实验3.2灵敏电流计实验误差分析
灵敏电流计的研究实验报告
灵敏电流计的研究实验报告竭诚为您提供优质文档/双击可除灵敏电流计的研究实验报告篇一:实验十三灵敏电流计特性的研究实验十三灵敏电流计特性的研究【实验目的】1.了解灵敏电流计的基本结构和工作原理。
2.掌握测量灵敏电流计内阻和灵敏度的方法。
3.学会正确使用灵敏电流计。
【实验仪器】灵敏电流计,直流稳压电源,滑线变阻器,电阻箱,标准电阻,直流电压表等。
【实验原理】灵敏电流计是一种重要的电学测量仪器,它的灵敏度很高,用来检测闭合回路中的微弱电流(约10—10A)或微弱电压(约10—10V),如光电流、生理电流、温差电动势等,更常用作检流计,如作为电桥、电位差计中的示零器。
常见的有指针式、壁架式和光点式等。
本实验研究的是光点式灵敏电流计。
1.光点式灵敏电流计的基本结构和工作原理光点式灵敏电流计的结构如图2.13.1所示。
在永久磁铁之间有一圆柱形软铁芯,使空隙中-6-10-3-6图2.13.1检流计光路图的磁场呈辐射状分布。
用张丝将一多匝矩形线圈垂直悬挂于空隙中,在线圈下端装置了一平面小镜。
从光源发出的一束定向聚焦光首先投射在小镜上,反射后射到凸面镜上,再反射到长条平面镜上,最后反射到弧形标度尺上,形成一个中间有一条黑色准丝像的方形光斑。
当有微弱电流通过线圈时,此线圈(及小镜)在电磁力矩作用下以张丝为轴而偏转,于是小镜的反射光也改变方向。
这个反射光起了电流计指针的作用。
由于这种装置没有轴承,消除了难以避免的机械摩擦;又由于发射光线多次来回反射,增加了“光指针”的长度,使在同样转角下,“光指针针尖”(光斑)所扫过的弧长增加,所以这种电流计的灵敏度得到大大提高。
由此可知,光点式灵敏电流计是磁电式电表的一种。
因此,通过电流计线圈的电流Ig与线圈的偏角θ成正比,由图2.13.2可知,线圈(及小镜)的偏转角θ又与光斑的位移d成正比,所以,通过线圈的电流Ig与光斑的位移d成正比。
即Ig=Kd(2.13.1)式中的比例系数K称为电流计常数,单位是安培/毫米,也就是光斑偏转1毫米所对应的电流值,它的倒数:si?1d(2.13.2)KIg称为电流计的电流灵敏度,显然,si越大(K越小),电流计就越灵敏。
灵敏电流计的研究实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除灵敏电流计的研究实验报告篇一:实验十三灵敏电流计特性的研究实验十三灵敏电流计特性的研究【实验目的】1.了解灵敏电流计的基本结构和工作原理。
2.掌握测量灵敏电流计内阻和灵敏度的方法。
3.学会正确使用灵敏电流计。
【实验仪器】灵敏电流计,直流稳压电源,滑线变阻器,电阻箱,标准电阻,直流电压表等。
【实验原理】灵敏电流计是一种重要的电学测量仪器,它的灵敏度很高,用来检测闭合回路中的微弱电流(约10—10A)或微弱电压(约10—10V),如光电流、生理电流、温差电动势等,更常用作检流计,如作为电桥、电位差计中的示零器。
常见的有指针式、壁架式和光点式等。
本实验研究的是光点式灵敏电流计。
1.光点式灵敏电流计的基本结构和工作原理光点式灵敏电流计的结构如图2.13.1所示。
在永久磁铁之间有一圆柱形软铁芯,使空隙中-6-10-3-6图2.13.1检流计光路图的磁场呈辐射状分布。
用张丝将一多匝矩形线圈垂直悬挂于空隙中,在线圈下端装置了一平面小镜。
从光源发出的一束定向聚焦光首先投射在小镜上,反射后射到凸面镜上,再反射到长条平面镜上,最后反射到弧形标度尺上,形成一个中间有一条黑色准丝像的方形光斑。
当有微弱电流通过线圈时,此线圈(及小镜)在电磁力矩作用下以张丝为轴而偏转,于是小镜的反射光也改变方向。
这个反射光起了电流计指针的作用。
由于这种装置没有轴承,消除了难以避免的机械摩擦;又由于发射光线多次来回反射,增加了“光指针”的长度,使在同样转角下,“光指针针尖”(光斑)所扫过的弧长增加,所以这种电流计的灵敏度得到大大提高。
由此可知,光点式灵敏电流计是磁电式电表的一种。
因此,通过电流计线圈的电流Ig与线圈的偏角θ成正比,由图2.13.2可知,线圈(及小镜)的偏转角θ又与光斑的位移d成正比,所以,通过线圈的电流Ig与光斑的位移d成正比。
即Ig=Kd(2.13.1)式中的比例系数K称为电流计常数,单位是安培/毫米,也就是光斑偏转1毫米所对应的电流值,它的倒数:si?1d?(2.13.2)KIg称为电流计的电流灵敏度,显然,si越大(K越小),电流计就越灵敏。
灵敏电流计特性研究
灵敏电流计特性研究【实验目的】1、 了解灵敏电流计的原理和构造;2、 测定灵敏电流计的阻和电流计常数;3、 观察灵敏电流计的运动状态与外电阻的关系。
【实验原理】一、灵敏电流计的构造:灵敏电流计的构造如下图所示:在极细并富有弹性的金属丝上面悬挂着小镜子血和线圈C,当线 圈通有电流时,线圈所受到的磁力矩匾和金属丝的扭力矩匾平衡时, 线圈将偏转一个角度,有以下关系:M\=N\BSJ& (1) M.-DO(2) M,+M 2=O(3)由以上三式可知: 人= ---- 0 (4)* MBS 】对于小镜子Mo 在这个结构中发挥的作用:做工时可以把a 角做得很小,此时小镜子到读数尺的距离为L,可以 有如下的近似关系:tan(2& + a) = tan 20 ^20 = —L由(5)式和(4)式消去角度可得如下结论:上式中的K 就是灵敏电流计的电流计常数,K 的倒数◎称为电流计的 灵敏度。
