大学物理实验讲义实验 电表设计与制作
实验25 数字万用电表的设计、制作与校准---讲义
实验二十五 数字万用表的设计、制作与校准数字电表以它显示直观、准确度高、分辨率强、功能完善、性能稳定、体积小易于携带等特点在科学研究、工业现场和生产生活中得到了广泛应用。
数字电表工作原理简单，完全可以让同学们理解并利用这一工具来设计对电流、电压、电阻、压力、温度等物理量的测量，从而提高大家的动手能力和解决问题能力。
【实验目的】1．了解数字电表的基本原理和特性。
2．掌握数字电表的校准方法和使用方法。
3．设计数字万用表（即多量程数字电压、电流和电阻表）。
4．了解交流电压和二极管相关参数的测量。
【实验仪器】ZKDB-A 型数字电表改装试验仪1套（所含模块如下图所示），通用标准万用表1个。
量程转换开关模块交直流电压转换模块 功能：把交流电压转换成直流电压，模块中有电位器进行调整。
参考电阻模块 功能：提供可调参考电阻和可调待测电阻各一个。
三位半数字电压表头AD 参考电压模块功能：提供数字电压表头中模数转换芯片所需的参考电压(Vr-，Vr+)， 有两档（0.1V 和1V ），有电位器可进行电压调节。
【实验原理】 1. 数字电表原理常见的物理量都是幅值大小连续变化的所谓模拟量，指针式仪表可以直接对模拟电压和电流进行显示。
而对数字式仪表，需要把模拟电信号(通常是电压信号)转换成数字信号，再进行显示和处理。
数字信号与模拟信号不同，其幅值大小是不连续的，就是说数字信号的大小只能是某些分立的数值，所以需要进行量化处理。
若最小量化单位为∆，则数字信号的大小是∆的整数倍，该整数可以用二进制码表示。
设∆=0.1mV，我们把被测电量程扩展分压器模块 a 量程扩展分流器模块 a 量程扩展分流器模块 b电流档保护模块 功能：防止过流。
量程扩展分压器模块b量程扩展分档电阻模块电阻档保护模块 功能：防止过压损坏仪器。
待测元件模块功能：提供电阻、二极管、NPN 三极管和PNP 三极管各一个。
GND+5V3K10K二极管测量XDAXDKXDO二极管测量模块电阻档基准电压模块 功能：用于在电阻测量时提供测量基准电压。
实验25 数字万用电表的设计、制作与校准---预习报告
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实验班号
实验号
实验二十五数字万用电表的设计、制作与校准
实验目的：
实验原理及仪器介绍：
1.数字万用电表设计实验仪的数字表头是由哪几部分组成的？
2.根据讲义中表1所列的分压比与量程的关系，写出计算各档分压电阻阻值的过程。
3.根据讲义中图5所示的直流电流表的测量电路，写出计算各档分流电阻阻值的过程。
实验内容及步骤：
1.制作、校准200mV（199.9 mV）直流数字电压表，应按讲义中的图几接线？简述步骤。
2.把200m，应按讲义中的图几接线？简述步骤。
3.在扩展量程时，如何将数字表头的小数点位数与测量量程相对应？
4.制作多量程数字电阻表时，应按讲义中的图几接线？简述步骤。
数据表格：
1.多量程数字直流电压表测量数据
2.多量程数字直流电流表测量数据
3.多量程数字电阻表测量数据
教师签字：
月日
大学物理实验讲义实验电表设计与制作
实验4 电表设计与制作本实验属于设计性实验,请同学们自行查阅资料完成设计性实验报告;实验目的1． 掌握改装电表的原理和校准电表的方法;2． 学会设计单量程电表直流电流表、直流电压表; 3． 学习用万用表检查电路故障的方法;仪器用具HG61303型数字直流稳压电源、GDM-8145型数字万用表、滑线变阻器、FBZX21型电阻箱、C31-V 型电压表、C31-A 型电流表、FB715型物理设计性实验装置、可调电阻及导线若干实验原理1. 将微安表头改装成较大量程的电流表将微安表头改装成较大量程的电流表时,表头与分流器并联,被测电流的一部分流过分流器,一部分流经表头,由表头直接指示,这样,由表头和分流器组成的整体就可量度较大的电流;最简单的单量程电流表的原理图如图4-1所示,分流器只有一个电阻1R ;为方便计算,图中加入了一附加的可调电阻0R ,使表头G 与0R 串联起来,构成了一量限为g I 、等效内阻为g r '的表头本实验要求调节0R 使得k Ω8.10=+='R r r g g;如果要将量程为g I 的表头改装成量程为1I 的电流表,分流电阻1R 的计算公式为：gg g I I r I R -'⋅=11 4-1如果要将微安表改装成有m 个量程分别为1I ,2I ,…的电流表,则分流器中应有m 个电阻,选用分流器中不同阻值的分流电阻,可以得到不同量程的电流档;按照欧姆定律,可计算出各个分流电阻的阻值;2. 将微安表头改装成电压表将微安表头改装成电压表时,表头与分压器串联,被测电压的一大部分降落在分压器上,一小部分降落在表头上,这样,由表头和分压器组成的整体就可量度较大的电压;最简单的单量程电压表的原理图如图4-2所示,分压器只有一个电阻2R ,如果要将量程为g I 、等效内阻为g r 'k Ω8.10=+='R r r g g 的表头改装成量程为1U 的电压表,分压电阻2R 的计算公式为：图4-1 微安表头的扩程方法 图4-2 改装电压表的方法g gr I U R '-=12 4-2 如果要将微安表改装成有n 个量程分别为1U ,2U ,…的电压表,则分压器中应有n 个电阻,选用分压器中不同阻值的分压电阻,可以得到不同量程的电压档;按照欧姆定律,可计算出各个分压电阻的阻值;3. 