电表的改装与校正

普通物理试验IV
题目：电表的改装与校正
学院：物理与电子工程学院
班级：2013 级物理学三班
姓名：马维康
学号：201372010340
电表的改装与校正
学院：物理与电子工程学院班级：物理学三班姓名：马维康学号：201372010340摘要:
本实验采用采用半偏法、惠斯通电桥法以及替代法来测量表头的内阻；将量程为500μA的微安表改装成15mA和3040mA多量程的电流表，以及将500μA的微安表改装成15V和30V的电压表，然后分别用标准表和电位差计对改装表进行校正。

通常的电压表、电流表、欧姆表都是由电流表、电阻等组合而成的。

改装电表，首先需要知道电流表的三个数据：满偏电流Ig、满偏电压Ug、内电阻Rg.这三个数据中,知道任何两个就可以根据欧姆定律计算出第三个.电流表的满偏电流Ig可以从它的刻度盘上直接读出,Ug或Rg可以用实验方法测出.
关键词：
半偏法；替代法；内阻；扩程电阻；改装电流表；改装电压表
引言：
本实验有几个比较明确的目的。

首先，通过本实验，要掌握半偏法、惠斯通电桥法、替代法等几种基本的测表头电阻的原理及其方法。

其次，在知道表头电阻以后，能够利用表头制成不同量程的电流表及电压表，在此过程中，必须掌握其原理。

最后，要求我们能够熟练应用电势差计校准所制成的电流表或电压表，并能熟练地画出其校正曲线。

在此实验中，还应该熟练应用辅助软件以更准确地记录数据而后画出校正曲线。

除此之外，此实验是合作探究性实验，因此，通过本实验可以更好地增强团队协作性。

正文：
实验仪器：
微安表、电阻箱、直流稳压电源、开关、导线、标准电流表、电位差计、检流计实验原理：
1.表头内阻的测量
测量内阻Rg的方法很多种，主要有伏安法，惠斯通电桥法，替代法，补偿法，半偏法等，本实验采用半偏法、替代法和惠斯通电桥法分别对内阻进行测量。

1.1半偏法
电路图如下图所示，首先断开开关S1和S2，把滑动变阻器的滑片滑到R1的电阻最大端，然后闭合开关S1，滑动滑片，使电流计G的指针刚好达到满偏，再闭合开关S2，接着缓慢调节电阻箱R0的阻值，使电流计的指针恰好指到一半刻度处，即半偏位置，这时“读出”电阻箱的阻值就是待测电流计内阻的测量值。

（图1）半偏法测电阻
1.2惠斯通电桥法
图2是惠斯通电桥的原理图。

图中R1 、R2和Rs是已知阻值的电阻，它们和被测电阻Rx连成一个四边形，每一条边称作电桥的一个臂。

四边形的对角A和B之间接电源E；对角C和D之间接有检流计G，它像桥一样。

电源接通，电桥线路中各支路均有电流通过。

当C、D两点之间的电位不相等时，桥路中的电流IG≠0，检流计的指针发生偏转；当C、D两点之间的电位相等时，“桥”路中的电流IG=0，检流计指针指零，这时我们称电桥处于平衡状态。

当电桥平衡时，可得到Rx的测量公式为：
Rx/Rs=R
1/R
2
（1）
当R1=R2时，有Rx=Rs
（图2）惠斯通电桥法测电阻
1.3替代法
图3是替代法的原理图。

此方法多使用了一个比表头G量程大几倍的电流表A，先闭合K1，然后将K2打到B，调节电流表A 的指针使其指到一个电流I,然后将K2打到A，调节电阻箱Rs，使电流表A的指针仍然指到I，则可得Rs= Rx ，其原理图同半偏发一样，只是将其中的R2换成电流表，同时在表头所在的支流添加一个开关K2即可。

（图3）替代法测电阻
2.将微安表改装成电流表
2.1单量程电流表的改装
根据分流原理，将表头并联一个适当阻值的电阻，即可改装成为所需量程的电流表，微安表的量程很小，在实际应用中，若测量较大的电流，就必须扩大量程，其方法如下：
在微安表的两端并联一个分流电阻Rp，这样就使被测电流大部分从分流电
阻流过，而微安表两头仍保持原来允许通过的最大电流Ig，将量程为Ig改装为量程为I的电流表，并联电阻Rp可由下式来计算：
, （2）
其中，n为量程扩大倍数。

