实验一基本电工仪表的使用与测量误差的计算

电工电子实验指导

理工组：张延鹏

实验一 基本电工仪表的使用与测量误差的计算

一、实验目的

1．熟悉实验台上仪表的使用和布局； 2．熟悉恒压源与恒流源的使用和布局； 3．掌握电压表、电流表内电阻的测量方法； 4．掌握电工仪表测量误差的计算方法。 二、实验原理

通常，用电压表和电流表测量电路中的电压和电流，而电压表和电流表都具有一定的内阻，分别用R V 和R A 表示。如图1-1所示，测量电阻R 2两端电压U 2时，电压表与R 2

并联，只有电压表内阻R V 无穷大，才不会改变电路原来的状态。如果测量电路的电流I ，电流表串入电路，要想不改变电路原来的状态，电流表的内阻R A 必须等于零。但实际使用的电压表和电流表一般都不能满足上述要求，即它们的

内阻不可能为无穷大或者为零，因此，当仪表接入电路时都会使原来的状态发生变化，使被测的读数值与电路原来的实际值之间产生误差，这种由于仪表内阻引入的测量误差，称之为方法误差。显然，方法误差值的大小与仪表本身内阻值的大小密切相关，我们总是希望电压表的内阻越接近无穷大越好，而电流表的内阻越接近零越好。

可见，仪表的内阻是一个十分关键的参数。通常用以下方法测量仪表的内阻。 1.用“分流法”测量电流表的内阻

设被测电流表的内阻为R A ，满量程电流为I m ，测试电路如图1-2所示，首先断开开关S ，调节恒流源的输出电流

I ，使电流表指针达到满偏转，即I =I A =I m 。然后和上开关

S ，并保持I 值不变，调节电阻箱R 的阻值，使电流表的指针在1/2满量程位置，即I A = I S = I m / 2

则电流表的内阻R A =R 。 2.用“分压法”测量电压表的内阻

设被测电压表的内阻为R V ，满量程电压为U m ，测试电路如图1-3所示，首先闭合开关S ，调节恒压源的输出电压U ，使电压表指针达到满偏转，即U =U V =U m 。然后断开开关S ，并保持U 值不变，调节电阻箱R 的阻值，使电压表的指针在1/2满量程位置，即U V = U m = U m / 2

可调恒压源 R V U m

图1-3

图1-2

可调恒流源

R 1

则电压表的内阻R V = R 。

图1-1电路中，由于电压表的内阻R V 不为无穷大，在测量电压时引入的方法误差计算如下：

R 2上的电压为：

2

212R U U

R R =

+，若R 1=R 2，则U 2

=U /2

现用一内阻R V 的电压表来测U 2值，当R V 与R 2并联后，

/2

22V V R R R R R =

+,以此来代替上式的

R 2，则得

22

22

12V V V V R R R R U U

R R R R R +'=+

+

绝对误差为

22

2212222121212211

2

()()()V V V V V V R R R R R R R U U U U U

R R R R R R R R R R R R R R R +'∆=-=-⋅=⋅++++++

若R 1=R 2= R V ，则得△U =U /6

相对误差 22

00000000

2

610010033.32U U U U U U '-∆=⨯=⨯=

本试验使用的电压表和电流表采用表头（1mA 、160Ω）及其制作的电压表（1V 、10V ）和电流表（1mA 、10mA ）。 三、实验设备

1．直流数字电压表、直流数字电流表（EEL-06组件或EEL 系列主控制屏）

2．恒压源（EEL-Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ均含在主控制屏上，根据用户的要求，可能有两种配置：（1）+6V(+5V),+12V,0-30V 可调或（2）双路0-30V 可调。） 3．恒流源（0-500mA 可调）

4．EEL-23组件（含电阻箱、固定电阻、电位器）或EEL-51组件

5．EEL-30组件（含磁电式表头1mA 、160Ω，倍压电阻和分流电阻，电位器） 四、 实验内容

1．据“分流法”原理测定直流电流表1mA 和10mA 量程的内阻

实验电路如图1-2所示，其中R 为电阻箱，用×100Ω、×10Ω、×1Ω三组串联，1mA 电流表用表头和电位器RP2串联组成，10mA 电流表由1mA 于分流电阻并联而成，两个电流表都需要与直流数字电流表串联（采用20mA 量程档），由可调恒流源供电，调节电位器RP2

校准满量程。实验电路中的电源用可调恒流源，测试内容见表1-1，并将实验数据记入表中。

表2-1 电流表内阻测量数据

2. 根据“分压法”原理测定直流电压表1V和10V量程的内阻

实验电路如图1-3所示，其中R为电阻箱，用×1000Ω、×100Ω、×10Ω、×1Ω四组串联，1V、10V电压表分别用表头、电位器RP1和倍压电阻串联组成，两个电压表都需要与直流数字电压表并联，由可调恒压源供电，调节电位器RP1校准满量程。实验电路中的电源用可调恒压源，测试内容见表1-2，并将实验数据记入表中。

表1-2 电压表内阻测量数据

3．方法误差的测量和计算

实验电路如图1-1所示，其中R1=300Ω,R2=200Ω，电源电压U=10V（可调恒压源），用直流电压表10V档量程测量R2上的电压U2之值，并计算测量的绝对误差和相对误差，试验和计算数据记入表1-3中。

表1-3 方法误差的测量与计算

五、实验注意事项

1．台上的恒压源、恒流源均可通过粗调（分段调）波动开关和细调（连续调）旋钮调节其输出量，并由该组件上的数字电压表、数字毫安表显示其输出量的大小。在启动这两个电源时，应显示其输出电压或电流调节旋钮置零位，待实验时慢慢增大。

2．恒压源输出不允许短路，恒流源输出不允许开路。

3．电压表并联测量，电流表串入测量，并且要注意极性与量程的合理选择。

六、预习与思考题

1．根据已知表头的参数（1mA、160Ω），计算出组成1V、10V电压表的倍压电阻和