将微安表头改装成欧姆表微安表头也可以改装成测量电阻的欧姆表,方法是将等效内阻为g r '的微安表头与内阻为E r 的电源E 、可调电阻3R 连接起来,就可构成一个欧姆表本实验欧姆表各档电阻均采用可调电阻,故省去了调零电阻,如图24-3所示;由图可知,欧姆表的总内阻为3R r r R E g++'=内,当欧姆表的a 、b 两端接入待测电阻x R 时,电路中的电流为xR R EI +=内 4-3当E 和内R 一定时,由4-3式可知,电表读数I 与x R 之间有一一对应的关系,因此电表经定标后即可直接读出x R 值;在具体设计制作欧姆表时,应注意以下几点：（1）当0=x R 时即a 、b 之间短接,若调节3R 使指针偏转到表头满刻度的位置,则此时有以下关系： 即gI ER =内 4-4 这时,可把指针偏转到满刻度位置定为欧姆表的零值刻度;如果欧姆表的电源是干电池,则当出现E 下降、E r 变大的情况时,可调节3R 使4-4式仍然成立,即当a 、b 短接时,仍能保证指针刚好指在零欧姆位置;（2）当∞→x R 时即a 、b 之间开路,回路电流为零,这时指针指在表头的零刻度位置上,这个位置可定为欧姆表的无穷大值刻度;由此可见,相对于电压表和电流表而言,欧姆表的刻度尺是反向标度的; （3）当内R R x =时,根据4-3、4-4式有22g I R EI ==内 4-5 这时,指针应指在表头标度尺的正中央位置上,这位置的欧姆表刻度数值称为中值电阻中R ,显然,中R 有以下关系：gI ER R ==内中 4-6 由4-6式可见,中值电阻的大小是取决于电源电动势E 和表头量限g I 的;选用不同的E 和g I 时,欧姆表的中值电阻就不同,依据这一点,我们可以设计一个多量程的欧姆表,以用来测量不同阻值的电阻,如“1⨯”档、“10⨯” 档、“100⨯” 档、“K 1⨯” 档、“K 10⨯”档等等;这里有两点需要注意：① 欧姆表的标度尺刻度是不均匀的;这可以从4-3式看出,当中R R x >>时,标度尺刻度越来越密,读数误差越大,而当中R R x <<时,指针接近满刻度,I 随x R 的变化不明显,因而测量误差也很大,只有当xR 图4-3 改装欧姆表的方法 图4-4 改装低量程欧姆表的方法在中R ~10中R 范围内时,测量才比较准确,因此,应根据待测电阻的大小选择合适的档来测量；② 在设计欧姆表的“1⨯”档、“10⨯” 档、“100⨯” 档时,由于中值电阻较小,电路中的电流将大于表头量限g I ,因此需要在图4-3的电路中给表头并联一个电阻R 以扩大表头的量程,如图4-4所示;例如,若欧姆表电源的电动势为5.1=E V,要求欧姆表“100⨯” 档的中值电阻为Ω,则由4-6式可计算出表头扩程后电路中的总电流为15.15.1=Ω==K V R E I 中mA,再根据图4-4所示的电路计算出需并联的电阻的大小;4. 改装表的校准在改装电表的工作完成后,还需要对改装表进行校准,并作出改装表的校准曲线;校准电表的过程,实际就是将改装表的示数与标准表的示数进行比较的过程;例如,校准电流表的办法是：将改装表与一个用作标准的电流表串联起来接进电路中,给电路通以可调节大小的电流注意不得超过改装表的量程,当改变电流的大小使得改装表的示数x I 按刻度作等间隔变化时,读出相应的标准表的示数S I ,由此可得到各刻度的电流修正值x S x I I I -=∆,作出x x I I -∆曲线,即为该电流表的校准曲线,如图4-5所示;这里应注意三点：①当标准表的示数正好为待校准量程的量限时,改装表应正好满偏；②校准时应以改装表为自变量,读出相应的标准表的读数；③电表的校准曲线应为折线状;根据电表的校准曲线可以修正电表的读数,得到较准确的结果;由校准曲线找出最大误差如图4-5中的m I ∆,可计算出改装表的准确度等级a 参见实验三;实验内容与要求1． 设计一个单量程直流电流表要求将一个量程为=g I 100μA 、内阻为g r 约为Ω的表头改装成量程为5mA 的电流表,完成电路设计、参数计算;2． 电流表校准方案设计：设计电压表校准电路,说明所需仪器、实验步骤; 3． 设计一个单量程直流电压表要求将一个量程为=g I 100μA 、内阻为g r 约为Ω的表头改装成量程为5mA 的电流表,完成电路设计、参数计算;4． 电压表校准方案设计要求同25． 进入实验室前必须完成1~4项,写出设计方案,经老师检查合格,可进行制作与`校准实验; 6． 制作并校准设计好的单量程电表 （1）测量表头内阻g r 的准确值;（2）制作已设计好的电表,注意实验室所提供的电阻均为可调电阻,学生需调节电阻到所需大小,连接好改装表的电路;（3）连接好校准电路,利用实验室给出的数字电表或指针式电表作为标准电表,校准改装表的5mA 档和5V 档,作出校准曲线;实验提示以电流表校准为例：首先校准标准表和改装表的零点；然后校准量程,使标准表对应5mA,观察改装表是否刚好满刻度,若不是,调节分流电阻箱使改装表满刻度和标准表对应5mA 同时满足,记下此时的电阻箱读数R ';随后校准刻度,在被校准的刻度盘上,均匀选取11个校图4-5 改装电流表的校准曲线准点包括零点,其示数为x I ,从小到大依次在校准各点的刻度上,记下标准表相应的读数+I ,再由大到小重复一遍,记下标准表读数-I ,取平均值20-++=I I I ,数据填入下表; （4）描绘电表校准曲线,并计算改装表的准确度等级a; 实验提示：以改装电流为例;表头内阻g r = ,准确度等级a= 级,刻度格为 格;改装表电路图为 ；校准电路图为 ;分流电阻R 计算值为 以g r =Ω作为计算；实际值电阻箱读数R '为 分流电阻箱必须调节到同时满足表头满偏和标准表读数对应5mA;标准表型号 ,档位 ,准确度 ;注意事项1. 