（图4）单量程电流表改装图
2.2多量程电流表的改装
多量程电流表的改装原理和单量程电流表的改装原理是大致相同的，只是在其改装图和个电阻的计算方法等方面是不同的，其改装图如下所示：
（图5）多量程电流油盐柴米表的改装
R 1和R
2
的计算方法如下：
R
1+R
2
=IgRg/(I
5
-Ig) （3）
R
1= Ig(Rg+R
2
)/(I
10
-Ig) （4）
则 R
2=IgRg/(I
5
-Ig)-R
1
（5）
由于表头的量程为500μA，其内阻Rg=564.5，则 R
1=31.36，R
2
=31.34
在对改装表进行校正时只需在其一端串联一只标准电流表就可以了，其校正图如下图所示：
（图6）改装电流表的校正
3.将微安表改装成电压表
3.1单量程电压表的改装
（图7）单量程电压表的改装
根据分压原理，将表头串联一个适当的阻值，即可改装成所需量程的电压表，微安表虽然可以测量电压，但是他的量程却很低（一般为0.2V左右），在实际使用时，为了能测量较高的电压，可在微安表上串联一个分压电阻，如上图所示这样就使大部分电压降落在串联的分压电阻上，而微安表的电压将不超过原来量程IgRg，将量程为Ig的表头改装成为量程为V的电压表，串联电阻R可由下式计算：
R=V/Ig -Rg （6）实验内容及数据分析
4.表头内阻的测量
（表一）三种方法测表头电阻
表头量程 1000μA 500μA 200μA 100μA
半偏法 290.3Ω 543.2Ω 1018.6Ω 1212.4Ω
电桥法 300.0Ω 559.3Ω 1083.5Ω 1230.8Ω
替代法 290.2Ω 560.0Ω 1060.3Ω 1300.0Ω
4.1将500μA表头改装成15mA和30mA两量程电流表用标准表进行的校正。

4.1.1实验数据
（表二）改装为量程15mA的电流表
改装电
1.5 3 4.5 6 7.5 9 10.5 12 13.5 流/mA
标准电
1.49
2.915 4.325 5.775 7.145 8.555 10.005 11.445 12.78 流/mA
∆I/mA 0.01 0.085 0.175 0.225 0.335 0.445 0.049 0.555 0.72
（表三）改装为量程30mA的电流表
改装电
0 3 6 9 12 15
流/mA
标准电
0 2.90 5.84 8.84 11.90 14.70
流/mA
∆I/mA 0 0.10 0.16 0.16 0.10 0.3
4.1.2校正曲线：
4.1.2.1将500μA表头改装成量程为15mA电流表时的校正曲线：
（图8）量程为15mA时的校正曲线
4.1.2.2将500μA表头改装成量程为30mA电流表时的校正曲线：
（图9）量程为30mA时的校正曲线
4.2将500μA表头改装成15V和30V两量程电压表利用电位差计进
行的校正。

4.2.1实验数据
（表四）改装为量程15V的电压表
改装
电压/V
1.5 3 4.5 6 7.5 9 10.5 12 13.5 标准
电压/V
1.5000 3.0016 4.5043 6.0032 7.5022 9.0061 10.502 1
2.0035 1
3.5039 ∆U/V 0 0.0016 0.0043 0.0032 0.0022 0.0061 0.002 0.0035 0.0039
（表五）改装为量程30V的电压表
改装
表/V
3 6 9 12 15 18 21 2
4 27 标准
表/V 3.0034 6.0034 8.9923
12.
0028
15.
0027
18.
0034
21.
0012
24.
0013
27.
0026
∆U/V 0.0034 0.0034 -0.007 0.0028 0.0027 0.0034 0.0012 0.0013 0.0026 4.2.2校正曲线
4.2.2.1将500μA表头改装成量程为15V电压表时的校正曲线：
（图10）量程为15V时的校正曲线
4.2.2.2将500μA表头改装成量程为30V电压表时的校正曲线：
（图11）量程为30V时的校正曲线
实验感悟
在以上的实验过程中，实验中除去系统误差，有很多操作误差，在处理数据的时候做了矫正。

之外，综合全文，实验过程分三个阶段完成：
一、对表头电阻的测定，试验中采用了三种测法：惠斯通电桥、半偏法、
替代法。

二、表头改装成电流表：是对表头的扩程，电路如正文，进行多组数据，
已改装成多量程的电流表，
三、表头改装成电压表：同上，将表头串联一个适当的阻值，即可改装
成所需量程的电压表，得出如正文数据。

对本实验的学习，我掌握了如何将小量程的微安表改装成较大量程的电流表和电压表的方法，让我充分认识到了团队合作的重要性，通过明确的分工，可以有效的节约时间，提高了效率，也加强了团队合作意识，对于以后的学习和工作都有很大的帮助。

最后对辅导老师致以崇高的敬意，对实验过程中及论文书写时的合作伙伴表示衷心的感。