桂电_设计和组装欧姆表

设计和组装欧姆表
【实验目的】
1. 初步培养学生根据实验要求，设计简单实验的独立工作能力。

2. 通过设计和组装欧姆表及其定标，使学生加深了解欧姆表的原理和结构，以便正确合理的使用
欧姆表。

【实验要求】
1． 将mA I g 1=的表头设计并组装成100⨯R 档的串、并式欧姆表。

要求:1、“001⨯R ”档欧姆表的中值
电阻范围Ω0010≤Z R ≤Ω0015；2、所设计并组装的欧姆表在工作电源V V 65.1~03.1范围能机械调零。

2． 在实验中调试出并式欧姆表限流电阻0R 和电源电压max min ~E E 的实验值。

3． 对并式欧姆表进行定标，并制作出欧姆表表盘。

4． 在实验中调试出串式欧姆表中值电阻z R 和电源电压max min ~E E 的实验值。

5． 测出“100⨯R ”档串式和并式欧姆表在工作电源为1.35V 时的中值电阻，由此分析两种方式欧姆表
的优劣。

【原理的相关提示】 参见教材230228P P - 【仪器列表与已知条件】
DH4508型电表改装与校准实验仪简介
DH4508型电表改装与校准实验仪的已知参数：
Ig=1mA; Rg=155Ω；R G =300Ω；Rw=680Ω。

【设计举例】
思路：根据实验室提供仪器的已知参数，选择满足设计要求的串、并式欧姆表的中值电阻z R ，并计算出相应的限流电阻0R 的设计值和电源电压max min ~E E 调节范围的理论值。

1 、串式欧姆表Ω⨯100档的电路图见图1：
图1 串式欧姆表电路图 图2 并式欧姆表电路图
设电池新时的电动势为max E ，寿命终了时的电动势为min E ，定标时的电动势为0E ，相应电
动势下的中值电阻分别记为max z R 、min z R 、z R 则有：
Ω==
15000
g
z I E R （理论值） g
g w z I E R R R R max
0max =
++= （1） g
g z I E R R R min
0min =
+= （2） 由（1）、（2）式得V I R E E E g w 68.0min max =⨯=-=∆ 取V E E E 16.134.05.120min =-=∆-
=，则V E
E E 84.134.05.12
0max =+=∆+= 由（2）式得：Ω=-=
1005min
0g g
R I E R 综上所述：当中值电阻取Rz=1500Ω时，电源电压的调节范围V 84.1~16.1比设计要求的大，故满足设计要求。

2、并式欧姆表Ω⨯100档的电路图见图2：
设电池新时的电动势为max E ，寿命终了时的电动势为min E ，定标时的电动势为0E ，相应电动势下
的中值电阻分别记为max z R 、min z R 、z R 。

令Ω=1100Rz
由000R R I E R E I g
g z m -==z
g g R E R I E R /000-=⇒ (3) 由图2可看出，当调零电阻调到最大时，电源电压取得最小值min E E =
V R I R R R I R I E g w
G g g g g 2973.1)(
0min =+++=
同理, 当调零电阻调到最小时，电源电压取得最大值max E E =
V R I R R I R I E g G
g g g g 6509.1)(
0max =++=
综上所述：当中值电阻取Rz=1100Ω时，电源电压的调节范围V 6509.1~2973.1比设计要求的大，故满足
设计要求。

【设计步骤】
1. 根据实验室提供仪器的已知参数，选择满足设计要求的串、并式欧姆表的中值电阻Rz；
2. 根据选择的中值电阻计算出相应的限流电阻0R 和电源电压max min ~E E 调节范围的理论值；
3. 假设计算出来的电源电压max min ~E E 调节范围的理论值符合设计要求,则设计结束,否则应重复1、2步骤，直到所选择的中值电阻及计算出来的电源电压max min ~E E 调节范围的理论值符合设计要求。