测量表头内阻时,通过表头的电流值不得超过表头的量限,更不允许电流反向;2. 注意使用数字标准表电压、电流功能时正确选择接线端口;3. 实验电压应从零缓慢升起;4. 校准前先校正改装表和标准表的零点;5.选择标准表的级别要比被校表高2级以上;例如被校表为级,则应选级以上的电表作为标准表;思考问题1. 校正电流表时,如果发现改装表的读数相对于标准表的读数都偏高,试问要达到标准表的数值,此时改装表的分流电阻应调大还是调小为什么2. 校正电压表时,如果发现改装表的读数相对于标准表的读数都偏低,试问要达到标准表的数值,此时改装表的分压电阻应调大还是调小为什么3. 标准表的准确度等级比表头的准确度等级要低,此时能用该标准表对改装表进行校准,为什么4. 测量表头内阻的方法很多,试设计多种测量电路,比较它们的优缺点;5. 能否把量程为1000uA 、内阻约为100Ω的表头改装成量程为50uA 的微安表头或的电压表为什么。
大学物理试验改装电表
电容器
选择适当的电容器，以实现电表 动态特性的调整。
二极管
选择适当的二极管，以实现正负 极性的测量。
组装和测试
组装
按照改装方案将电阻器、电容器和二极管等元件组装到电表 上。
测试
对改装后的电表进行测试，检查其量程、精度和测量范围是 否符合要求，并进行必要的调整和优化。
04 实验结果与分析
实验数据记录
学习如何改装电表
总结词
改装电表是实验的重要环节，通过改装电表可以了解其工作原理，并提高实验 技能和动手能力。
详细描述
改装电表需要一定的电子技术和实验技能。在实验中，学生需要学习如何调整 电表的内部结构，改变其测量范围或精度。通过改装电表，学生可以更深入地 了解电表的原理，提高自己的实验技能和动手能力。
03 实验方法和步骤
电表工作原理分析
电流表
电流表是用来测量电路中电流的仪器 ，其工作原理基于安培环路定律，通 过测量线圈在磁场中的旋转角度来反 映电流的大小。
电压表
电压表是用来测量电路中电压的仪器 ，其工作原理基于法拉第电磁感应定 律，通过测量电场力对电荷的作用力 来反映电压的大小。
改装方案设计
实验中存在的问题与改进建议
实验操作不规范
在实验过程中，我发现自己有时操作不够规 范，导致测量结果存在误差。为了改进这个 问题，我需要加强实验操作的练习，提高操 作的准确性和稳定性。
实验数据处理不当
在处理实验数据时，我发现自己对数据处理 的方法和技巧掌握不够熟练，导致数据处理 结果不够准确。为了改进这个问题，我需要 加强学习数据处理的方法和技巧，提高数据 处理的能力。
改装效果评估与讨论
改装效果评估
根据实验结果和数据处理结果，我们对 改装效果进行了评估。评估指标包括改 装后电表的灵敏度、误差范围以及稳定 性等。通过与理论预期结果的比较，我 们对改装效果进行了综合评价。
大学物理实验-电子与场-讲义
电子与场带电粒子在电场和磁场中运动是在近代科学技术应用的许多领域中都经常遇到的一种物理现象。
在下面的实验中，主要研究电子在各种电场和磁场中的运动规律。
在这个实验中，把电子看作是遵从牛顿运动定律的经典粒子。
因为在下面实验中，电子的运动速度总是远小于光速（3.00×108 m/s），所以不必考虑相对论效应，而且由于实验中电子运动的空间范围远比原子的尺度要大，也可不必考虑量子效应。
【实验目的】1.了解示波管的构造和工作原理，研究静电场对电子的加速作用。
2.定量分析电子束在横向匀强电场作用下的偏转情况。
3.定量分析电子束在横向磁场作用下的偏转。
4.定量分析电子束在纵向磁场作用下螺旋运动，测定荷质比。
【实验仪器】DH4521电子束测试仪、电源线、10芯专用电缆、52尼康线。
【实验原理】1.小型电子示波管的构造阴极射线管中，电子示波管的构造如图1所示。
包括下面几个部分：图 1 示波管结构图F-灯丝K-阴极G1，G2- 控制栅极A1-第一阳极A2-第二阳极Y-竖直偏转板X-水平偏转板电子枪，它的作用是发射电子，把它加速到一定速度并聚成一细束；偏转系统，由两对平板电极构成。
一对上下放置的Y轴偏转板(或称垂直偏转板)，一对左右放置的X轴偏转板(或称水平偏转板)；荧光屏，用以显示电子束打在示波管端面的位置。
以上这几部分都密封在一只玻璃壳之中。
玻璃壳内抽成高真空，以免电子穿越整个管长时与气体分子发生碰撞，故管内的残余气压不超过610-大气压。
电子枪的内部构造如图2所示。
电子源是阴极，图中用字母K 表示。
它是一只金属圆柱筒，里面装有加热用的灯丝，两者之间用陶瓷套管绝缘。
当灯丝通电时可把阴极加热到很高温度。
在圆柱筒端部涂有钡和锶氧化物，此材料中的电子在加热时较容易逸出表面，并能在阴极周围空间自由运动，这种过程叫热电子发射。
与阴极共轴布置着的还有四个圆筒状电极，电极1G 离阴极最近，称为控制栅，正常工作时加有相对于阴极K 大约-5～-20伏的负电压，它产生的电场是要把阴极发射出来的电子推回到阴极去。
《电表设计与制作》课件
3 故障排除
了解电表故障排除的常见问题和解决方案。
电表的维护和故障排除
