电压补偿实验报告

电压补偿原理“改装”电表实验

系别：机电工程系 专业班级：15班

姓名：梁艳玲、冯甘雨 指导教师：芦明霞

摘 要：本文对伏安法中内接法与外接法的实验系统误差，做了理论上的分析，并在此基础上设计出电压补偿测电阻和电流补偿测电阻的实验电路,并对补偿法测电阻的原理进行分析。电压补偿法能保证待测电路原状态并精确测量电压、电流。

关键词：内接法；外接法；补偿法；改装电表；

引言

电流、电压是线性直流电路中的重要参数，最直接、简单的方法是接上电压表、电流表进行测量。但由于有电流表、电压表的电阻因素，导致电流会流过仪表，使被测量电路状态发生改变。最终测量值并非原电路真实值，产生了系统误差。利用补偿法可以有效的降低误差值，使实验结果更准确。用内接法、外接法和补偿法来测量56Ω电阻的伏安特性，以比较三种方法测量电阻相对误差值的大小。

一、方案设计

（一）物理模型：

欧姆定律： I U R =

（二）实验仪器：

电源（V 3）两个、电压表（V 3~0）、毫安表（mA 50~0）、导线、检流计、滑动变阻器两个、开关两个、待测电阻x R (电阻箱代替Ω=0.56R ，且W 2.0=P )

（三）仪器的选择:

由于待测电阻X R （电阻箱代替）的额定功率Ω==0.56 W,2.0R P ，

R I P max 2=,R I U max =

解得m A 60max =I ，V 8.2max =U ，所以选择量程为mA 50~0的电流表，量程为V 3~0的电压表，电源电压为V 3。

X V Rx Rx R I I U R <+=测

X A

A Rx R I U U R >+=

测（四）实验方法的选择与比较

1.普通电表外接法测电阻，电路图及测量误差分析

如图3.3，外接法时需要考虑电表内阻的存在，则电压表测量的测量值U 为x R 两端的电压，电流表的测量值为干路电流，即流过待测电阻的电流与流过电压表的电流之和，此时测得电

阻 。

2.普通电表内接法测电阻，电路图及测量误差分析

如图3.4，内接法时需要考虑电阻内阻的存在，则电压表测量的测量值A R U U U X +=,即电压表测量的是电流表与电阻电压之和，电流表测得的电阻电流，此时测得电阻

3.利用电压补偿原理改装电压表线路设计方案

如图3.5，补偿原理改装电压表测量时，当检流计G 指针指零时，电阻与电压表间无电流通过，此时电流表测得的电流是电阻电流，由于电位差补偿原理，电压表此时测得的电压图3.4普通电表内接法测未知电阻

图3.3普通电表外接法测未知电阻

X A Rx R I U R ==测即等价于电阻电压

所以除了不可避免的误差以外，由补偿法改装电压表测量的电阻值更接近于电阻的真实值。

4.利用电压补偿原理设计改装电压表测Ω0.56小电阻的测量方法的设计

（1）按图3.3连接电路,注意将滑动变阻器的滑动端跳到分压为零的位置.打开电源,把电源调到定值,合上开关,缓缓滑动变阻器的滑动头,逐步增加电压,使电流增大,读出相应的数值,记录在表3.3中。

（2）按图3.4连接电路，注意将滑动变阻器的滑动端调到分压为零的位置。打开电源，把电源调到稳定值，合上开关，缓缓滑动变阻器的滑动头，逐步增大电压，使电流增大，读出相应数值，记录在表3.4中。

（3）按图3.5连接电路，注意将两个滑动变阻器的滑动端都调到分压为零的位置。打开电源，把两个电源都调到定值，合上开关，先滑动滑动变阻器1O R 的滑头，使待测电阻X R 连通电压表、电流表有一定偏转，然后滑动补偿装置的滑动变阻器的滑头（2O R ）使检流计指针指零，读出此时电压表、电流表的数值，重复上述步骤10次，把数据记录在表3.5中。

5.注意事项：

（1）接线时注意正负极。（2）滑动变阻器及电源初始值的设置。（3）要求测量的数据点为8-10个。（4）因采用指针式电压表和电流表，所以测量电压值V 1 。

二、实验数据处理

（一）普通电表外接法测量电阻

图3.5补偿原理改装电压表测未知电阻

数据记录表3.3

用线性拟合求得Ω=9.56R ，相对误差为

（二）普通电表内接法测量电阻

数据记录表3.4

用线性拟合求得Ω=7.59R ，相对误差为

%61.1%1000.560.56-9.56%100-=⨯Ω

ΩΩ=⨯=真真测R R R E

（三）电压补偿原理改装电表测量电阻

数据记录表3.5

用线性拟合求得Ω=9.56R ，相对误差为

三、结语

通过实验验证，得出补外内E E E =〉 ⇒%61.1%61.1%61.6=〉，与实验预期结论

E E E >>改内外不一致。总结分析本次实验，整个实验过程中操作步骤与设计方案一致，读数过程也比较严谨。因此出现此误差，应该是由于在补偿法测电阻时，用手压着滑动变阻器的滑头缓慢调节使滑头带有弹性变形，当检流计指针指零后，手离开滑动变阻器滑头使滑头弹性恢复发生微小移动，阻值发生变化，从而电表的读数也发生变化，而导致最后的实验结果有偏差。

参考文献：

[1]百度文库 .

[2]毕淑娥.电工与电子技术基础[M].哈尔滨工业大学出版社2008（3）.

%61.6%1000.560.56-7.59%100-=⨯Ω

ΩΩ=⨯=真真测R R R E %61.1%1000.560.56-9.56%100-=⨯ΩΩΩ=⨯=真真测R R R E

实验心得：

通过这次设计性实验，让我们更加了解一个实验的流程，不在像过去那样，很死板地按照书本上面写的内容一步步做，自己设计让我们的逻辑更加清晰。在设计过程中遇到困难时，我们会通过网络、书籍等查找资料，扩大知识量。在做实验的时候，按照这我们自己设计的过程一步步做实验，在得到数据的那一刻，发现一切真的很神奇，原来，我们也可以做得到，原来我们也有这样的能力！

虽然这次实验的结果跟预期的有所偏差，但整体上来说还是完成得很好的。所以相信在以后再做实验的时候，写实验报告的时都会对参考书上的原理步骤等自己把都理一遍，理解这些实验的原理操作再去做实验将会事半功倍。而且有了这一次的基础，以后对于做设计性实验也会有方法。

物理实验让我们有了更多实践的机会，教会我们实践中出真理，而在碰到问题时，最快的方法就是自己动手去找出解决办法，这正是我们在以后的学习中需要的精神，从中，激发了我们学习的积极性！