实验四  电表的改装和校准

实验目的

1．掌握电表扩大量程的原理和方法；

2．能够对电表进行改装和校正；

3．理解电表准确度等级的含义。

实验仪器：

微安表，滑线变阻器，电阻箱，直流稳压电源，毫安表，伏特表，开关等。

实验原理：

常用的直流电流表和直流电压表都有一个共同部分，即表头。表头通常是磁电式微安表。根据分流和分压原理，将表头并联或串联适当阻值的电阻，即可改装成所需量程的电流表或电压表。

一  将微安表改装成电流表

微安表的量程I很小，在实际应用中，若测量较大的电流，就必须扩大量程。扩大量程的方法是在微安表的两端并联一分流电阻R。如图1 所示，这样就使大部分被测电流从分流电阻上流过，而通过微安表的电流不超过原来的量程。

设微安表的量程为I，内阻为R，改装后的量程为I，由图1，根据欧姆定律可得，    

                  （I - I）R= IR

                        R=

设n = I /I, 则  

                    R=                            (1)

由上式可见，要想将微安表的量程扩大原来量程的n倍，那么只须在表头上并联一个分流电阻，其电阻值为R= 。

         图1                       图2

二  将微安表改装成电压表

我们知道，微安表虽然可以测量电压，但是它的量程为IR，是很低的。在实际应用中，为了能测量较高的电压，在微安表上串联一个附加电阻R，如图2所示，这样就可使大部分电压降在串联附加电阻上，而微安表上的电压降很小，仍不超过原来的电压量程IR。

设微安表的量程为I，内阻为R，欲改装电压表的量程为U，由图2，根据欧姆定律可得，

                     I(R+ R)=U

                  R =  R            （2）                                                

三  改装表的校准

改装后的电表必须经过校准方可使用。改装后的电流表和电压表的校准电路分别如图3和图4所示。

首先调好表头的机械零点，再把待校的电流表（电压表）与标准表接入图3（或图4）中。然后一一校准各个刻度，同时记下待校电流表（或电压表）的示值I（或U）和标准表的示值和I（或U）。以待校表的示值I（或U）为横坐标，示值I（或U）的校准值I= I-I（或U= U-U）为纵坐标，作校准曲线。作校准曲

线时，相邻两点一律用直线连接，成为一个折线图，不能连成光滑曲线。

                  图3

                  图4

            

实验步骤：

 一  电流表的改装和校准

1. 将量程为50μA的微安表改装成量程为50mA的毫安表。根据式（1）计算出R的理论值，用电阻箱作为R，将电阻箱调到理论值并与表头并联构成改装电流表；

2. 以实验室给出的毫安表为标准表，按图3连接好电路，然后校准标准表和改装表的机械零点，再校准改装表量程。

3. 校准量程：将滑线变阻器调至输出电压为零处，经老师检查无误后合上开关S。再将输出电压缓慢增加，使改装表正好指向满刻度，观察标准表是否指在满刻度50mA处。若不是，则调节电阻箱的阻值，并调节滑线变阻器，使改装表和标准表同时满刻度，这一过程称为校准改装表的量程。校准量程后电阻箱的读数为分流电阻的实际值。

4. 校准刻度：校准量程后，调节滑线变阻器，使电流逐渐从大到小，然后再从小到大地变化到满刻度，改装表每改变10mA，记下对应的标准表的读数，填入表中。

5. 作校准曲线：根据校准表和改装表的对应值，算出它们的修正值I=I_s-I_x。在坐标纸上画出以I为纵坐标，I_x为横坐标的校准曲线。

6. 确定电表的准确度等级：找出校正结果中最大的绝对误差（即I_max）,将它除以电表量程可以得到该电表的标准误差。根据标准误差的大小即可标定电表的准确度等级。

仪表精度等级有0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0

二  电压表的改装和校准

1. 将量程为50μA的微安表改装成量程为5V的电压表。根据式（2）计算出R_H的理论值，用电阻箱作为R_H，将电阻箱调到理论值并与表头串联，即称为改装的电压表；