了解维护电表的基本要求和方法，以及如何快速排除常见的故障。
电表安装与使用的安全注意事 项
电表的安装和使用需要遵守一些特定的安全规范和操作程序，确保人员和设 备的安全。
电表的类型
常见的电表类型有哪些？它们的优缺点分别是什么？
电表设计要考虑的因素
用户需求
电表的设计应考虑到用户的实际 需求和使用环境。
安全性
电表的设计必须符合相关安全标 准，确保使用过程中的安全性。
准确性
电表的设计应确保高精度的电能 计量，以提供准确的用电数据。
电表示电能使用数据和其他相关信息。
2
电路板
包含电流测量与计算电能的电子元件。
3
电源
为电表供电，确保其正常运行。
电表的电气布线与连接
电表的电气布线与连接对其正确运行和准确计量电能至关重要。了解正确的 布线方法和连接技术以及常见问题的解决方案。
电表的校准与测试
1 校准过程
了解校准电表的过程和标准。
2 测试方法
介绍常用的电表测试方法和设备。
《电表设计与制作》PPT 课件
本课件将介绍电表的设计与制作过程，包括电表的原理、类型、设计注意事 项、组件、电气布线、校准测试、维护故障排除等内容，同时还探讨了电表 安装和使用的安全注意事项。
电表基础知识
电表的介绍
电表是什么？它的作用是什么？我们为什么需要它？
计量原理与方法
电表是如何进行电能计量的？有哪些常用的计量方法？
大学物理实验报告-改装电表
大学物理实验报告-改装电表实验名称：改装电表实验目的：了解电表的工作原理，掌握电表的改装方法以及用电表测量电路的电参数。
实验器材：电表、电源、可调电阻、电容、电感、直流电压表实验原理：电表是电量表的一种，又称电度表或电量计。
在电流指示和电量计量中有着广泛的应用，其主要作用是用来测电路中的电流和电量。
电表的基本工作原理是根据感应法测量电流或电压，其基本部件有感应元件、测量元件和指示元件。
感应元件包括感应电机和感应线圈，它们是通过感应原理来完成电量的测量，通常选用霍尔元件和电容元件来代替传统的感应元件。
测量元件包括磁场矩阵、电流互感器、电压变压器等，这些元件是根据具体的测量需要来进行选用的，其中电流互感器和电压变压器应用范围很广。
指示元件包括液晶显示器、数码管、珠子板等。
液晶显示器是当今最为常见的指示元件，具有体积小、功耗低等优点。
改装电表是利用电表的测量原理，更改电表的接线方式或改变电表的部件，来满足不同的测量需求。
常见的改装电表包括改变电表的量程，改变电表的测量范围和改变电表的灵敏度等。
实验步骤：1.将电表与电源连接，并调整电源的输出电压值。
2.将可调电阻、电容、电感与电路组成不同的电路，然后用电表测量其电参数，比较其测量结果。
3.进行电表的改装，例如更改电表的灵敏度，更改电表的量程等，然后对改装后的电表进行电参数测量。
4.在测量过程中，应根据实验需求来选择合适的电表和电路。
实验结果：完成电表的改装，可以根据实验需要来选择合适的电路和电表，可以更准确地进行电路的电参数测量。
实验结论：改装电表是一项重要的电检测技术，在电路测量和测试中有着广泛的应用。
本实验通过将电表和电性元件相结合，并对电路进行多次改装，可以更好地了解电表的工作原理，掌握电表的改装方法。
然而，在实验过程中也暴露出了一些问题，如对电路的氧化、松动等方面要特别注意，以免影响电路测量精度。
《大学物理实验》教案实验3电表改装与校准
实验四电表改装实验目的1．了解磁电式电表的基本结构。
2．掌握电表扩大量程的方法。
3．掌握电表的校准方法。
实验仪器待改装的表头，毫安表与伏特表（作标准表用），电阻箱，滑线变阻器，直流稳压电源等。
实验原理电流计（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。
1．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I g 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R g 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R S ，如图4－2－1。
这样就能使表头不能承受的那部分电流流经分流电阻R S ，而表头的电流仍在原来许可的范围之内。
设表头改装后的量程为I ，由欧姆定律得gg Sg R I R I I 1gg g g g SI I R I IR I R （4－2－1）式中I ／I g 表示改装后电流表扩大量程的倍数，可用n 表示，则有1nR R g S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R g ／(n －1)的分流电阻R S 即可。
在电流计上并联不同阻值的分流电阻，便可制成多量程的安培表，如图4－2－2所示。
图4－2－1R gI-I gI gIR SGGI g R g R 2图4－2－2R 1I 1I 2同理可得)()()()(212211R R I R I I R I R R I I gg g g g g 则)(1211g g g I I I I R I R )()(12122g g g I I I I I R I R 2．将电流计改装为伏特表电流计本身能测量的电压V g 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R p ，如图4－2－3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V g 。
