电表的改装校准
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图13-1 改装电流表原理图 电表的改装与校准
10物本二班 学号:2010405351 龙仲鸿
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13-1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 =-)(
(13-1)
g
g g s I I R I R -=
(13-2)
若: g nI I = 则: 1
-=
n R R g s (13-3)
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 ,虽然可以直接用来测量电压,但是电压量程I g R g 很小,不能满足实际需要。为了能测量较高的电压,就必须扩大它的电压量程。扩大电压量程的方法是在表头上串联一个分压电阻H R (如图13-2所示)。使超出量程部分的电压加在分压电阻H R 上,表头上的电压仍不超过原来的电压量程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 =+)( (13-4)
可得: g g
H R I V
R -=
(13-5) 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。 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13-3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 由 ),
0x g m R r R R R <<+<< (13-6)
图13-3 改装欧姆表原理图图
图13-2 改装电压表原理图
图13-4 欧姆表刻度盘
和 m x g R I I R R I )()(0-=+ (13-7)
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 +<< (13-8) 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13-4所示。由13-8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 2
1
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13-5 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13-4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13-5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 (1
R 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。实验中要求按表格13-1测量五次。
表13-1 测量表头内阻数据表
I/μA
60.0 80.0
90.0
g R /Ω
2. 将100μA 的表头改装成量程为1V,10V,50V,100V,250V,500V,750V 的电压表:
参考改装电流表的步骤,先求出分压电阻R H
(计算值),按图13-8接好线路,将表头组装成量程为的1v,10v,50v,100v,250v,500v,750v 电压表;分别测出分压电阻R H 的实验值,并保持其
图13-8 校正电压表电路图