设计性实验微安表改成伏特表.docx

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设计性实验微安表改成伏特表

设计性实验（微安表改成伏特表）

设计性实验：

电表改装与设计

实验课题

（二）：

微安表内阻的测量和改装

学院：

机械与电子工程学院

姓名:

叶换敏（38）

罗梅芳（30）

黄冬琴（11）

（一）实验课题：

测量微安表的内阻并将微安表改装成多用表

（二）实验目的：

（1）了解多种测量微安表的方法分析每种方法的误差，并比较选出相对简单可行误差小的方法。

（2）熟悉表头的构造和原理；

（3）掌握改装电流表的原理和方法；

（4）学习电表的设计、改装和校正的方法。

（三）实验仪器：

微安表：

50A，100A，200A。

电压表：

1V，3V，15V。

毫安表：

1mA，10mA。

电流计，电阻箱，滑动变阻器，单刀开关，双刀开关，电源，导线若干。

（1）在改装电表前，首先应知道表头的内阻Rg。

Ⅰ、替代法

（1）实验原理：

测量微安表内阻Rg的方法很多，较为简便常用的方法是“替代法”，即将被测表M和另一微安表N串联起来，再在两端加一定的电压VAC，使N的读数等于某一定值In（In一般为满度的三分之二为宜），如图上图（左）所示。

然后保持VAC不变，用电阻箱R取代M，如上图（右）所示，使N的读数仍为In，此时R的阻值就等于微安表M的内阻Rg。

替代法测量微安表内阻的电路如图1所示。

首先选定总电源电压为E，当开关K合到1时，调节限流电阻R1使流过电流表A1的电流为I1，并保证微安表A2不超量程。

再把电阻箱R2的阻值调到远大于Rg的粗测值，然后，把开关K合到2，逐渐调小电阻R2，直到电流表A的电流回到I1。

由于两次测量时电路电源电压和电流都相等，所以,R2就是微安表Rg的测量值。

因为两次调节的电流很难完全相等，再考虑到不确定度计算的需要，我们假定第二次测量时微安表的电流为I2，因此有：

实验误差：

理论上没有误差

Ⅱ、半偏法

A、半偏法测量微安表内阻电路如图所示：

按图连好电路，S2断开，S1闭合，调节变阻器R，使待测电流表G的指针满偏。

再将S2也闭合，保持变阻器R接在电路中的电阻不变，调节电阻箱R/使电流表G的指针半偏。

读出电阻箱的示值R/，则可认为rg≈R

误差分析：

闭合S1断开S2时：

Ig=E/RA+R+r

开关S1S2都闭合时：

1/2Ig+IR=E/R1+R’RA/（R+RA）+r

由并联电路性质得：

1/2IgRA=IRR

联立得：

RA=（R+r）R’/R+r-R’=R’/1-R’/R’+r>R’

所以测量值小于真实值

认为S2闭合后电路中的总电流近似不变，则通过电阻箱的电流近似为

。

所以电流表内阻与电阻箱的示值近似相等。

实际上S2闭合后电路中的总电流要变大，所以通过电阻箱的电流要大于

，电阻箱的示值要小于电流表的内阻值。

为了减小这种系统误差，要保证变阻器接在电路中的阻值

，从而使S2闭合前后电路中的总电流基本不变。

R越大，系统误差越小，但所要求的电源电动势越大。

实验中所用电源电动势为8－12V，变阻器的最大阻值为

左右。

Ⅲ、伏安法

1）按图接好线路，图中E为稳压电源，K1即电源开关，R1为滑线变阻器，R2电阻箱，K2是单刀双掷开关，M和N是两个同型号的微安表。

请教师检查后，再进行下面的步骤。

测量微安表M内阻的电路图

2）滑动滑线变阻器R1的滑动触头，将A与滑动触头间的电阻调至最小，单刀双掷开关K2扳向l，打开稳压电源E的开关（K1），将E的输出电压调到2V。

然后移动R1的滑动触头，使微安表N的读数为XA。

以后不能再移动R1的滑动触头，以保持电压不变。

3）先将R2调到一定值，再把K2扳向2，仔细调节R2，使N的读数仍为XA，此时R2的阻值就等于微安表M的内阻，记下M的内阻Rg。

（2）电表的改装

1.改装成电压表

若要把微安表改装成电压表，只要用一个高电阻Rm（称为分压电阻）与原微安表串联即可，如图所示。

由于串联了分压电阻Rm，总电压的大部分降在Rm上，这样由分压电阻Rm和表头组成的整体就可以测量较大的电压了。

设微安表的量程为Ig，内阻为Rg，若要把它改

装成量程为V0的电压表，分压电阻Rm应取多大

当A、B两点间的电压为V0时，流过微安表的电流为Ig（这时微安表的指针刚好指到满刻度。

因此只要在微安表的标度盘上直接标上与该电流相应的电压，微安表就成为电压表了），根据欧姆定律，

得

2.改装成多用量程的电流表

将微安表改装成大量程的电流表只需利用并联电路的分流特性，并联一个小阻值的电阻

由欧姆定律得I1R1=IgRg

所以I=Ig+I1=（1+Rg/R1）Ig

将改装后的电表跟标准电流表串联进行校准。

（四）实验步骤：

把量程为200A的微安表改装成量程为5V的伏特表

1）Ig=200A，V0=5V，根据

（2）式计算出微安表M的分压电阻Rm。

2）按图接好电路。

调节电阻箱R2的阻值等于Rm。

这样虚线框内由分压电阻Rm和表头组成的整体就成为量程为10V的伏特表了。

图中的伏特表作为标准表，用来校准改装成的伏特表。

3）打开K1，将电源E的输出电压调到12V，调节A、C间的电压VAC，当微安表M的读数IW分别为A，A，…，A（相当于改装的伏特表的读数VG分别为，，…，时，记下标准伏特表对应的读数VB。

4）以VG为横坐标，ΔV＝（VB—VG）为纵坐标，在坐标纸上作出ΔV~VG校准曲线。

以后使用改装的伏特表时，可以根据校准曲线修正伏特表的读数。

（参考电流的校准曲线）

电流校准曲线参考图

（六）测量记录和数据处理

把量程为200A的微安表改装成量程为的伏特表

（1）Rm＝Ω

上述改装的电压档是否达到预定要求，要用标准表进行校准，并作校准曲线。

将改装表与标准表串联起来调节滑动变阻器，是改装表读数从零增加到满刻度，同时几下校准表和标准表相应的读数。

然后以改装表的读数为横坐标，以被校准表的修正值为纵坐标，做曲线。

（2）用方格纸画出校准曲线

（3）

的不确定度分析：

（1）

下面推导被测量R的不确定度。

首先对

（1）式两边求对数，得：

（2）

对

（2）式两边求全微分，得：

因为n一1，所以1一n是一个小量，则（1一n）（dRl+dR2）是二级小量，可以忽略。

则上式变为：

因此，测量结果的不确定度为：

（七）定改装后的伏安表的误差和级别。

取δUi=|标准表在该点的读数-扩大后的伏安表对应的读数|；

选取各绝对误差的最大值得δUmax。

所以扩大量程后的伏安表的级别为：

γm=

×100%