实验十五 简易万用表的设计与制作
实验十五简易万用表的设计与制作万用表是常用的测量工具，主要是直流计及若干电阻构成。
于万用表具有具有多用途用方便等优点，有着广泛的应用。
本实验主要熟悉万用表的设计及校正。
一实验目的1．了解万用表测量电压、电流以及电阻的基本原理。
2．掌多量程万用表的制作方法。
二实验原理万用表主要磁电式电流计以及一系列电阻构成。
磁电式电流计和不同阻值的分流电阻可构成不同量程的电流表，同样，磁电式电流计和不同阻就构成了不同量程的电压表。
电流计允许通过的最大电流称为电流计量程，用Ig表示，电流计线圈有一定的电阻称为电流计内阻，用Rg表示。
量程Ig与内阻Rg是电流计特性的两个重要参数。
要将磁电式电表改装成量程为I的电流表，只需在电表表头两并联一分流电阻，分流电阻阻值按一下公式计算：RsRgIg/(IIg)。
并联不同的分流电阻可构成不同量程的电流表，如图1所示电流表有四个不同量程。
如果要将电流计改装成量程为U的电压表，则电流计需串联一分压电阻，分压电阻阻值按如下公式计算：RxUIgRg。
串联不同的分压电阻，得到不同量程的电压表，如图2所示。
如果要将表头改成欧姆表，可图3说明原理。
开始短接a、b两端，调节电阻R’使得电流计满刻度，此时：IOE，则当Rx接入回路后，回路电RgR'流为：IxE。
RgRRx所以，一旦E、Rg、R’确定后，回路电流仅Rx 决定。
当RxRgR'时。
IxIo，此时电流表指针指向刻度线中点，这时的电阻Rx 称为欧姆表的中值2电阻。
此方法可在电流计面板上刻度以显示不同的阻值电阻Rx。
于Ix与Rx呈非线性关系，所以欧姆表刻度为非均匀刻度，另外，实际是作为电源的电池也非恒定，所以欧姆表还需作零欧姆调整，实际电路中应增加零欧姆调整电位器。
如果要扩大欧姆表量程，可以采用一下两种方法，一是电流计两端并联不同的分流电阻，二是可提高电源电压。
三实验内容实验室提供5级电流G、电位器、一系列不同阻值电阻以及面包板、电池、单刀单掷开关等元件，完成如下设计：1．设计多量程电流表 2．设计多量程伏特计3．设计欧姆表并作出相应欧姆表的IxRx的对应数据表格和曲线。
数字电表实验
大学物理 实验
A/D模数转换器：
将输入电压和参考电压通过电容器恒流充放电联系在一起，参考
电压一定时，其所能测量的最大输入电压即一定，两者之间的关
系为：
Vxma x 2Vref
A/D模数转换电路的原理：
当输入电压为Vx时，在一定时间T1内对电量为零的电容器进行恒流充电（恒流 电流的大小与待测电压Vx成正比），这样电容器两极板之间的电量将随时间线性 增加，电容器上积累的电量Q与被测电压Vx成正比，T1时间到，充电结束；
大学物理 §3 实验仪器介绍 实验
核心:是一个三位半数字表头，它由数字表专用A/D转换译码驱动集成电路、外围元 件、LED数码管构成。该表头有7个输入端，包括2个测量电压输入端（IN+、IN-）、 2个参考电压输入端（Ur+、Ur-）和3个小数点驱动输入端。
大学物理 实验
四位半通用数字万用表
当数字表头最高位显示“1”（或“-1”）， 而其余位都不亮时，表明输入信号过大， 即超量程。此时应尽快换大量程挡或减 小（断开）输入信号，避免长时间超量 程。
思考：
若r2=1 KΩ, r1= 9 KΩ,
U0=200 mV, 则 Ui0= ？
分压电路原理图
由于r >> r2，所以分压比为
U0 r2 Ui0 r1 r2
扩展后的量程为:
Ui0
r1
r2 r2
U0
大学物理 实验
直流电流
测量电路：
测量电流的原理是：根据欧姆定律，用合适的取样电阻把待
测电流转换为相应的电压，再进行测量。
200mv档直流电压表校准数据表 数字表(mv) 190.0 170.0 150.0 130.0 110.0 90.0 70.0 50.0 30.0 10.0 万用表(mv)
大学物理实验报告基本电表的使用
竭诚为您提供优质文档/双击可除大学物理实验报告基本电表的使用篇一：物理实验万用电表的使用《大学物理实验指导（电磁学部分）》实验九万用电表的使用[目的]1.了解万用电表的基本原理及设计方法；2.学会万用电表的使用。
[仪器和用具]1.万用电表(mF-50型)；2.直流稳定电源(mch-305D-Ⅱ型0-30V、0-5A)；3.单相自耦调压器(500VA0－250V)；4.实验电阻板（3.0KΩ、15K Ω、47KΩ、56Ω、0.62KΩ、1.5KΩ0.25w各1个）；5.电学暗盒（内装有47μF电解电容1个、0.22μF普通电容器1个、；6.3V稳压二极管1个、1n4007硅二极管1个、47KΩ电阻器1个）6.单刀开关；[原理]一、万用电表的基本结构万用电表是实验室常用的一种仪表，可用来测量交直流电压、电流以及电阻等，还可用于检查元器件以及电路，排除电路故障。
万用电表主要由灵敏度较高的磁电系微安表（简称表头）和由转换开关控制的测量电路及保护电路组成。
它实际上是根据电表改装的原理，将一个表头分别通过转换开关连接各种测量电路而改成多量程的电流表、电压表及欧姆表的。
是既能测量直流电流、电压也能测量交流电压的复合表。
各个测量档共用一个表头,表头面盘上有相应于测量各种量的几条标度尺,标度尺按表的功能有各种不同的刻度,以指示相应值。