而K 和Si 仅仅取决于电流计的各个结构参数。
(5)2N、BsJ = Kd(6)并且注意到,当入射光线到达读数尺之前经过了多次反射,可以进一步提高电流计的灵敏度,这个时候的灵敏电流计称之为复射式灵敏电流计。
它的灵敏度比通常的灵敏电流计更大。
二、灵敏电流计的阻尼特性:灵敏电流计由于采用的是悬挂式的线圈结构,所以摩擦阻尼变得特别小,在读书的过程中,有时候会需要很长的时间停下来,所以需要注意灵敏电流计的阻尼特性。
在线圈运动的过程中,竖直的两边切割磁感线,产生感应电动势,这将会在回路情况下产生电磁阻尼。
通过线圈的电流大小为:.s NBS de”、R &+心八〃所受到的电磁阻尼矩为:EH诜右警(8)由上式可见,电磁阻尼矩总是可外电阻有关的,因此,可以利用这一点在实际实验中让灵敏电流计指针迅速停下来。
可以发现,当外电阻为某个临界电阻值的时候,电磁阻尼矩在某个适当值,会使得指针迅速停下来(曲线III)。
如果阻尼矩稍大,线圈将缓慢的趋于平衡(曲线1【);如果阻尼矩稍小,线圈将在平衡位置附近来回震荡(曲线I )。
实验3.2灵敏电流计讨论分析和心得体会 (2)
讨论、分析和心得体会根据实验1“观察检流计的阻尼运动特性”结论,可以看出,要将检流计作为电流计在电路中使用时,应当将其外电路电阻尽量调整到与C R 相近,保证在实验时不会出现因为外电路太大而产生的长时间震荡和因为外电路太小而便宜速度太慢,很长时间才能达到平衡位置的情况,这样可以节省实验时间,并且还可以提高实验效率和实验精度。
检流计由于其可以检测到很小的电流,我觉得在测高电阻或当作电桥检流计时可以起到很重要的作用,对于提高实验准确度很有帮助。
本实验中所使用的检流计的标度因为是用纸质品制成的,且光斑在偏移一定角度后并没有与标线相重合,而是有一个角度,这对读数产生的影响,也是本实验中的一个系统误差,只有提高实验设备的性能才可以减小该系统误差。
实验中用到了一个 1的小电阻0R ,由于这个电阻的阻值很小,所以在实验中导线电阻对它的影响相对来说就增大了,为了减小导线对小电阻的影响,在0R 两端采用的是四端接线法,减小了导线对实验产生的系统误差。
电学实验中的电路有时候是很复杂的,接线也就需要一些既约方法来保证效率和准确,一般是将电路所需的元件摆好,再分别连接各级电路内部的元件,最后才将各级电路依次连接起来。
检流计由于其内部结构的问题很容易损坏,因此,检流计在不使用时应该是短路的状态,避免因剧烈振动或严重过载而损坏悬丝。
而实验中起到短路作用的仅仅是一根导线,我觉得在检流计上再并联一个开关,可以随时调整其短路、开路状态,避免在接线或实验时由于疏忽而损坏检流计。
测检流计的内阻采用的半偏法和全偏法都会有一定的系统误差。
一开始,我觉得根据实验结果,还可以采用替代法来测检流计的内阻,这样可以消除因为半偏法的估计而产生的系统误差,只有读电压表的偶然误差及变阻箱产生的误差,这样测得的结果应当更准确一些。
这样既方便,又“准确”但是,因为检流计测得的是很小的电流,说明通过该支路的电流非常小,当检流计的指针偏转很大的角度时,电压表示数的改变几乎可以忽略不计,这样的测得的内阻的精度就被缩小了,产生的误差更加大了。
大学物理实验报告系列之灵敏电流计内阻和灵敏度的测定
大学物理实验报告【实验名称】 灵敏电流计内阻和灵敏度的测定【实验目的】1.了解灵敏电流计的结构及工作原理。
2.观察灵敏电流计在欠阻尼、过阻尼及临界阻尼条件下的三种运动状态。
3.掌握测定灵敏电流计内阻和灵敏度的方法。
【实验仪器】灵敏电流计、直流稳压电源、直流电压表、标准电阻、直流电阻箱、停表、单双刀开关。
【实验原理】1.灵敏电流计的工作原理当线圈中通有电流I S 时,由于气隙磁场的作用而产生的电磁力矩推动线圈偏转。
线圈在偏转过程中,支承它的张丝发生扭曲变形,同时产生与电磁力矩方向相反的弹性回复力矩,该力矩与线圈偏转角成正比。
当这两个力矩大小相等时,线圈不再偏转而处于平衡位置a 0,此时有:NSBI g = D α0 (31-1)式中N 为线圈的匝数,S 为线圈的面积,B 为线圈所在气隙处的磁感应强度,D 为张丝的扭转系数。
变换式(31-1)可得:s i g I S I DNSB==0α (31-2) 其中,DNSBS i 定义为电流计的电流灵敏度,其倒数i i S K 1=称为电流计常量,该值通常标明在电流计铭牌上,单位为A/mm 。
这样,电磁阻尼力矩为dtd P α,其中外R R NSB P g +=2)(称为阻力系数,线圈的偏转过程可用下式表示为g NSBI D dtd P dt d J =++ααα22 (31-3) 式中J 为线圈的转动惯量。
(1)当JD P 42<时,称为欠阻尼状态。
P 2/(4JD )越小r 阻尼振荡越明显。
当P = 0时,可分别得其自由振荡频率)(210J D f π=和周期DJT π20=。
(2)当P 2 > 4JD 时,过阻尼状态。
当R 外 = 0时,P 最大,也即阻尼最强。
在实际测量中,我们常利用电流计的这一特点。
(3)当P 2 = 4JD 时,称为临界阻尼状态,相应的R 外称为外临界阻尼电阻。
如果R 外的取值不能满足上述要求,可考虑在电流上串联或并联电阻来实现。
灵敏检流计内阻测量的误差分析
第
卷第 期 年 月
湘 潭师 范 学 院 学 报
V
,
o
l
.
