10mA量程毫安计，按图4用0.5级标准数字毫安计,校正被改装毫安计,从0到满量程,以电流计面板读数为横坐标,以标准表读数为纵坐标用毫米方格纸作校准曲线。
由图7和式8可知，当Rx为无穷大时，Ix＝Ig；当Rx＝0时，Ix＝0。
由此可知：
（1）当Rx＝Rg时，Ix＝1/2Ig，指针正好位于满刻度的一半，即欧姆计标尺的中心电阻值，它等于表头内阻。这就是并接式欧姆计中心的意义。
（2）Ix与Rx，是非线性关系。当Rx<<Rg时，有Ix≈0，此时偏转接近零刻度，随R的变化不明显，因而测量误差大；当Rx>>Rg时，有Ix≈Ig，此时测量误差也大。所以，在实际测量时，只在1/5Rg<Rx<5Rg的范围，测量才比较准确。
电流计允许通过的最大电流称为电流计的量程，用Ig表示，电流计的线圈有一定内阻，用Rg表示，Ig与Rg是两个表示电流计特性的重要参数。
电流计（表头）一般只能测量很小的电流和电压，如果要用它来测量较大的电流或电压，就必须进行改装，扩大其量程。
2．将电流计改装为安培表
电流计的指针偏转到满刻度时所需要的电流Ig称为表头量程。这个电流越小，表头灵敏度越高。表头线圈的电阻Rg称为表头内阻。表头能通过的电流很小，要将它改装成能测量大电流的电表，必须扩大它的量程，方法是在表头两端并联一分流电阻RS，如图2。
R
Rw
图7并接式欧姆计改装原理
并接式欧姆计的原理图如图7所示，E为电源，表头内阻为Rg，满刻度电流为Ig，R和Rw为限流电阻，Rx为待测电阻。流过表头的电流由下式决定：
（7）
（7）式中R'＝RgRx/Rg＋Rx，当R＋Rw>>R'时（7）式可以改写为：
（8）
对于给定的欧姆计（Rg、R、Rw、E已给定），Ix仅由Rx决定，即Ix与Rx之间有一一对应的关系。在表头刻度上，将Ix表示成Rx，即成欧姆计。
可见，要将表头测量的电压扩大m倍时，只要在该表头上串联阻值为 扩程电阻Rp。
三、实验仪器
图4电表改装与校准实验仪面板示意图
1.可变电阻箱2.稳压电源调节电位器及稳压电源指示表头
3.标准电压表4.指针式电流计5.标准电流表
6．Rw电位器7.R1电阻8.电源开关
使用注意事项
注意接入改装表电信号的极性与量程大小，以免指针反偏或过量程时出现“打针”现象。
（3）Ig与R中+RX，是非线性关系。当Rx<<R中时，有IX≈E/R中=Ig，此时偏转接近满刻度，随R的变化不明显，因而测量误差大；当RX>>R中时，有IX≈0，此时测量误差也大。所以，在实际测量时，只在1/5R中<RX<5R中的范围，测量才比较准确。
（4）由于在实际过程中电表多采用干电池，电源电压在使用过程会变化，因此用RW来调零。RgIgG
（3）由于在实际过程中电表多采用干电池，电源电压在使用过程会变化，因此用Rw来调零。
实验中E＝1.0V，R＝750Ω，Rw为470Ω可调电位器，分别把电流计改装为串接式欧姆计和并接式欧姆计，用变阻箱作为可变外接电阻，作出Ix对Rx的电流电阻曲线。
五、思考题
1、校正电流表时发现改装表的读数相对于标准表的读数偏高，试问要达到标准表的数值，改装表的分流电阻应调大还是调小？
2、校正电压表时发现改装表的读数相对于标准表的读数偏低，试问要达到标准表的数值，改装表的分压电阻应调大还是调小？
3、试说明用欧姆表测电阻，如果表头的指针正好指在满刻度的一半处，则从标尺读出的电阻值就是该欧姆表的内阻值？
2、了解电流计的量程Ig和内阻Rg在实验中所起的作用，掌握测量他们的方法。
3、掌握毫安计、伏特计和欧姆计的改装、校准和使用。了解电表面板上符号的含义。
二、实验原理
1、电流计
图1是常见的磁电式电流计的构造，它的主要部分
是放在永久磁场中的由细漆包线绕制成的可以转
动的线圈、用来产生机械反力矩的游丝、指示用
当电流通过线圈时载流线圈在磁场中就产生一磁力矩m碰使线圈转动由于线圈的转动就扭转与线圈转动轴连接的上下游丝使游丝发生形变产生机械反力矩m机线圈满刻度偏转过程中的磁力矩m磁只与电流强度有关与偏转角度无关而游丝因形变产生机械反力矩m机与偏转角度成正比
电表改装与校准实验仪
一、实验目的
1、按照实验原理设计测量线路。
这样就能使表头不能承受的那部分电流流经分流电阻RS，而表头的电流仍在原来许可的范围之内。
式中I／Ig表示改装后电流表扩大量程的倍数，可用n表示，则有
可见，将表头的量程扩大n倍，只要在该表头上并联一个阻值为Rg／(n－1)的分流电阻RS即可。
3．将电流计改装为伏特表
实验仪提供的标准电流表和标准电压表仅作标准时的标准。
四、实验内容
1、测定电流计G的量程Ig和内阻Rg，设计测量电路并测定内阻Rg测量，可以采用替代法和中值法等多种方法。
替代法：如图3所示，当被测电流计接在电路中时，用十进位电阻箱替代它，而且改变电阻值，当电路中的电压不变时，则电路中的电流亦保持不变，则电阻箱的电阻值为被测改装电流计内阻。