对于某一测量的内容,一般分成几个大小不同的几档(例如mF50型万用表,其电阻档有×1、×10、×100、×1K、×10K五档，电流有100μΑ、2.5mΑ、25mΑ、250mΑ、2.5Α五档，直流电压有五档，交流电压亦有四档)。
除了电阻档标注的是倍率外，各档标注的均为该挡的量程值。
使用标度尺读数时，应注意不同的测量量不同的量程适用于不同的标尺。
例如：mF50型万用表，电阻档应使用由上往下数的第一条标尺，交流10V档应使用第三条标尺，其余的电流、电压量程均看第二条标尺。
大学物理——电表改装实验的设计与测试
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渭南师范学院学报 表 4 改装表与标准表分别接入电路 次数 1 2 3 4 5 标准表 ( mA ) 改装表 ( mA ) 10 . 00 9. 00 8. 00 7. 00 6. 00 9. 90 8. 80 7. 80 6. 84 5. 88 误差 % 1. 00 2. 22 2. 50 2. 30 2. 40 次数 6 7 8 9 10 取 E= 12V 标准表 ( mA ) 改装表 ( mA ) 5. 00 4. 00 3. 00 2. 00 1. 00 4. 88 3. 88 2. 88 1. 90 0. 90 误差 % 2. 40 3. 00 4. 00 5. 00 10. 00
图 1( a) 中 Rg 是电表的内阻 , RL 是并联分流电阻, Ig 是量程. 并联电阻 RL 后 , 可使电表总量程扩大为 I , 则有: Ug = Ig R g , UR L = ( I Ig )RL , Ug = UR L , 所以 R L = g Rg , 令 : I = n (扩大倍数 ), 故: I I - Ig Ig RL = 1 R g ( 1) n- 1 图 1 ( b) 中 R g 是电表内阻 , R y 是串联分压电阻 , R y 与表头一起组成 了一个伏特计 . 由电路知 : Ug = Ig R g , UR y = Ig R y = U - Ug , 故: U - Ug U Ry = = - Rg ( 2) Ig Ig 把 Ig = 100 A, R g = 2200 的微安表扩程为量程 100mA 的毫安表 . 按照上述原理, 需要串入一分压电 1 阻 RL , 由公式 ( 1) 可求其阻值: RL = 1 Rg = 2200= 2 . 2 n- 1 1000- 1
《大学物理实验》课程教学大纲
《大学物理实验》课程教学大纲适用于本科机械设计制造及其自动化专业学分：3 总学时：48 理论学时：0 实验学时：48一、课程简介大学物理实验是对理工科大学生进行科学实验基础训练的一门独立的必修课，它包括力学、热学、电磁学、光学、原子物理等方面的基础实验内容，是一门实践性课程，是学生进入大学后接受系统实验方法和实验技能训练的开端。
通过本课程的学习使学生了解科学实验的主要过程与基本方法，它旨在培养学生科学素质、动手能力和创新能力等，将为学生后续课程学习和科研工作奠定必要的基础，本课程以基本物理量的测量方法，基本物理现象的观察和研究，常用测量仪器的结构和使用方法为主要内容进行教学，对学生的基本实验能力、分析能力、表达能力和综合性运用能力进行严格的培养。
本课程分两学期进行，每学期24学时。
二、课程实验教学目的与要求实验教学目的：它包括力学、热学、电磁学、光学、原子物理等方面的基础实验内容，通过《大学物理实验》课程的教学，使学生加深对物理现象及基础理论知识的理解，掌握基本仪器的使用方法。
旨在培养大学生科学素质、动手能力和创新能力等，将为学生后续课程学习和科研工作奠定必要的基础.实验教学要求：1. 掌握大学物理实验的基本理论和实验技术知识。
2. 熟练掌握某些物理量的测量原理和常用的测量方法；正确选择与使用实验仪器，合理拟定实验程序和步骤；能准确完成实验数据记录与处理，撰写合格的实验报告。
3. 培养学生严格、细致、实事求是、刻苦钻研、一丝不苟的科学实验态度。
4. 培养学生查阅相关文献的能力；设计实验方案、观察实验现象、分析和解决问题的能力；正确、科学、合理地绘制实验图表的能力；科学规范地撰写实验报告能力；创新意识和创新能力。
三、实验项目及学时分配注：实验类型为选做和必做；实验类别为综合性、设计性、创新性、验证性、演示性等。
说明：本课程总学时为48学时，其中8个必做实验计24学时，从19个选做实验中选择8个实验计24学时。
大学物理实验 基本电路的搭建和测绘实验参考报告
实验名称：基本电路的搭建和元件特性测量实验桌 号 同组人本实验指导教师 实验地点： 基础教学楼1201实验日期 2015年 月 日 时 段一、实验目的1、掌握基本电路的物理思想，了解各种元器件的功能；2、学习用九孔板搭建电路的方法，并学会桥式整流电路和分压、限流电路；3、学习使用数字万用表、数字示波器。
二、实验仪器九孔插件板及配套元器件、数字万用表、数字示波器。
三、实验原理基本电路的搭建是物理实验教学最基本的技能训练，也是今后学习电子技术必须掌握的知识。
所谓基本电路是指由电器设备和元器件，按基本电路原理以分立元件连接起来的电路，如利用元器件电源、电阻、电容、电感、二极管、IC（集成电路模块）和开关构成的限流电路、分压电路、电表扩程、整流、滤波电路、稳压电路、RC、RL暂态电路、电桥电路等 （一）、基本电路构建平台（九孔板）① 九孔板及配套的各种元器件模块1、本实验构建基本电路的平台是九孔插件板（九孔板），它是一种多孔插件模式，实验用的独立元器件可在上面任意安装、组合、拆卸。