15 N
.
o
.
6
t
o e C ll
g
e
I无 e
l 1994
灵 敏 检 流 计 内阻 测 量 的 误 差 分 析
邓水凤 ①
摘
性差
参考
. 。
要
在 普 物 实 验 中 灵 敏 检 流计 内 阻 测 量 普 追 采 用 的 是 半 偏 法 测 量 此 方 法 测量 误 差 较 大 重 复
(R + R )
R
:
l
:
图
:
则 虽原 理 线 路 图
(1 )
式中
V
一 电压 表 指 示 的 电 压
。
、 ,
(1 ) 式 是近似 式
v
。 二 v
如 用 严 格 的 公 式 计 算 由基 尔 霍 夫 方 程 组 导 出
_ 一
—
灵 敏 检 流 计 内阻
,
。
。
R (R + R )V 二 一 又 竺 止 一 ~ 粤 共毕 井 长 子 舟不 : 二 。 二: , , 毕 。 R ( R 一 + R )+ R (R + R 十 R
(3)
式中
:
K
解 以上 两 式 可 得
—
检 流计的 电流常 数
R
;
一
凡
①
湘潭 大学
如果用
( 算 则得 2 ) 式计
Kd
,
Im~
K d。
R R
o
o
V
。 g (R + R )
灵敏检测电流计特性设计研究报告
一、实验目的1.了解灵敏电流计的基本结构和基本原理,学习其使用方法。
2.测定灵敏电流计的电流常量、内阻和外临界电阻,掌握控制其工作状态的方法。
二、实验原理1、灵敏电流计的基本结构灵敏电流计是一种高灵敏度的测量仪表,它的基本结构如图30-1所示。
在永久磁铁、极之间,安置一个柱形软铁芯,使磁极与软磁芯之间产生均匀的径向磁场,矩形线圈用一根金属悬丝悬挂起来,该金属悬丝不仅作为线圈电流的进出引线,还作为线圈旋转的转轴。
当线圈通有电流时,线圈在磁场中受到磁力矩而发生偏转,同时悬丝被扭转而产生反方向的弹性扭力矩。
在偏转角为时,磁力矩和弹性扭力矩相等,线圈就达到平衡。
在悬丝上粘附一面小圆镜,它把光源射来的光反射到一个弧形标尺上,并形成一光标,如图30-2所示。
设当没有电流通过线圈时,反射光的光标位于弧形标尺的“0”点上。
当有电流通过线圈时,光标指在标尺刻度上。
可以证明,电流的大小与光标偏转的长度成正比,即Ig=Kd (30-1)式中比例常量称为灵敏电流计的电流常量,它在数值上等于光标移动一个单位长度时所通过的电流。
在国际单位中,其单位为安[培]每毫米,记为。
电流常量的倒数称为灵敏电流计的灵敏度,记为。
显然灵敏度愈大,灵敏电流计就愈灵敏。
2、线圈运动的阻尼特性在使用灵敏电流计时,我们常会看到,当通过灵敏电流计的电流发生变化时,光标会摆动很久才逐渐地停在新的平衡位置上,这时读数很费时间。
一般指针式电表由于内部装有磁阻尼线圈,通电后指针很快摆到平衡位置上,而不来回摆动。
灵敏电流计却不可以用这种方法,它的阻尼问题需要借助于外电路来解决,因此需要研究灵敏电流计线圈运动的阻尼问题。
根据电磁感应定律,线圈在磁场中运动,由于切割磁力线而产生感应电动势,相应的感应电流与磁场相互作用而产生阻止线圈运动的电磁阻尼力矩,它的大小与回路的总电阻(电流计内阻与外电阻之和)成反比,即(30-2)由上式可见,通过调节外电路电阻的大小,就可控制阻尼力矩的大小,从而控制线圈的运动状态。
灵敏检流计的误差分析
〔中 图 分 类 号 〕TM934.1
〔文 献 标 识 码 〕 A
〔文 章 编 号 〕 1674 - 3229(2017)04 - 0047 - 02
〇 引言
灵 敏 检 流 计 是 一 种 重 要 的 电 学 测 量 仪 器 ,它具 有灵敏度高的优点, 一 般用来检测闭合回路中的微 弱 电 流 (约 1〇 4〜l 〇_1°A ) 或 微 弱 电 压 (约1〇-3 〜 1〇,0 , 如 光 电 流 、温 差 电 动 势 等 。在 实 验 中 常 用 作 电 桥 测 量 、温 差 电 偶 、电 磁 感 应 及 光 电 效 应 等 。常见 的 灵 敏 检 流 计 又 分 为 指 针 式 、臂 架 式 和 光 标 式 [1],本 文讨论光标式检流计。
电流灵敏度越高。由于通过线圈的电流/,与光斑位
移 d 成 正 比 ,即
Ig =Kd
(3)
那么它的倒数即电流灵敏度就有
测 量 采 用 等 偏 法 ,即 当 !/=[/,时 ,调 /?=札,使 电流计偏转至一定的数值4 例 如 偏 50mm),以后改 变 电 压 至 R 同 时 调 节 使 电 流 计 偏 转 数 不 变 。这 样 可 取 得 一 系 列 [/与 的 对 应 数 据 ,即 :
> > 私,且
是
6c 间 的 电 阻 应 为 私 与 〇?g+/〇
的 并 联 值 ,故
u f K uTT 〜 Rb
( 1)
K 七K
W 广 f"
通过电流计的电流
I = K -d
U
R ^ Rg Ra R + Rg
⑵
[收 稿 日 期 ] [基 金 项 目 ] [作 者 简 介 ]
2017-05-05 廊 坊 师 范 学 院 2 0 1 5 年 校 级 教 改 科 研 项 目 (K 2 0 1 5 -3 2 ) 张 倩 (1 9 8 5 - ) ,女 ,硕 士 ,廊 坊 师 范 学 院 物 理 与 电 子 信 息 学 院 实 验 师 ,研 究 方 向 :凝 聚 态 物 理 。
常用电测仪表测量误差分析
常用电测仪表测量误差分析电测量是指对电磁量(包括由其他形式的物理量通过转换而成的直流电量)的测量,它是当前检测领域中最主要的一种方式。
完成电测量任务的是各种电测仪表,如电能表、电流表、电压表等。
大量统计数据证明,在检测中产生误差有其普遍性和必然性。
分析误差成因,有助于减小误差,提高测量精度。
1 电测仪表的误差分类1.1 随机误差随机误差具有偶然性,其方向和大小不固定。
其具体表现为:在完全相同的条件下,运用相同的测试方法进行多次测量,所观察到的测量结果不同。
引起随机误差的根本原因是微观世界的不确定和剧烈起伏。
随机误差不能消除,但可以处理。
如采用增加重复性测试次数,然后求取算术平均值。
一般来说,重复测量的次数越多,其算术平均值越接近真值。
