1电表的改装与校准

图3-4-1 改装电流表原理图

图3-4-2 改装电压表原理图

实验４ 电表的改装与校准

电流计表头一般只能测量µA 级电流和mV 级电压，若要用它来测量较大的电流和电压，就必须用改装来扩大其量程。磁电式系列多量程表都是用这种方法实现的。电表改装的原理在实际中应用非常广泛。

一. 实验目的

1. 掌握一种测定电流表表头内阻的方法。

2. 学会将微安表表头改装成电流表和电压表。

3. 了解欧姆表的测量原理和刻度方法。

二. 实验仪器

磁电式微安表头、标准电流表、标准电压表、滑线变阻器、电阻箱、电池、开关（单刀单掷和双掷）和导线等。

三. 实验原理

1. 将微安表改装成毫安表

用于改装的μA 表，习惯上称为“表头”。使表针偏转到满刻度所需要的电流I g 称表头的（电流）量程，I g 越小，表头的灵敏度就越高。表头内线圈的电阻R g 称为表头的内阻。表头的内阻R g 一般很小，欲用该表头测量超过其量程的电流，就必须扩大它的量程。扩大量程的方法是在表头上并联一个分流电阻R s （如图3-4-1所示）。使超量程部分的电流从分流电阻R s 上流过，而表头仍保持原来允许流过的最大电流I g 。图中虚线框内由表头和R s 组成的整体就是改装后的电流表。

设表头改装后的量程为I ，根据欧姆定律得：

g

g s g R I R I I =-)( （3-4-1）

g g

g s I I R I R -=

（3-4-2）

若：

g

nI I = 则：

1-=

n R R g

s （3-4-3）

当表头的参量I g 和R g 确定后，根据所要扩大量程的倍数n ，就可以计算出需要并联的分流电阻R s ，实现电流表的扩程。如欲将微安表的量程扩大n 倍，只需在表头上并联一个电阻值为

1-n R g

的分流电阻R s 即可。

2. 将微安表改装成伏特表

微安表的电压量程为I g R g 是电压量程I g R g 串联一个分压电阻H R （如图3-4-2所示）压加在分压电阻H R I g R g 。 设表头的量程为I g ，内阻为R g ，欲改成的电压表的量程为V ，由欧姆定律得：

V

R R I H g g =+)( （3-4-4）

可得：

g g

H R I V

R -=

（3-4-5）

可见，要将量程为I g 的表头改装成量程为V 的电压表，须在表头上串联一个阻值为H

R 的附加电阻。同一表头，串联不同的分压电阻就可得到不同量程的电压表。

图3-4-3 改装欧姆表原理图

图3-4-4 欧姆表刻度盘

３. 将微安表改装成欧姆表

将微安表与可变电阻R 0（阻值大）、R m （阻值小），以及电池、开关等组成如图3-4-3所示电路，就将微安表组装成了一只欧姆表。图中I g 、R g 是微安表的量程和内阻，E 、r 为电池的电动势和内阻。a 和b 是欧姆表两表笔的接线柱。

设a 、b 间由表笔接入待测电阻R x 后，通过R x 的电流为I x ，流经微安表头的电流为I ，根据欧姆定律有

m

x g m g m x x R R E

R R R R R R r R E I +≈

++++

+=

)

()(00

∵ )

,(0x g m R r R R R <<+<< （3-4-6）

m

x g R I I R R I )()(0-=+ （3-4-7）

由（3-4-6）、（3-4-7）式解得

m x g m x m g m R R E

R R R I R R R R I +⋅

+≈++=

00 )

(0g m R R R +<<（3-4-8）

可以看出，当R m ，R 0，R g 和E 一定时，I ～R x 之间有一一对应关系。因此，只要在微安表电流刻度上侧标上相应的电阻刻度，就可以用来测量电阻了。根据这种关系绘制的欧姆表刻度如图3-4-4所示。由3-4-8式可以看出，欧姆表有如下特点：