如图1。
图1 九孔插件板在它的基板上设置有若干九孔组（图1共有24组），每一个九孔组中的九孔内均设有电极且电极片之间相互连接，即：每一个九孔组的九个孔均为等电位点，与之配套的实验元器件一般选用两脚模块和四脚模块，元器件模块上的相邻各脚之间距离刚好可以使其插接在九孔组之间。
这样，元器件模块就可在插件板上自由安装。
九孔插件板的这种结构，可以使我们在其上自由的连接各种元器件模块，图2 LM7805稳压器 图3 运算放大器（电压放大）电子产品中，三端稳压集成电路有正电压输出的LM78ⅹⅹ系列和负电压输出的分压电阻限流电阻图4 交流变压器 图5限流和分压电阻九孔插件板提供的变压器，如图4，可将市电220V交流电压分别转换为交流6V、12V、限流电阻：通过改变串联在电路中的电阻大小改变电路的电流分压电阻：通过选取定值电阻中，不同阻值上的电压来获得不同电压值图7 数字示波器数字万用表测量时注意：①测量前，先确定好测量量，选择好正确的输入接口、功能档和量程；②测量电流时（根据要测量的电流大小，将红表笔连至A或mA/μA端子，黑表笔连接至COM端子），必须把万用表串接在电路中！即：先将待测电路连接完整，然后断开待测的电路路径，用测试表笔衔接断口。
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实验4 电表设计与制作本实验属于设计性实验，请同学们自行查阅资料完成设计性实验报告。
【实验目的】1． 掌握改装电表的原理和校准电表的方法。
2． 学会设计单量程电表（直流电流表、直流电压表）。
3． 学习用万用表检查电路故障的方法。
【仪器用具】HG61303型数字直流稳压电源、GDM-8145型数字万用表、滑线变阻器、FBZX21型电阻箱、C31-V 型电压表、C31-A 型电流表、FB715型物理设计性实验装置、可调电阻及导线若干【实验原理】1. 将微安表头改装成较大量程的电流表将微安表头改装成较大量程的电流表时，表头与分流器并联，被测电流的一部分流过分流器，一部分流经表头，由表头直接指示，这样，由表头和分流器组成的整体就可量度较大的电流。
最简单的单量程电流表的原理图如图4-1所示，分流器只有一个电阻1R 。
为方便计算，图中加入了一附加的可调电阻0R ，使表头G 与0R 串联起来，构成了一量限为g I 、等效内阻为g r '的表头（本实验要求调节0R 使得k Ω8.10=+='R r r g g ）。
如果要将量程为g I 的表头改装成量程为1I 的电流表，分流电阻1R 的计算公式为：gg g I I r I R -'⋅=11 （4-1）如果要将微安表改装成有m 个量程（分别为1I ，2I ，…）的电流表，则分流器中应有m 个电阻，选用分流器中不同阻值的分流电阻，可以得到不同量程的电流档。
按照欧姆定律，可计算出各个分流电阻的阻值。
2. 将微安表头改装成电压表将微安表头改装成电压表时，表头与分压器串联，被测电压的一大部分降落在分压器上，一小部分降落在表头上，这样，由表头和分压器组成的整体就可量度较大的电压。
最简单的单量程电压表的原理图如图4-2所示，分压器只有一个电阻2R ，如果要将量程为g I 、等效内阻为g r '（k Ω8.10=+='R r r g g）的表头改装成量程为1U 的电压表，分压电阻2R 的计算公式为：g gr I U R '-=12 （4-2） 如果要将微安表改装成有n 个量程（分别为1U ，2U ，…）的电压表，则分压器中应有n 个电阻，选用分压器中不同阻值的分压电阻，可以得到不同量程的电压档。
按照欧姆定律，可计算出各个分压电阻的阻值。
图4-1 微安表头的扩程方法 图4-2 改装电压表的方法3. 将微安表头改装成欧姆表微安表头也可以改装成测量电阻的欧姆表，方法是将等效内阻为g r '的微安表头与内阻为E r 的电源E 、可调电阻3R 连接起来，就可构成一个欧姆表(本实验欧姆表各档电阻均采用可调电阻，故省去了调零电阻)，如图24-3所示。
由图可知，欧姆表的总内阻为3R r r R E g ++'=内，当欧姆表的a 、b 两端接入待测电阻x R 时，电路中的电流为xR R EI +=内 （4-3）当E 和内R 一定时，由（4-3）式可知，电表读数I 与x R 之间有一一对应的关系，因此电表经定标后即可直接读出x R 值。
在具体设计制作欧姆表时，应注意以下几点： （1）当0=x R 时（即a 、b 之间短接），若调节3R 使指针偏转到表头满刻度的位置，则此时有以下关系： 即gI ER =内 （4-4） 这时，可把指针偏转到满刻度位置定为欧姆表的零值刻度。
如果欧姆表的电源是干电池，则当出现E 下降、E r 变大的情况时，可调节3R 使（4-4）式仍然成立，即当a 、b 短接时，仍能保证指针刚好指在零欧姆位置。
（2）当∞→x R 时（即a 、b 之间开路），回路电流为零，这时指针指在表头的零刻度位置上，这个位置可定为欧姆表的无穷大值刻度。
由此可见，相对于电压表和电流表而言，欧姆表的刻度尺是反向标度的。
（3）当内R R x =时，根据（4-3）、（4-4）式有22g I R EI ==内 （4-5） 这时，指针应指在表头标度尺的正中央位置上，这位置的欧姆表刻度数值称为中值电阻中R ，显然，中R 有以下关系：gI ER R ==内中 （4-6） 由（4-6）式可见，中值电阻的大小是取决于电源电动势E 和表头量限g I 的。