1.2 系统误差系统误差具有固定的方向(负或正)和大小,一般由确定的原因引起。
系统误差可以校正,甚至完全消除。
1.3 疏失误差疏失误差是由于工作人员的疏忽,如错误接线、错误记录、错误读数等引起的,在实际测量过程中,应该坚决避免该类误差的产生。
2 电测仪表的误差表示2.1 绝对误差即仪表示值与真值之间的差值。
公式为:?驻绝对=A示-A真(1)绝对误差特点:①分正负;②其量纲与被测量相同。
2.2 相对误差即绝对误差与真值的比值,其没有量纲,常用百分比表示。
?驻相对=■×100%≈■×100%(2)相对误差的优势:能用于不同测量方法的比较。
举例:在测50 A 电流时,?驻1绝对为“+0.2 A”;在测20 A电流时,?驻2绝对为“+0.1 A”,从绝对误差角度讲,?驻1绝对大于?驻2绝对,但显然不能就此认为测50 A的方法比测20 A的方法的要落后(因为按误差百分比,前者为0.4%,后者为0.5%,说明后者的误差的相对影响更大)。
工程上常常采用的也是相对误差的形式。
2.3 引用误差主要用来表征仪表自身的准确性能。
?驻引用=■×100%(3)其中,A上限是指仪表测量上限。
灵敏电流计实验报告
灵敏电流计实验报告BME8 鲍小凡2008013215【实验目的】(1)了解电流计的工作原理及其线圈的阻尼运动规律。
(2)测量电流计分度值及内阻,并学习分析误差的方法。
(3)学习正确使用和保护电流计。
【实验原理】一、电流计工作原理及线圈的阻尼运动特性电流计的基本结构如图1所示。
(a)是正视图,(b)是俯视图。
线圈处在水平的、径向局部均匀的磁场B中。
如果线圈中通以电流I g,在磁场作用下它就会产生转动。
要深入了解电流计线圈的运动特性,可写出它的运动方程,并求出其解。
设线圈的转动惯量为J,它在转动时受到三种力矩的作用:(1)通有被测电流I g的线圈在磁场B中所受的力矩M1,设线圈匝数为N,面积为S,则:M1=BNSI g(1)(2)跟悬丝的扭转系数W和线圈偏转角a成正比的悬丝的反抗力矩:M2=−Wα(2)(3)跟线圈角速度dα/dt成正比的阻尼力:(3)M3=−(ρ1+ρ2)dαdt式中ρ1为线圈的空气阻尼系数。
ρ2为线圈的电磁阻尼系数,起因于转动线圈中产生的感应电动势所引起的感应电流,使线圈受到制动作用。
在一般情况下ρ1比ρ2小很多。
所以电磁阻尼系数ρ2可按以下的计算求出。
当处于沿径向均匀的磁场中的线圈具有角速度dα/dt 时,线圈中的感应电动势为 -BNSd α/dt 。
如果内阻为R g 的线圈与外电路电阻 R 2组成闭合回路(R 2是外电路的总等效电阻),则感应电流i ′为BNS(d α/dt)/( R g +R 2).感应电流i’产在磁场B 中受到电磁阻尼力矩的作用,其值为:BNS i ′=−B 2N 2S 2R g +R 2dαdt=−ρ2dαdt 其中: ρ2=B 2N 2S 2R g +R 2(4)式(4)表明:电磁阻尼系数ρ2与线圈回路中的总电阻 (Rg + R 2) 成反比。
那么,线圈在三种力矩的共同作用下的运动方程为:Jd 2αdt2(ρ1+ρ2)dαdt+Wα=BNSI g (5)当电流计的线圈中通以电流Ig 且偏转到αs ,而达稳定状态时,d α/dt =0。
灵敏电流计的特性研究
实验九 灵敏电流计的特性研究实验目的1.了解灵敏电流计的工作原理.2.掌握灵敏电流计内阻和灵敏度的测定方法.3.观察灵敏电流计的三种动动状态.仪器与用具电源,复射式检流计,电压表,电阻箱,标准电阻,滑线变阻器,电子秒表等.实验原理1.灵敏电流计的结构灵敏电流计是一种灵敏度很高的磁电系仪表,它主要用于较量式电磁测量中作指零器,也可用于测量微弱电流和电压,如测量光电流,生物电流,温差电势等.灵敏电流计的内部结构原理如图8-1所示,它与磁电系电流表相同,不同的是转动线圈轻而狭长,以减小其转动惯量,如图8-1所示为直流复射检流计,它是用经过几次反射后形成的光斑代替了指针,相当于指针式电表的指针大大加长了,指针越长,分辨本领越高,加之扭转系数很小的张丝,消除了摩擦,因此直流复射式检流计具有更高的灵敏度,一般达到108~1010分度·安-1(div ·A -1)灵敏度是灵敏电流计的一个重要参数,它的定义式为g i I n S = (8-1)式中n 为通过灵敏电流计的电流为gI 时,光标偏转的分格数(或θ角)仪器铭牌上是用iS 的倒数i S C 1=安·格-1来表示,叫做电流常数.一般C =10-8~10-10安·格-1.据此,我们就可以从光标偏转的格数读出通过灵敏电流计的电流的大小.但是仪器经过长期使用、维修,这些常数是有变化的,使用前必须重新测量. 图8—12.灵敏电流计的运动特性.使用中,我们发现,在某些情况下,当通过它的电流发生变化后,光标会来回摆动很久才逐渐停在新的平衡位置,如在这种状态下进行测量,就很费时间,而一般指针式电表就没有这个问题,一旦通电,指针很快平稳地摆到平衡位置,这是因为指针式电表内部设有阻尼装置,而灵敏电流计动圈的电阻,即电流计的内阻与外电路构成一个回路,这个感生电流与磁场相互作用,就产生一个阻止动圈运动的电磁阻尼力矩P ,该力矩的大小与回路总电阻成反比: 外R R P g +∝1 (8-2)式中外R 为外电路的电阻,显然,控制外R 的大小,就可以控制电磁阻尼力矩的大小,从而控制动圈的运动状态.根据电磁学理论,全面分析电流通电线圈的运动状态为一个二阶线性常系数微分方程: NSBI D dt d P dt d J =++θθθ22 (8-3)式中J 为线圈的转动惯量,外R R NSBI P g +=2)(为电磁阻尼力矩,D 为悬丝的扭转系数,N 、S 、B 、I 分别为线圈的匝数,面积和线圈所处的磁感应强度以及通过动圈的电流强度,解方程(8-3),引入阻尼度: JD P 2=λ (8-4)按阻尼度λ大于,等于和小于1,动圈有三种运动状态:即过阻尼,临界阻尼和欠阻尼运动状态,这三种运动状态下线圈的偏转角θ随时间t 变化规律如图8-2所示.