（1）当R x =0（相当于外电路短路）时,适当调节R 0（零欧调节电阻)可使微安表指针偏转到满刻度，此时

g

g

I R R E

I =+=

当R x =∞（相当于外电路断路)时，I=0，微安表不偏转。

可见,在欧姆表刻度尺上，指针偏转最大时示值为0；指针偏转减小，示值反而变大；当指针偏转为0时，对应示值为∞。欧姆表刻度值的大小顺序跟一般电表正好相反。

（2）当

m

g m g m x R R R R R R R r R ≈++++

=)

()(00时，

g

g m x m I R R E R R R I 21

0=+⋅+=

即当待测电阻等于欧姆表内阻时，微安表半偏转，指针正对着刻度尺中央。此时欧姆表的示值习惯上称为中值电阻，亦即R 中=R m 。

当

中

R R x 2=时，

3

/g I I =

中

R R x 3=时，

4

/g I I =

图3-4-6 替代法测表头内阻电路图

… …

中nR R x =，)

1/(+=n I I g

时，欧姆表的刻度是不均匀的，指针偏转越小处刻度越密。上述分析还说明为什么欧姆表测量前必须先将ab 两端短路、调节R 0使指针偏到满刻度（对准0Ω）。

另外，由于欧姆表半偏转时测量误差最小。因此，尽管欧姆表表盘刻度范围从0Ω到∞Ω，但通常只取中间一段(l/5R 中～5R 中)作为有效测量范围。若待测电阻阻值超出这个范围，可将R m 扩大10倍、100倍…，从而使R 中也扩大同样倍数。如图3-4-4所示，只要在欧姆表面板上相应标上R x ×10、R x ×100、…等字样，就可以方便地测量出各档电阻的阻值。测量时选用R x ×10档？还是R x ×100档？…，应由R x 的估计值决定，原则上应尽量使欧姆表指针接近半偏转（R x 接近R 中）为好。

上述欧姆表在理论上能够测量电阻，但实用上有问题。因为电池用久了电压会降低，若a ，b 间短路，将R 0调小才能使电表满量程，这样中值电阻发生了变化，读数就不准确。因此实用的欧姆表中加进了分流式调零电路，这里不再细述。

四. 实验内容

１. 测量表头内阻：

本实验用替代法测量表头内阻，电路图如图3-4-6所示。测量时先合上K 1，再将开关K 2扳向“1”端，调节1R 和2R ,使标准电流表mA 示值对准某一整数值0I （如80μA ）

，然后

保持BC U （1R 的C 端）和2R 不变，将K 2扳向“2”端（以3R 代替g R ）。这时只调节3R ，使标准电流表mA 示值仍为I 0（如80μA ）。这时，表头内阻正好就等于电阻箱3R 的读数。实验中要求按下面表格测量五次。

注意：实验过程中μA 和mA 两表示值不同步并不影响

g

R 的测量，但标准表mA 的电流不能超过1mA ！

I （μA ）

60.0

80.0 90.0

g

R （Ω）

g

R （Ω）

２. 将100 μA 的表头改装成量程为1mA 的电流表 按图（3-4-7）连接好线路。

（1）根据测出的表头内阻__

g R

，求出分流电阻R S （计算值）。然后将电阻箱R S 调到该值后，图中的虚线框即为改装的1mA 电流表。

（2）校准电流表量程：先调好表头零点（机械零点），然后调节R 1和R 2使标准表mA 示值为1mA 。这时改装表μA 示值应该正好是满刻度值，若有偏离，可反复调节R 1、R 2和R S ，直到标准表和改装表均和满刻度线对齐为止，这时改装表量程就符合要求，此时R S 的值才为实验值，否则电流表的改装就没有达到要求！

（3）校正改装表：保持R S 不变，调节R 1、R 2使改装表示值I x 按表3-4-2的要求（即由1.00、0.90、…直到0.10mA 变化）也就是表头示值由100、90、…直减到10μA ，记下标准