大学物理实验报告 电表的改装

实验报告

电表的改装

一般电流计（表头）只允许通过微安级（低等级的也有毫安级的）电表，只能测量较小的电流或电压。而实际测量的电流和电压都较大，要将表头改装，扩大其量程，常使用的各种电表都是工厂设计、改装完成的。有些电表为了测量交流电压或电流，在表内配上了整流元件。

关键词：电流计；表头；电流；电压

一、实验目的

1．掌握扩大电表量程的原理和方法；

2．了解欧姆表的改装和定标。

二、实验原理

1．表头的两个参数I

g 和R

g

的测定

要将表头改装成电表，必须知道表头的两个参数——使表头偏转到满刻度的电流I

g

和表

头内阻R

g

。这两个参数在表头出厂时都会给出。下面介绍实验测定这两个参数的方法，测量原理和线路如图9-1-1所示。

图9-1-1 表头I g，R g测定电路图

（1）I

g

的测定

首先置滑线变阻器滑动触点C于输出电压最小处（A端），将开关S

2

合于“1”处时，表头G与微安表串联（图9-1-1中微安表比待测表头有较高准确度的“标准表”，若改用mA级表头，则“标准表”相应地改为较高级别的mA表）。

接通开关S

1

，移动滑动触点C，逐渐增大输出电压，使表头G指针偏转到满刻度，此

时微安表上读出的电流值即为I

g

，记下这个值。

（2）R

g

的测定

保持上述电路状态不变（即不改变电源电压和C点的位置），使可变电阻R（采用电阻

箱）为较大值，将开关S

2拨于“2”处，连续减小R的值，使微安表重新指到I

g

处，此时R

的值即为R

g

，这种方法称为替代法。

I

g 和R

g

是表头的两个重要参数。在选择表头时，这两个参数值越小越好。

2.电流表量程的扩大

表头不能测量较大电流，如图9-1-2所示，若并上一个低值电阻R

s

，则可以扩大其量程。

由图9-1-2，并联电阻R

s

的值通过计算可以得到

（I-I

g ）R

s

=I

g

R

g

（9-1-1）

所以

R

s =

I gR g

I−I g

（9-1-2）

若令n=I

I g

，则

R

s =R g

n−1

（9-1-3）

式中，I为扩充后的量程，n为量程的扩大倍数。

从式（9-1-2）可以算出并联电阻R

s 的值。若R

s

分成适当数值的多个电阻串联而成，如

图9-1-3，在相应点引出抽头，则可得到多量程电流表。

图9-1-2 并联分流电阻改成电流表图9-1-3 两个量限的电流表测量电路

3.改装成电压表

表头所能测量的电压很小，若要用它测量较大的电压，可串联一高阻值分压电阻R

H

,由图9-1-4可知，该电表的总内阻

R

H +R

g

=U

I g

（9-1-4）

所以

R

H =U

I g

-R

g

（9-1-5）

式中，U为改装后电表的量程；R

H 为分压电阻。在计算R

H

值时，通常还采用另一种方法：先

计算将表头改装成1V的电压表所需要的总内阻[见式（9-1-4）]，它等于1

I g

（称为每伏欧姆

数，这是电压表的一个很重要的概念），然后根据改装表的量程，将量程乘上1

I g

，再减去表

内阻R

g ，即可确定分压电阻R

H

的值。多量程的电压表如图9-1-5所示，R

H

值可分别计算。

图9-1-4 串联附加电阻改成电压表

图9-1-5 两个量限的电压表测量电路

4.改装成欧姆表

用来测量电阻值的电表称为欧姆表，其电路如图9-1-6所示。其中U为电池端电压，表头、电阻、电池在表内相串联，R

x

为待测电阻，a，b为两表笔的引出端。测量首先要将表头

调零，即将a,b短路（相当于R

x =0），调节R

使表指针指到满刻

度，这时电路中的电流即为I

g

。由欧姆定律得

I g =U

R g+R e+R i

=U

R g+r

(9-1-6)

a,b端接入电阻R

x

电路中电流将减少，为

I=U

R g+R e+r

(9-1-7)

图9-1-6 欧姆表测量电阻的原理电路

如果电压U保持不变，待测电阻R

x

和电流I形成对应关系。若按已知电阻值刻出表头标度尺，

如图9-1-7所示，则可测量电阻。从式（9-1-6）和图9-1-7可以看出，R

x

越大，电流I越小。

图9-1-7 欧姆表的标尺图例

若在Rx为无穷大（相当于开路）时，I=0，表头指针在电流零位。所以欧姆表的标尺为反向刻度，并且不是均匀的，R

x

越大，刻度间距越小。

在实际使用中，干电池的端电压U会不断下降，为使在电池可用时欧姆表能调至满刻度，r应是可变的。同时为保证r≠0，以免使电池与表头直接相通而烧坏表头，r采用一固

定电阻R

i 和一可调电阻R

串联，下面介绍R

i

和R

的确定方法。

设新电池电压为U

max ，不能使用时为U

max

，根据（9-1-6）可得

r

max

=U max

I g

−R g (9-1-8)

r

min =U min

I g

−R g (9-1-9)

因此，r应在r

man～r

min

变化。因为r=R

i

+R

,取固定电阻R

i

=r

min

则

R

=r m ax−r min (9-1-10)

在万用表中，R

是用电位器作可调电阻连接使用的。

三、实验仪器

1.用于改装的表头；

2.标准的微安电流表；

3.微安电流表G；

4.电压表；

5.电阻箱；

6.滑线变阻器；

7.直流稳压电源等。

四、实验内容与步骤

1．电流表的改装和校正

（1）按图9-1-1分别测出I

g 和R

g

（或由实验室给定）的值，根据电流表扩充后的量程

J（有实验室给定），用式（9-1-1）算出并选好R

x

的值。

（2）用电阻箱作R

x

，与表头组成扩充后的电流表，按图9-1-8接好线路。

图9-1-8 校正电流表的电路