图8—2 θ与t 关系曲线 图8—3①当外R (取等于仪器铭牌所标外临R 值的4倍)较大时,P 则较小,线圈作振幅逐渐衰减的振动,反映光标需经较长时间,才能停在平衡位置,外R 越大,P 越小,振动时间也越长,这种状态叫做阻尼振荡,或叫欠阻尼状态,如图8-2中曲线I .②当外R 较小时(取外R =1/外临R ),P 则较大,线圈缓慢地趋向平衡位置,且不越过平衡位置,外R 越小,P 则越大,达到平衡位置的时间也越长,这种状态叫做过阻尼状态,如图8-2中曲线Ⅱ.③当外R 适当时,(取外R =外临R ),线圈能很快达到平衡位置,且不振动,这是前两种状态的中间状态,叫做临界状态,如图(8-2)中曲线Ⅲ,这时外电路的电阻值外R ,叫做外临界电阻,理论和实际测量都证明,使灵敏电流计工作在略微欠阻尼状态,线圈趋于平衡位置所需时间最短,于是,在实际工作中,往往使外电路的电阻外R 略大于外临R .3.灵敏电流计的电流灵敏度i S 与内阻gR 的测量.它们的测量电路如图8-3所示,其中12R R >>,根据电路有方程: )(311g g CB R R I R I U+== (8-5) 2211R I R I U AB += (8-6)gI I I +=12 (8-7) 将(8-1)、(8-5)、(8-7)式代入(8-6)式中得: AB g i U n R R R R R S )(3112++= (8-8)为了便于实验的方法解出i S 和g R ,将(8-8)式变为: )(1213g AB i R R U nR S R R +-= (8-9)由(8-9)式可见,如果在实验中保持1R 、2R 和n 不变,则3R 与电压AB U 成线性关系,其斜率为n RS R i21,截距为)(1g R R +-,因此在实验中不断地改变AB U ,并相应使)(311g g R R I R I +=,并相应调节3R ,使n 保持不变,然后根据AB U 与3R 的关系,利用图解,求出iS 和g R 的值.实验内容 1.观察灵敏电流计的三种运动状态与3R 的关系,并确定外临界电阻值.按图8-3连接电路,取1R :2R =1Ω:3000Ω,3R 预置等于4倍外临R (仪器铭牌上注有外临界阻值,若不知此值,可采用优选法逐渐逼近求得),然后依次置3R 等于1/4外临R 和外临R .滑线变阻器置于零输出处,接通检流计光路电源,旋钮拨至“直接”档,调零,接通稳压电源,调至6伏,推动滑线变阻器使复射式检流计在三种3R 值下分别使光标满偏(n =50格),断开2K ,同时用秒表记录三种运动状态达到平衡位置不动的时间,确定3R (=外临界电阻之值),并画出三种运动状态曲线.2.求灵敏电流计内阻g R 与灵敏度iS 以及电流常数C 的值.仍按图8—3连接电路,取1R:2R=1Ω:20KΩ,滑线变阻器置于零输出处,调节电源为4伏,将ABU分别调为0.50伏、1.0伏、1.50伏、2.0伏、2.50伏并对应调节3R,使光标每次偏n格(50格),反向2.50伏依次调至0.50伏,再得与之对应的3R'值,取3R'二次平均值,作为3R作ABU与3R'图线,用图解出i S与g R之值,并计算出C.实验结束后置灵敏电流计旋钮于短路处.思考与问答1.灵敏电流计为什么灵敏?2.灵敏电流计动圈在磁场中运动时,受哪几种力作用?力矩产生的原因是什么?3.使用灵敏电流计,为什么要使外电路电阻值接近于外临界电阻值?4.在使用灵敏电流计时,若发现其工作状态处于欠阻尼振荡状态,过阻尼运动状态,采取何种措施使其工作在临界阻尼状态?灵敏度发生变化否?并解释之.5.试用解析法解i S与g R.。
电路实验报告误差分析
电路实验报告误差分析电路实验报告误差分析在进行电路实验时,我们常常会遇到各种误差,这些误差可能来自于测量仪器的精度、电路元件的质量、环境因素等。
准确地分析和处理这些误差对于实验结果的可靠性和准确性至关重要。
本文将围绕电路实验报告误差分析展开讨论。
一、误差来源及分类1. 仪器误差:测量仪器的精度是影响实验结果准确性的重要因素。
仪器误差可以分为系统误差和随机误差两类。
系统误差是由于仪器固有的缺陷或校准不准确导致的,通常是恒定的偏差。
随机误差则是由于测量过程中的不确定性导致的,通常呈正态分布。
2. 元件误差:电路元件的质量和精度也会对实验结果产生影响。
元件误差包括电阻、电容、电感等元件的额定值与实际值之间的差异。
这些误差可能是由于制造工艺、材料质量差异等原因引起的。
3. 环境误差:在实验过程中,环境因素也会对实验结果产生一定的影响。
例如温度变化会导致电阻值的变化,湿度变化会影响电容器的性能等。
二、误差分析方法1. 误差传递法:误差传递法是一种常用的误差分析方法,它通过计算各个误差源对最终结果的贡献来评估实验结果的准确性。
该方法适用于线性系统,可以将各个误差源的误差传递到最终结果上,并进行相应的计算。
2. 统计方法:统计方法是一种较为客观和全面的误差分析方法。
通过多次实验重复测量,可以得到一系列测量值,然后利用统计学方法计算平均值、标准差等统计指标,从而评估实验结果的准确性和可靠性。
3. 灵敏度分析:灵敏度分析是一种通过改变电路参数来评估实验结果对参数变化的敏感程度的方法。
通过计算实验结果对参数变化的导数,可以得到实验结果对参数变化的灵敏度,从而判断参数误差对实验结果的影响程度。
三、误差处理和减小1. 仪器校准:定期对测量仪器进行校准,可以减小仪器误差。
校准可以通过标准参考器件或其他精密仪器进行,校准结果可以用于修正测量结果。
2. 实验设计:合理的实验设计可以减小误差的影响。
例如,在测量电阻时,可以选择合适的测量范围和精度,避免过大或过小的测量范围导致的误差。
大物实验实验3.2灵敏电流计
实 验 用 电 路 图
因电流计非常灵敏,只能通过极小的电流,所以一般用两级分压线路,从第二级分压 的小电阻 R0 上分出一极小的电压 U 0 加在检流计 G 和电阻 R2 上,经计算可得
Ig =
U0 U = R2 + R g ( R1 + R2 + R g ) + ( R2 + R g ) R1 / R0
195.0 195.0 195.0
20.0 40.0 60.0
