关于灵敏电流计内阻的研究

关于灵敏电流计内阻的研究

【摘要】本文通过误差分析和实验数据对比，依据多点测量取平均的原理，对传统的测量方法进行改进，提出了一种近几年开始应用的测量灵敏电流计内阻的新方法。

【关键词】灵敏电流计的使用内阻研究方法

灵敏电流计内阻测定是大学物理实验中电学的常规实验，其内阻是一个重要的电学参量。过去，都假定灵敏电流计处于理想工作状态，一般采用半偏法进行测量，但从我们多年教学实践的情况来看，这种方法测得的内阻或大或小，误差较大，重复性差，不利于学生对误差理论知识的巩固和实践，本文通过对半偏法测定灵敏电流计内阻存在的问题，提出了用变偏法测定电流计内阻的一种方法。

1 电流表的使用方法

1.1 三个按键功能说明

（1）“—”键：设定/确认/提取功能键。

该键的作用是进入仪表的设定状态、提取出原存的设定值，待新的设定值修改完成后再按该键确认修改有效并存入仪表内存，随即再提取出下一个设定值。

（2）“∧”键：显示数据加1/显示窗口切换功能键。在设定状态下单次按该键使数据加1；按住该键不动，显示值将快速增加，松手后停止。在显示状态下（显示测量值）按该键切换显示窗口：测量值/上行程电流最大值/下行程电流最大值/百分比；1）“HA”灯“LA”灯都不亮显示测量值；2）“HA”灯亮显示上行程电流最大记录值；3）“LA”灯亮显示下行程电流最大记录值；4）HA”灯“LA”灯同时亮显示下行程电流最大值与上行程电流最大值的百分比。

（3）“∨”键：显示数据减1/清零功能。在设定状态下单次按该键使数据减1；按住该键不动，显示值将快速减少，松手后停止。在显示状态下按住该键5——6秒等上下限灯同时亮后，则上行程电流最大记录值、下行程电流最大记录值、百分比值都同时被清零。

1.2 仪表参数的设定

在显示状态下按下“—”键显示窗将显示“C109”。“C”是密码的提示符，“109”是密码的基数值，按“∧”和“∨”键将“109”修改成“123”，再按“—”键，即进入设定状态。在此状态下可以修改百分比设定值和误差修正值，百分比设定值的提示符为“P”，误差修正值的提示符为“E”。

1.3 仪表的信号输入

仪表接收0—5A、上行程开关信号、下行程开关信号。仪表以0—5A的电流输入值确定当前系统的电流值；当仪表接收到上行程开关信号后开始记录下行程电流最大值，当仪表接收到下行程开关信号后开始记录上行程电流最大值。

2 灵敏电流计内阻的测定方法

灵敏电流计是一种高灵敏度磁电式仪表。实用中，常常需要知道灵敏电流计的内阻R的值，虽然一般在出厂铭牌上都标有内阻R的值或范围值，但按铭牌标称值用常显粗陋，不能满足要求，这就需要重新测量。在实验教科书上，通常测量内阻的方法是采用二极分压等偏法。这种测量方法，对学生实验时掌握原理，训练操作都是十分必要的。但对一些仅需测出灵敏电流计的内阻值，而非电磁学实验就显得繁杂，测量时间过一长，而且影响实验精度的因素较多夕结果不够理想。下面介绍一种简易的测定内阻的方法—替代法，井就其；厅靠住进行实验研究。

2.1 替代法测量原理

替代法是消除系统误差的常用方法。其原理是在测量时，先对被测量进行测量，然后用已知标准量替代被测量，并改变已知标准量的数值，使测量装置恢复到原来状态，则已知标准量的值就等于被测量的大小。

2.2 半偏法测量原理

在用“半偏电流法”测定电流表G的内电阻Rg的实验中，R和R’是电阻箱，先闭合S1，调节R，使电流表指针偏转到满刻度；再闭合S2，调节R`使电流表指针指在刻度盘的中央。在R>>R’的条件下，近似有Rg=R’。

那么为什么会有近似Rg=R’呢？因为当S2接通时，R’有电流流过，R’和Rg 并联，并联后的电阻减小，电流增加。如果是理想的恒流电源，则电流表上的电压应该下降一半，这样电流才能够减少一半。这时并联电阻上流过的电流与电流表一样，电阻也就一样。但实际电路只是再和R串联。串联后的总电阻小于S2接通以前，所以总电流大于以前。电流大了，电流表上只流过原来一半的电流，所以R’除了要流过原来一半的电流，还要流过增加的电流，所以电阻就要相应的小一点才行，否则电流不够。这就与Rg不一样了，要略小一点。如果R>>R’，则总电阻的变化可以忽略，总电流的变化也就可以忽略。虽然差别小到可以忽略，但毕竟还是有，所以叫做近似。

3 半值法与半偏法测定电流表内阻的比较

全日制普通高级中学教科书《物理》（必修加选修）第二册“把电流表改装为电压表”的实验中，在测量电流表G的内阻时，课本用“半偏法”测量。“半偏法”中实验电路的串联电阻R阻值保持不变，电流、表G的第二次半偏读数是第一次满偏读数的一半，当R）100R’时，可以认为r一R。现介绍另一种精确度比

“半偏法”高得多的测量方法叫做“半值法”“半值法”是在“半偏法”实验电路上，当R）2oor（r为电源内阻）时，可以认为r：-R。用这两种方法测量电流表G的内阻时，虽然实验电路和操作相仿，但实验所用的电源电动势E和电阻R的大小不同，测量结果的精确度也不相同。下面就分析两种方法的电源电动势、串联电阻和精确度三者大小不同的原因，愿与同仁交流和商榷。半偏法测电流表内阻，R是由定值电阻和电位器组成，R是电阻箱。实验时先将R阻值调到最大值位置，闭合开关S，调节尺阻值，使电流表G指针指到满偏19。当R+r》R时，电源内阻很小可以忽略，也就是当R》R时，可以认为电流表G内阻为rg一R。

电流表有内阻，相当于两个电阻并联，为避免分流，减小误差，应使滑动变阻器电阻越大越好。R1>>R2，中R1指的滑线变阻器最大电阻。

4 结语

现在，随着科学技术的发展，灵敏电流表的使用越来越受到人们的重视，教科书中也会详细的讲解其使用规则，还有内阻的测定方法，我们要继续研究灵敏电流表，是其发挥最大的功效，更多的造福人类。

参考文献：

[1]缪兴中.大学物理实验[M].北京：中国教育文化出版社，2004.

[2]牟俊侠，陈鹰南，曾仲宁.关于灵敏电流计灵敏度和线圈运动时间常数的定性与半定量分析[J].大学物理实验，1999.

[3]王廷兴.大学物理实验[M].北京：高等教育出版社，2003.