《大学物理实验》教案实验3 电表改装与校准

实验四 电表改装

实验目的

1．了解磁电式电表的基本结构。 2．掌握电表扩大量程的方法。 3．掌握电表的校准方法。 实验仪器

待改装的表头，毫安表与伏特表（作标准表用），电阻箱，滑线变阻器，直流稳压电源等。

实验原理

电流计（表头）一般只能测量很小的电流和电压，如果要用它来测量较大的电流或电压，就必须进行改装，扩大其量程。

1．将电流计改装为安培表

电流计的指针偏转到满刻度时所需要的电流I g 称为表头量程。这个电流越小，表头灵敏度越高。表头线圈的电阻R g 称为表头内阻。表头能通过的电流很小，要将它改装成能测量大电流的电表，必须扩大它的量程，方法是在表头两端并联一分流电阻R S ，如图4－2－1。这样就能使表头不能承受的那部分电流流经分流电阻R S ，而表头的电流仍在原来许可的范围之内。

设表头改装后的量程为I ，由欧姆定律得 ()g g S g R I R I I =-

1-=

-=

g

g

g

g g S I I R I I R I R （4－2－1） 式中I ／I g 表示改装后电流表扩大量程的倍数，可用n 表示，则有 1

-=

n R R g S

可见，将表头的量程扩大n 倍，只要在该表头上并联一个阻值为R g ／(n －1)的分流电阻R S 即可。

在电流计上并联不同阻值的分流电阻，便可制成多量程的安培表，如图4－2－2所示。

同理可得)()()()(212211R R I R I I R I R R I I g g g g

g g +=-=+⋅-⎩

⎨⎧

则 )

(1211g g g I I I I R I R -=

)

()(12122g g g I I I I I R I R --=

2．将电流计改装为伏特表

电流计本身能测量的电压V g 是很低的。为了能测量较高的电压，可在电流计上串联一个扩程电阻R p ，如图4－2－3所示，这时电流计不能承受的那部分电压将降落在扩程电阻上，而电流计上仍降落原来的量值V g 。

设电流计的量程为I g ，内阻为R g ，改装成伏特表的量程为V ，由欧姆定律得到

()V R R I p g g =+

g g

g g p R V V R I V R )1(-=-= （4－2－2）

式中V ／V g 表示改装后电压表扩大量程的倍数，可用m 表示，则有 g p R m R )1(-=

可见，要将表头测量的电压扩大m 倍时，只要在该表头上串联阻值为g R m )1(-扩程电阻R p 。

在电流计上串联不同阻值的扩程电阻，便可制成多量程的电压表，如图4－2－4所示。同理可得

12

2221111

1)()(R R I V R V R R R I R R V

R V R R I g g

g g g

g g g --=

=++-==+

3．电表的校准

电表扩程后要经过校准方可使+用。方法是将改装表与一个标准表进行比较，当两表通过相同的电流（或电压）时，若待校表的读数为I X ，标准表的读数为I 0，则该刻度的修正值为ΔI X ＝I 0－I X 。将该量程中的各个刻度都校准一遍，可得到一组I X 、ΔI X （或V X 、ΔV X ）值，将相邻两点用直线连接，整个图形呈折线状，即得到I X ～ΔI X （或V X ～ΔV X ）曲线，称为校准曲线，如图4－2－5所示，以后使用这个电表时，就可以根据校准曲线对各读数值进行校准，从而获得较高的准确度了。

根据电表改装的量程和测量值的最大绝对误差，可以计算改装表的最大相对误差，即

%%100a ≤⨯=量程

最大绝对误差最大相对误差

其中α=±0.1、±0.2、±0.5、±1.0、±1.5、±2.5、±5.0是电表的等级，所以根据最大相对误差的大小就可以定出电表的等级。

例如：校准某电压表，其量程为0—30伏，若该表在12伏处的误差最大，其值为0.12伏，试确定该表属于哪一级？

%5.0%4.0%10030

12

.0%100<=⨯=⨯=

量程最大绝对误差最大相对误差

因为0.2<0.4<0.5，故该表的等级属于0.5级。

实验内容

1．把0—3V —15V 电压表（当作待改装的电流表）中的3V 档，改装成0—45mA 的毫安表，并校准之。

（1）原3V 档的内阻约为1K Ω，所以这表头的量程为I g ＝3mA 左右。根据已知的I g 、R g 代入公式算出R S 。

（2）按图4－2－6接线，图中R S 用电阻箱代替，电源用4.5V ，R 1 、R 2分别作为粗调、细调的滑线变阻器。

（3）合上K ，移动粗调滑线变阻器R 1使标准毫安表接近满度，再移动细调滑线变阻器R 2使之满度。检查被改装的电流表是否恰好满度。若不刚好满度就要略为改变R S ，使其恰好满度。

（4）移动滑线变阻器R 1 、R 2，使被改装电流表每退6小格，记下标准毫安表示数。

（5）画校准曲线和定出改装后电表的等级。 2．把0—3V —15V 电压表（当作待改装的电流表）中的3V 档，改装成0—15V 的电压表，并校准之。

（1）根据已知的R g 代入公式算出扩程电阻R P 的值。

（2）按图4－2－7接线，图中R P用电阻箱代替，电源用18V，注意考虑滑线变阻器应选用图中R1还是R2。

（3）合上K，移动滑线变阻器直到标准伏特表指示15V为止。检查被改装的电流表是否满度，否则要略为改变R P使之恰好满度。

（4）移动滑线变阻器，使被改装电表每退6小格，记下标准伏特表示数。

（5）画校准曲线和定出改装后电表的等级。

实验数据记录：

待改装电表编号，量程，内阻，扩大倍

数，R S理，R S实。

(其中R S理为计算值，R S实为改变后的实际值，下面的R P理和R P实相同)。

电压表扩大倍数_________，R P理______________，R P实。

思考题

1．假定表头内阻不知道，你能否在改变电压的同时确定表头的内阻？

2．零点和满度校准好后，之间的各刻度仍然不准，试分析可能产生这一结果的原因。

3．在图3中用了两个滑线变阻器R1和R2，为什么要用两个？这样做有什么好处？如R1∶R2=10∶1，那么哪个电阻为粗调，哪个电阻为细调？试以实验事实证明之。