实验中分析得到,因为半偏法测量过程中的 U 0 增大,而相应的 R2 则会比实际情况的 大,并由全偏法测得的电阻值更准确,因此,在处理这组数据时使用的 R g = 150.33Ω 。
I1 g = =
U0 ( R1 + R2 + R g ) + ( R2 + R g )R1 / R0
R g 。实验条件是两次测量中的 U 0 不变。但 U 0 很小,不便监视,实际测量时是监视电压表
时之不变(这里存在系统误差) ,并使它尽量用到满量程。 方法二简称全偏法,线路图与上图一样。实验时仍先令 R2 =0,调 R1 到原来的一半, 此时逐渐减小 R2 到检流计再次满偏。然后预置 R2 为较大值(如 5kΩ),再减小 R1 到原来 值的一半,此时逐渐减小 R2 到检流计再次满偏,这时 R2 的值即可认为是检流计内阻 R g 的 值。测量时保持电压表的读数不变。
48 48 48 48 48 48
偏 d/2 时 R2 / Ω 156.0 155.0 155.0 155.0 155.0 155.0
调偏 2 分度时对应 的 ΔR ' / Ω 28.0 28.0 28.0 28.0 28.0 28.0
R2 =
从回路灵敏度看灵敏电流计内阻测量的误差
L o gmi I n— n Qi
( col f hs s n h m sy G i o om nvr t, ny g G zo 5 0 1 C ia Sho o P yi dC e i r, uz uN r a U ies G a , n hu50 0 , hn ) ca t h l i y in i
维普资讯
第2 5卷 第 2期 20 0 7年 5月
贵州师范大学学报 ( 然科学版 ) 自
Junl f uzo om l n esy( aua Si cs ora o i uN r a U i r t N trl c ne ) G h v i e
文献标识码 : A 、 中图分类 号 : 4 04
The e r r o he i t r lr ssa e s v y b e stv r o ft n e na e it nc ur e y s n ii e a pe e e e r m h e u n c r u ts n ii iy m r m tr f o t e r t r i c i e stvt
Ab t a t h a e t d c st e r t r ic i s n i vt n t e e p r n f e i tr a e itn e sr c :T e p p ri r u e e n cr u t e st i i x e me t e n lr s a c n o h u i y h i o t n h s b e st e a e e trwi e —b a t o .W e f d t e mi i m fer r a e sf rlc f e y s n i v mp r me e t s mi i smeh d i h n n mu o ro r a o a k o — i h r t r i u ts n i v t d g t y o r d c e e r rt r u h a ay i g t e c u e o e r n u cr i e st i a e st e u e t ro o g n sn a s sb t i t o y a d n c i yn wa h h l h h nh
实验十---灵敏电流计特性的研究[1]
实验十灵敏电流计的研究灵敏电流计也叫直流检流计或检流计,是一种精确的磁电式仪表。
它和其它磁电式仪表一样,都是根据载流线圈在磁场中受力矩作用而偏转的原理制成的,只是在结构上有些不同。
普通电表中的线圈安装在轴承上,用弹簧游丝来维持平衡,用指针来指示偏转。
而灵敏电流计则是用极细的金属悬丝代替轴承,且将线圈悬挂在磁场中,由于悬丝细而长,反抗力矩很小,所以当有极弱的电流流过线圈时,就会使它明显的偏转。
因而它比一般的电流表要灵敏得多,可以测量10-6~10-11A范围的微弱电流和10-3~10-6V范围的微小电压,如光电流、物理电流、温差电动势等;电流计的另一种用途是平衡指零,即根据流过电流计的电流是否为零来判断电路是否平衡。
实验目的1.了解灵敏电流计的结构和工作原理;2.了解灵敏电流计的三种运动状态;3.测定灵敏电流计的临界电阻,电流常数和内阻。
实验原理1、灵敏电流计的构造其结构主要分三部分:磁场部分:有永久磁铁和圆形软铁芯。
永久磁铁产生磁场,圆柱形软铁芯使磁铁极隙间磁场呈均匀径向分布,并增加磁极和软铁之间空隙中的磁场。
偏转部分:可在磁场中转动的线圈,它的上下用金属张丝张紧,张丝同时作为线圈两端的电流引线。
由于用张丝代替了普通电表的转轴和轴承,防止了机械摩擦,电流计的灵敏度得以提高。
读数部分: 有光源、小镜和标尺。
小镜固定在线圈上,随线圈一起转动。
它把从光源射来的光反射到标尺上形成一个光点,此部分相当于指针式电表中很长的指针。
但是指针太长,线圈的转动惯量增大,灵敏度将下降。
为了克服这样的缺点,采用光点偏转法,可使灵敏度进一步大幅度地提高。
有的灵敏电流计常采用多次反射式,使标尺远离电流计的小镜,ACl5型检流计就是此种灵敏电流计。
2、灵敏电流计的读数当有电流通过灵敏电流计的线圈时,线圈受到电磁力矩作用而偏转。
当电磁力矩与张丝的扭转反力矩相等时,线圈就停止在某一位置上,随之标尺上的光标将固定在一定的位置〔例如在标尺的刻度d 上〕起一条“光线指针”的作用.而且,电流I g 与光标的位移d 成正比,即d K I i g ⋅= 〔1〕式中比例常数i K 称为电流计常数;单位是A /mm ,在数值上等于光点移动一个毫米所对应的电流。
电学实验的误差分析
答案:
甲图
1.08103
Rx R
练习3.doc
答案:
⑴乙
R ⑵ RV=
U2 U1 U 2
讨论:
为了使测量结果更精确,在不改变 实验电路的前提下,请你提出一条 建议:
将定值电阻R 替换为电阻箱R(阻值0~9999.9Ω).