4. 根据实验要求拟定实验步骤及实验表格，记录数据。

5. 对实验数据进行误差计算，绘制欧姆表表盘，并对结果进行讨论。

【安装与调试】
1． 在实验中调试出并式欧姆表限流电阻0R 和电源电压max min ~E E 的实验值。

按照前面设计的理论值，设置好相应的参数后，按图2接线，然后先调出0R 的实验值，具体调节方法如下：
先由半偏条件( )改变调零电阻 w R 滑动触头位置,再由满偏条件( Ω=0x R )调整0R 的值,经过若干个循环后,最终的0R 值可同时满足满偏和中偏条件(注意:此调整方法若改变顺序,则调整最终不收敛)。

然后再分别调节出min E 和max E 的实验值，方法是：保持0R 的实验值不变，先让电源电源E 的初值为0V，等测电阻Ω=0x R （即a、b 两端短路）
、w R 的阻值调到最大，然后慢慢增大电电压，直到表头满偏，此时电源电压的最终调节值即为min E 的实验值；同理根据max E 的实验条件也可调出其实验值。

完成表1的测量数据。

Z
x
R R =
表1、对并式欧姆表实验参数测试(Rz= Ω)
参数 Ω/0R
V E /min
V E /max
理论值 实验值 相对误差（%）
2． 对并式欧姆表进行定标，并制作出欧姆表表盘。

对实验1中，调出0R 的实验值后，让E=1.5V,分别令电阻箱x R =0、1001⨯、1002⨯、Ω⨯1004等 值按表2对并式欧姆表进行定标。

表2、并式欧姆表定标(E=1.5V)
)100(/⨯Ωx R ∞ 100 70 50 40 30 20 15 11 8 6 4 2 1 0
)(/实测格x N
)
(/理论格x N
相对误差 (%)
3． 在实验中调试出串式欧姆表中值电阻z R 和电源电压max min ~E E 的实验值。

按照前面设计的理论值，设置好相应的参数后，按图1接线（注意：0R 的实验值即为设计值不需要实验调整）。

中值电阻z R 实验值的调节方法是：先让E=1.5V，待测电阻Ω=0x R （即a、b 两端短路）、调节电位器w R 直到表头满偏，然后保持电位器w R 位置不变，调节电阻箱x R 的阻值，直到表头半偏，此时电阻箱的最终调节值即为中值电阻z R 实验值；min E 和max E 的实验值的调节方法与并式欧姆表的类似。

完成表3数据的测量。

表3、对串式欧姆表实验参数测试 (0R = Ω)
参数 Rz/Ω V E /min
V E /max
理论值 实验值 相对误差（%）
4． 测出“100⨯R ”档串式和并式欧姆表在工作电源为1.35V 时的中值电阻，由此分析两种方式欧姆表
的优劣。

并式欧姆表在E=1.35V 时的中值电阻的调节方法是：对实验1中，调出0R 的实验值后，保持不变，让E=1.35V,待测电阻Ω=0x R （即a、b 两端短路）、调节电位器w R 直到表头满偏，然后保持电位器w R 位置不变，调节电阻箱x R 的阻值，直到表头半偏，此时电阻箱的最终调节值即为E=1.35V 时并式欧姆表中值电阻z R 实验值；同理串式欧姆表在E=1.35V 时的中值电阻的调节方法与其在1.5时的方法类拟。

完成表4数据的测量。

表4、1.35V 时串、并式欧姆表中值电阻
组装形式
串式欧姆表
并式欧姆表 1.5V 时的中值电阻/Ω 1100 1.35V 时的中值电阻/Ω 相对误差/%
【实验测量与分析】
1、整理实验参数的设计过程
2、对实验1与实验3中的设计参数的测量结果进行误差分析；
3、计算出定标数据的相对误差，并实测定标数据绘制出欧姆表表盘；
4、分析实验4中的数据，从而比较串式欧姆表与并式欧姆表的优劣性。

【注意事项】
1. 绘制欧姆表表盘时，可从实验中心网站下载空表盘图进行绘制或使用软件直接绘制。

2. 教材229P 中所说的“标准条件下”,指的是0R 实验值调节时电源电压E=1.5V。