选用不同的E 和g I 时，欧姆表的中值电阻就不同，依据这一点，我们可以设计一个多量程的欧姆表，以用来测量不同阻值的电阻，如“1⨯”档、“10⨯” 档、“100⨯” 档、“K 1⨯” 档、“K 10⨯”档等等。
这里有两点需要注意：① 欧姆表的标度尺刻度是不均匀的。
这可以从（4-3）式看出，当中R R x >>时，标度尺刻度越来越密，读数误差越大，而当中R R x <<时，指针接近满刻度，I 随x R 的变化不明显，因而测量误差也很大，只有当x R 在0.1中R ~10中R 范围内时，测量才比较准确，因此，应根据待测电阻的大小选择合适的档来测量；② 在设计欧姆表的“1⨯”档、“10⨯” 档、“100⨯” 档时，由于中值电阻较小，电路中的电流将大于表头量限g I ，因此需要在图4-3的电路中给表头并联一个电阻R 以扩大表头的量程，如图4-4所示。
例如，若欧姆表电源的电动势为5.1=E V ，要求欧姆表“100⨯” 档的中值电阻为1.5k Ω，则由（4-6）式可计算出表头扩程后电路中的总电流为15.15.1=Ω==K V R E I 中mA ，再根据图4-4所示的电路计算出需并联的电阻的大小。
4. 改装表的校准在改装电表的工作完成后，还需要对改装表进行校准，并作出改装表的校准曲线。
校准电表的过程，实际就图4-3 改装欧姆表的方法图4-4 改装低量程欧姆表的方法是将改装表的示数与标准表的示数进行比较的过程。
例如，校准电流表的办法是：将改装表与一个用作标准的电流表串联起来接进电路中，给电路通以可调节大小的电流(注意不得超过改装表的量程)，当改变电流的大小使得改装表的示数x I 按刻度作等间隔变化时，读出相应的标准表的示数S I ，由此可得到各刻度的电流修正值x S x I I I -=∆，作出x x I I -∆曲线，即为该电流表的校准曲线，如图4-5所示。
这里应注意三点：①当标准表的示数正好为待校准量程的量限时，改装表应正好满偏；②校准时应以改装表为自变量，读出相应的标准表的读数；③电表的校准曲线应为折线状。
根据电表的校准曲线可以修正电表的读数，得到较准确的结果。
由校准曲线找出最大误差（如图4-5中的m I ∆），可计算出改装表的准确度等级a (参见实验三)。
【实验内容与要求】1． 设计一个单量程直流电流表要求将一个量程为=g I 100μA 、内阻为g r 约为1.8K Ω的表头改装成量程为5mA 的电流表，完成电路设计、参数计算。
2． 电流表校准方案设计：设计电压表校准电路，说明所需仪器、实验步骤。
3． 设计一个单量程直流电压表要求将一个量程为=g I 100μA 、内阻为g r 约为1.8K Ω的表头改装成量程为5mA 的电流表，完成电路设计、参数计算。
4． 电压表校准方案设计（要求同2）5． 进入实验室前必须完成1~4项，写出设计方案，经老师检查合格，可进行制作与`校准实验。
6． 制作并校准设计好的单量程电表 （1）测量表头内阻g r 的准确值。
（2）制作已设计好的电表，注意实验室所提供的电阻均为可调电阻，学生需调节电阻到所需大小，连接好改装表的电路。
（3）连接好校准电路，利用实验室给出的数字电表或指针式电表作为标准电表，校准改装表的5mA 档和5V 档，作出校准曲线。
实验提示（以电流表校准为例）：首先校准标准表和改装表的零点；然后校准量程，使标准表对应5mA ，观察改装表是否刚好满刻度，若不是，调节分流电阻箱使改装表满刻度和标准表对应5mA 同时满足，记下此时的电阻箱读数R '。
随后校准刻度，在被校准的刻度盘上，均匀选取11个校准点（包括零点，其示数为x I ），从小到大依次在校准各点的刻度上，记下标准表相应的读数+I ，再由大到小重复一遍，记下标准表读数-I ,取平均值20-++=I I I ，数据填入下表。
（4）描绘电表校准曲线，并计算改装表的准确度等级a 。
实验提示：以改装电流为例。
表头内阻g r = ，准确度等级a= 级，刻度格为 格。
改装表电路图为 ；校准电路图为 。
分流电阻R 计算值为 （以g r =1.8k Ω作为计算）；实际值（电阻箱读数）R '为 （分流电阻箱必须调节到同时满足表头满偏和标准表读数对应5mA ）。
标准表型号 ，档位 ，准确度 。
图4-5 改装电流表的校准曲线【注意事项】1.测量表头内阻时，通过表头的电流值不得超过表头的量限，更不允许电流反向。
2.注意使用数字标准表电压、电流功能时正确选择接线端口。
3.实验电压应从零缓慢升起。
4.校准前先校正改装表和标准表的零点。
5.选择标准表的级别要比被校表高2级以上。
例如被校表为1.5级，则应选0.5级以上的电表作为标准表。
【思考问题】1.校正电流表时，如果发现改装表的读数相对于标准表的读数都偏高，试问要达到标准表的数值，此时改装表的分流电阻应调大还是调小？为什么？2.校正电压表时，如果发现改装表的读数相对于标准表的读数都偏低，试问要达到标准表的数值，此时改装表的分压电阻应调大还是调小？为什么？3.标准表的准确度等级比表头的准确度等级要低，此时能用该标准表对改装表进行校准，为什么？4.测量表头内阻的方法很多，试设计多种测量电路，比较它们的优缺点。
5.能否把量程为1000uA、内阻约为100 的表头改装成量程为50uA的微安表头或0.1V的电压表？为什么？。