R
V
k2
E
k1
练习3.doc
答案:
(Ⅰ)将电源E1改选E2 (Ⅱ)判断电流表的内外接法, 作出相应调整
练习3.doc
答案:
R
① 直流电压表 V 测量电路如图所示
② 本实验中由于电压表的分流作用
V
R0
造成电流表读数总是比测量值小, 造成E测<E真,r测<r真。
E
S
③ 建议一:多测几组R、U数据,分别列方程组求出
E、r,再求出E、r平均值。
建议二:多测几组R、U数据,分别求出相应的Ⅰ
值,用U、Ⅰ数据作出U—Ⅰ图 线,由图线的截距、
系统误差是由于仪器本身不精确或实验方法粗略或实验原理不完善而产生的其特点是多次重复同一实验误差总是同样的偏大或偏小可通过校准测量仪器改进实验方法设计在原理上更为完善的实验减小系统误差
误差分为系统误差和偶然误差。系统误差是由 于仪器本身不精确,或实验方法粗略,或实验原理 不完善而产生的,其特点是多次重复同一实验,误 差总是同样的偏大或偏小,可通过校准测量仪器, 改进实验方法,设计在原理上更为完善的实验减小 系统误差。偶然误差是由各种偶然因素对实验者、 测量仪器、被测物理量的影响而产生的,其特点总 是有时偏大,有时偏小,并且偏大偏小的概率相同, 可通过多次测量求平均值来减小偶然误差。
考试说明
主题
大物实验实验3.2灵敏电流计
式中 U 为电压表 V 的读数。检流计是可以双向偏转的,所以线路中有一换向开关 S 2 可改 变 U 0 的极性,以便测出任一边的偏转读数。 3.测检流计的内阻 方法一采用半偏法:所用线路图与上图完全一样。先令 R2 =0,调节电流 I g ,使电流 计偏转为 d,然后加大 R2 直至电流计的偏转为原来的一半即 d/2,此时即认为 R2 近似等于
I
四、原始数据(附页) 五、数据处理
1. 半偏法测检流计内阻 R g 数据如下表:
测次 1 2 3 4 5 6
U/V 2.420 2.420 2.420 2.420 2.420 2.420
R1 / Ω
9910.0 9910.0 9910.0 9910.0 9910.0 9910.0
R2 =0 时 d/div
BNSi' = −
其中
B 2 N 2 S 2 dα dα = −ρ 2 Rg + R2 dt dt B2 N 2S 2 ρ2 = R g + R2
上式表明:电磁阻尼系数 ρ 2 与线圈回路中的总电阻 ( R g + R2 ) 成反比。 线圈在三种力矩的共同作用下的运动方程为
J
d 2α dα + ( ρ1 + ρ 2 ) + Wα = BNSI g 2 dt dt
α = α s ⎢1 −
⎢ ⎣
式中
⎡
e − βω0t
⎤ sin 1 − β 2 ω 0 t + φ ⎥ ⎥ 1− β 2 ⎦
(
)
φ = arctan( 1 − β 2 / β )
上式表明, 线圈做振荡运动, 其振幅随着时间 t 的增大而衰减。 最后线圈达到稳定偏转 α s 。
一种减小灵敏电流计内阻测量误差的方法
一种减小灵敏电流计内阻测量误差的方法摘 要:灵敏电流计内阻是灵敏电流计的一个重要技能参数,它测量要求精度非常高 ,然而用通常的测试方法测得的结果却难以达到精度要求。
为此,通过对测量线路的灵敏度及电流计零点漂移现象的分析,指出灵敏电流计内阻测量误差的产生的主要原因, 主要是由于测量过程中线路的灵敏度和由电流计温差电动势引起的零点漂移不稳定而造成的,最后采用了相应的减小测量误差的方法。
通过对测量方法的改进,可以得到比较理想的测量结果。
关键词:灵敏电流计;内阻;温差电动势;零点漂移;测量误差Measurement Error and Elimination of Sensitive Galvanometer Internal ResistanceAbstract :The internal resistance is an important electrical parameter of the sensitive galvanometer.It requires to be measured precisely,however,the common measuring method cannot give an accurate result.By analyzing the sensitivity of the measuring circuit and the zero-point drift of the galvanometer,it is show that the reason causing measurement errors is mainly due to the instability of circuit ’s sensitivity and zero drift caused by thermo-electromotive force.Finally,some improved methods for eliminating the error were given,and the expe-rimental result shows that the more ideal measurement result can be obtained.Key words :sensitive galvanometer; internal resistance; the electromotive force; zero drift; measurement1 引言灵敏电流计是供学生实验或实验室检查直流电路中微弱的电流或微小电压用的,它是一种高灵敏度的磁电式仪表。
灵敏电流计特性的研究实验课堂指导
灵敏电流计特性的研究实验课堂指导1、 预习原理情况检测题(课堂讨论)问题1灵敏电流计所以有较高的灵敏度是由于结构上做了哪些改进?问题2表示灵敏电流计灵敏程度的两个物理量及其关系问题3 动圈在磁场中运动受到哪几个力矩的作用?问题4灵敏电流计线圈有几种工作状态?怎样控制线圈的运动状态?简答:可以通过改变外R 的大小来控制电磁阻尼力矩M 的大小。