2. 以实验室给出的直流电压表为标准表，按图4连接好电路，然后校准标准表和改装表的机械零点，再校准改装表量程。

3. 校准量程：将滑线变阻器调至输出电压为零处，经老师检查无误后合上开关S。再将输出电压缓慢增加，同时调节电阻箱的阻值，并调节滑线变阻器，使改装表和标准表同时满刻度。校准量程后电阻箱的读数为分压电阻的实际值。

4. 校准刻度：校准量程后，调节滑线变阻器，使电压逐渐从大到小，然后再从小到大地变化到满刻度，改装表每改变1 V，记下对应的标准表的读数，填入表中。

5. 作校准曲线：根据校准表和改装表的对应值，算出它们的修正值U=U_s-U_x。在坐标纸上画出以U为纵坐标，U_x为横坐标的校准曲线。

实验数据处理：

R=3610Ω

1. 将微安表改装成电流表

R_理论=3.7Ω；R_实际=3.6 Ω

最大绝对误差I_max  =3.25mA

标准误差=I_max/量程×100%=3.25/50×100%=6.5％

电表的准确度等级为   级

（这组实验数据不太好，仪表精度等级大于5.0％，说明改装表校的不准。）

2. 将微安表改装成电压表

R_H理论=96390_Ω；R_H实际=96370_Ω

最大绝对误差U_max=0.1V

标准误差=U_max/量程×100%=0.1/5×100%=2.0％

电表的准确度等级为2.5级

第二篇：电表改装与校正

实验名称：电表的改装与校正 

仪器与用具：直流微安表（I_g=100μA,内阻R_g=1200Ω），直流毫安表，直流电压表各一只；滑线变阻器一只；

电阻箱两只；直流稳压电源一台；导线八根。 

实验目的：（1）了解安培表和伏特表的构造原理。（2） 掌握将微安表改装成较大量程的电流

表和伏特表的原理和方法。（3）了解欧姆表的测量原理和刻度方法。（4） 学会校正电流表和电压表的方法。

实验报告内容（原理预习、操作步骤、数据处理、误差分析、思考题解答）

[实验原理]：

1.       将微安表改装成毫安表

实验中用于改装的微安表，习惯上称为“表头”。表针偏转到满刻度时所需要的电流强度I_g称为表头的量程，这个电流越小，表明表头的灵敏度越高。表头内线圈的电阻R_g称为表头内阻。表头能测量的电流是很小的，要将表头改装成能测量大电流的电表，就必须扩大它的量程。扩大量程的办法是在表头两端并联一个阻值较小的分流电阻R_s，这样就使被测量的电流大部分从分流电阻流过，而表头仍保持在原来允许通过的最大电流I_g范围之内。

设表头改装后的量程为I, 若I=nI_g，由欧姆定律得

可见，当表头参量I_g和R_g确定后，根据微安表的量程扩大的倍数n，只需在微安表上并联一个阻值为R_g/(n—1)的分流电阻，就可以实现电流表的扩程。

   表头上并联阻值不同的分流电阻，相应点引出抽头，便可制成多量程的电流表。

2.       将微安表改装成伏特表

由欧姆定律可知，微安表的电压量程位I_gR_g，虽然可以直接用来测量电压，显然由于量程太小不能满足实际需要。为了能够测量较高的电压，在微安表上串联一个阻值较大的电阻（也称分压电组）R_H。这样就使得被测电压大部分落在串联的附加电阻上，而微安表上的电压降很小，仍保持原来的量值IgRg范围之内。

设微安表的量程为Ig,内阻为Rg,改装成量程为U的电压表，由欧姆定律得

   当U=nI_gR_g时，有

                       