使电流计在有利的状态下工作,由于阻尼的不同,线圈共有三种运动状态,分别对应教材p118图11-2中三条曲线当R 外较大时,M 阻较小,线圈作振幅逐渐衰减的振荡。
这种状态称为欠阻尼状态。
振幅衰减很慢的欠阻尼运动对测量是不利的,因为它达到平衡的时间太长。
当R →∞外时,M阻0→,线圈做无阻尼的自由震荡。
当R 外适当时,线圈能很快达到平衡位置而又不发生振荡,这种状态称为临界阻尼状态,这时对应的R 外叫做临界外电阻R 外临,R 外临的数值标在铭牌上或说明书中。
这种状态对测量最为有利。
实际测量中通常使电流计工作在近临界的欠阻尼运动状态。
当R R 外外临时,M 阻较大,线圈缓慢地趋向于新的平衡位置,这种状态称为过阻尼状态。
当0R =外时,阻尼最大,这正是短路阻尼电键的作用。
灵敏电流计在不使用时,要将线圈短路止动,以保护线圈悬丝。
2、灵敏电流计的灵敏度I S 和内阻G R 内的测量方法和电路设计说明测量电路见图4,测量思路为:当开关K 1合向②时,有1ab G G G U I R I R =+内∴ab U 与1R 为线性关系可通过改变ab U ,同时再相应改变1R ,使电流G I 保持不变,从而求出G I 、G R 内。
再由G I 和电流计偏转的恒定距离d ,即可算出灵敏电流计的灵敏度I S 。
考虑到所使用的AC15型电流计灵敏度较高,达到109div/安,只能通过很小的电流。
因此操作时,千万不能使其过载。
为此,电路的设计要求电源电压取得较小(5伏以下),而且要经过二级分压,在取第一级分压时,最好使输出电压接近0,第二级分压一定取R 3>104R 2。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
误差分析
1. 半片法测检流计内阻的误差讨论
1. 系统误差
半偏法实验条件要求保持0U 不变,但实际上,“半偏”与“满偏”时2R 不同,0U 也
不同,当将2R 调大时,与0R 并联的电路部分电阻阻值增大,该并联线以外的电阻值不变,因此,由欧姆定律可知,在0R 上的分压增大,即0U 与之前的0U 不同了,而我们在实验时,是将两次测得的0U 看成不变的值,这里即存在了系统误差,实验中采用尽量使得0U 的值达到电压表满偏的地方的方法,以减小由于读数的偶然误差而增加的误差。
另外也可以证明02R R R g -≈。
这里0R 为Ω001.,如果把2R 当作g R ,则有一个固定的系统误差,因此最后确定测量结果时应地这项系统误差进行修正。
修正结果为:Ω=Ω-=-=1715411715502.).(R R R g
2. 由检流计灵敏阈所决定的误差1∆
所谓灵敏阈指引起仪表的示值发生一可察觉变化的被测量的最小变化值。
检流计的灵敏阈可取为0.2分度所对应的电流值。
在检流计中当电流的改变小于灵敏阈时,我们一般很难察觉出光标读数的变化,这就给内阻的测量带来误差。
测灵敏阈的方法是在调好半偏后,可以人为地增大2R 到)'R R (∆+2,使光标偏转减小2个分度,从而推算出0.2分度所对应的电阻的改变值为0.1'R ∆。
故灵敏阈对内阻测量的影响约导致
Ω±=Ω⨯±=∆±=∆80202810101...'R .。
3. 由于电压U 波动所引起的误差2∆
实验要求电压表V 的示值不变,而实际上电压可能有波动,而我们却察觉不出电压表指针的变化。
这项误差可按电压表灵敏阈为0.2分度来考虑,即U 的相对误差约为0.2分度的电压值除以电压表的示值,可得 半偏法:
Ω
±=Ω⨯⨯⨯±=⨯±=∆0367042020020201715722022../)..(./).(R g 电压表示值分度的电压值
上式中的2事由于两个步骤中都要用电压表监视其示值不变。
4. 电阻箱的误差3∆
实验中作2R 使用的电阻箱为0.1级,其误差直接影响测量结果,则: 半偏法测量的3∆为:
Ω
=+⨯+⨯=++=∆175013005017155101N 0050R 0.123.)](..%.[)](.%[ 5. 非线性误差及其它误差
由于检流计某些结构上的原因,电流值与偏转读数不成严格的线性关系,偏转为一半时电流值未必是一半;此外还有0R 值的不准确、环境条件的波动等都会引起误差。
书上要求本实验中这些误差的影响都不要求实验者考虑。
按以上分析,实验者可逐项计算或测定,将结果按方和根合成得到g R 的总不确定度。
()Ω
=+++=+∆+∆+∆=∆8352408017500367082s 2
122222
12R
232221R 2
g
.....)(//
合成后Ω±=835217155..R g 。
2. 电流分度值的测量误差
本实验仅要求用某一次测量的数值对I C 值作误差估算。
估算时可用下式(取d=20时的
实验结果):
4
2
22
22
022
2
2
2
1015521500195171558352500
-⨯=++⎪⎭
⎫ ⎝⎛++=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛+∆+⎪⎭⎫ ⎝⎛∆=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛∆.%)(%).(...%).(R d R R U C R d g R
U I
C
g
I
∴div /A ...C C I
C I C I
I
1248102247101552103523---⨯=⨯⨯⨯=∆⨯
=∆
式中略去了1
R ∆和2
R ∆的影响,因为它们和式中其他各项比起来要小得多。
式中的U ∆为电
压表的示值误差限,d ∆可取为0.5分度,g
R ∆为电流计内阻的不确定度,
%R R
10
=∆,最
后将结果写成I
C I C ∆±的形式:
div /A ..C I 128102247103523--⨯±⨯=。