   可见，要将量程为I_g、内阻为R_g的微安表改装成量程为U的电压表只需串联一个阻值为R_H的附加电阻即可。

   表头上串联阻值不同的分压电阻，便可制成多量程的电压表。

[实验内容与操作步骤]：

1.       电流表的改装和校正

（1）       根据实验室给定的表头（微安表）量限I_g内阻R_g以及要改装成的电流表量限I,用公式R_s==R_g/(n—1)算出所需并联的分流电阻R_g的阻值。

      经计算，R_s=1.2欧姆

（2）       从实验室自备电阻箱上取相应的电阻值，与表头并联组成电流表。将改装的电流表按图2.2.7所示接好电路。

（3）       经老师检查电路正确后接通电源，调节滑线变阻器改变电路中的电流，使改装表读数从0增加到满刻度，然后再减到0，同时记下改装表与标准表相应电流的读数。

（4）       以改装表的读数I为横坐标，ΔI为纵坐标，在坐标纸上作出电流表的误差校正曲线。

2.       电压表的改装和校正

（！）根据表头的量限I_g和内阻R_g以及要改装成的电压表量限U,用公式R_H==U/I_g-R_g，算出串联电阻R_H的阻值。

      经计算，Rh=28800欧姆

（2）从实验室预先准备的电阻箱上取相应的电阻值，将它与表头串联组成电压表。将改装的电压表与标准电压表按图2.2.8所示接好。

(3)接上电源，调节滑线变阻器的滑动头，使电压读数从0到满刻度，然后再减到0，同时记下改装表与标准表相应电压的读数，填入表格。

（4）以改装表的读数U为横坐标，ΔU为纵坐标，在坐标纸上作出电压表的误差校正曲线。

 

                

  图2.2.7                                              图2.2.8

[实验数据及处理]：

（1）设计实验数据表，将实验数据填入表中。

    电流表校正数据：(I_g=100μA，R_g=1200Ω，I=100mA，R_s=1.2Ω)

电压表校正数据：(I_g=100μA，R_g=1200Ω，U=3V，R_H=28800Ω)

（2）根据改正表的校正数据，分别求出毫安表和电压表的标称误差，并定出相应的精确度等级。

标称误差

改装的毫安表标称误差=；精确度等级约为5.0

改装的毫安表标称误差=；精确度等级约为0.7

[实验误差分析]：

产生误差的主要原因：

1．                                                                                                     （1）电阻箱阻值误差，特别是1.2Ω阻值较小较小的阻值误差就会产生电流表的误差。电表本身的系统误差。

2．                                                                                                      

3．                                  （2）读数误差（估读）。

二、                                    [思考题]：

1．标称电表满刻度时，改装的电表未满刻度或超过满刻度，这两种情况倍增电阻是大还是小？

对于改装的电流表，未满刻度时，倍增电阻小，因其分流大。

                  超过满刻度，倍增电阻大，因其分流小。

对于改装的电压表，未满刻度时，倍增电阻大，因其分压大。

                  超过满刻度，倍增电阻小，因其分压小。

2．校正后的电表使用时，它的测量误差是否可以比标准的误差小些？试取任意刻度值加以比较。

本实验不可以，因校正后的改装表的精度5.0（或0.7）低于标准表（0.5）。若校正后的改装表的精度高于标准表，则可以。

3．为什么校正电表时需要把电流（或电压）从小到大做一遍，又从大到小做一遍？，两者完全一致说明了什么？不一致说明了什么？

主要是看刻度线是否均匀。两者完全一致说明刻度线是均匀的；不一致说明刻度线是不均匀的。

笔试测评题：

1.一量程为100μA，内阻1kΩ的微安表，它可以测量的最大电压是多少？如果将它的量程扩大为原来的N倍，应如何选择扩程电阻？

它可以测量的最大电压是：

选择扩程电阻的阻值为： ,  R_g=1KΩ

2.校正电流表时，如果发现改装表的读数偏高，应如何调整？

校正电流表时，如果发现改装表的读数偏高；说明分流电阻的分流小阻值大，故应减小分流电阻的阻值。