多用电表的改装与调试

【实验目的】

1、学习替代法测量微安表的内阻。

2、学习将微安表改装成较大量程电流表和电压表的原理和方法。

3、熟悉电流表、电压表的构造原理，学会改装并校准电流表、电压表的原理和方法。

【实验仪器】

直流稳压电压（约6V），交流电源（约15V），数字多用表 ，1.5V干电池（欧姆表专用） ，六位电阻箱 ，滑线变阻器，标准直流电流表，标准直流电压表，μA表头

【实验原理】

1．表头的主要参数的测定

表头的主要参数：量程和内阻。量程是指针偏转满刻度时可测的最大电流值，也称表头的满偏电流。表头的内阻是偏转线圈的直流电阻。电表的内阻是电表两端的电阻。

替代法：测量电路如1-b所示，将置于1处，调节使表头满偏（或在某一较大示值处），记下此时标准表的读数；将置于2处，调节使标准表的读数仍为，则。替代法是一种运用很广的测量方法，具有较高的测量准确度。

  (一)改装微安表为电流表

用来改装的微安表习惯上称为“表头”.表头有两个重要的参量：一个是满偏电流I_g(又称为测量范围上限，当测量范围下限为零时，它就等于量程)；另一个是内阻R_g.将表头改装为大量程的电流表时，应并联一个分流电阻R_s，使大部分电流从R_s流过，而同时仍满足流经表头的满偏电流为I_g，如图6-1所示.设改装后的电流表的量程为I，根据欧姆定律得，得

                （6-1）

                                                         

设，则

                       （6-2）

表头的内阻R_g由实验室给出，按照所需电流表的量程I，由(6-1)式或(6-2)式可算出分流电阻R_s的阻值.

(二)改装微安表为电压表

微安表本身只能用来测量很低的电压(其量程为I_g·R_g).为了满足实际测量的需要，可在微安表上串联一个电阻R_H(又称分压电阻)；使得待测电压大部分降落在串联的电阻R_H上，表头上承担的电压最大值仍然为I_gR_g，如图6-2所示.设改装后的电压表量程为U，由欧姆定律，得

               （6-3）

 (三)改装微安表为欧姆表

用来测量电阻的电表称为欧姆表，其原理如图6-3所示.图中E为干电池的电动势，电阻R₀由可变电阻R_l和固定电阻R₂串联组成，固定电阻R₂中包含了电源的内阻， a、b为测量电阻时的接线柱，R_x为待测电阻.

用欧姆表测电阻时，首先需要调零，即将a、b短路(R_x=0)，调节可变电阻R₁，使表头指针偏转到满刻度，这时电路中的电流即为满偏电流.由全电路欧姆定律得

               (6-4)

可见，欧姆表的零分度线是在表头标尺的满刻度处，它正好与电流表的零分度线位置相反.将R₀阻值固定，R_g+R₀就是欧姆表的内阻.

当a、b断开时，R_x=∞，表头指针不动.

当a、b之间接入电阻R_x时，电路中的电流

                                                 (6-5)

当R_x改变时，I也随着改变.可见每—个R_x值都有—个对应的电流值I.如果我们在标尺上直接标出与I对应的电阻R_x的值，就制成了欧姆表的标尺.为此用电阻箱代替R_x，当R_x=R_g+R₀时，电流为满偏电流的一半，即I=I_g/2，指针指在表头标尺的中心，习惯上用R_i表示R_g+R₀,称之为欧姆表的中值电阻.从电阻箱上取R_i/2、R_i、2R_i、3R_i……时，记录相应表头指针的位置，就标出了欧姆表的标尺。

可以证明，欧姆表的误差除了与表头的准确度等级有关外，还与指针的偏转角度有关.当指针在欧姆表的中值电阻附近时相对误差最小，为了减少误差，欧姆表—般采用多量程挡位，使待测电阻尽可能地接近欧姆表的中值电阻。

由于干电池的电动势和内阻在使用后都会发生变化，欧姆表每次测量前都应调零，即使这样，欧姆表的示值误差也是比较大的，所以一般用欧姆表做快速粗略测量。

(四)改装表的校准

在规定条件下，将改装后的电表与标准表同时对同一对象(电流或电压)进行测量，将测量结果相互比较，以确定改装表的示值误差的过程就是校准.校准时读出改装表的各个示值A_x，同时读出标准表对应的示值A_s,与A_x对应的修正值.校准的结果可用校准曲线表示：即以A_x为横坐标，以为纵坐标，标出各个校准点，然后把相邻的两个校准点用直线段连接，就得到了改装表的校准曲线.如图6-4所示就是改装电流表的校准曲线.有了校准曲线，使用改装表时可根据校准曲线修正改装表的读数.改装表的修正值为.例如图6-4中，I_x=4.00mA时，，改装表的修正值应为=4.00-0.01=3.99mA.

实验时，应使用比原表头准确度等级更高的成品表代替标准表.当然，经过校准后的改装表测量时仍然存在仪器误差，这个误差—般大于校准时所用的成品表的误差，成品电流表和电压表的误差参见附录2-7.

【实验内容】

(一)将表头改装为10mA量程的电流表并校准

1.根据给定的表头内阻为R_g，满偏电流I_g，由(6-1)式或(6-2)式算出分流电阻R_s的值，用电阻箱充当R_s ,与表头并联成5mA的电流表.并决定此改装表标尺的分度.

2.按图6-5接线，将机械调零后的改装表与标准电流表接入电路.

3.接通电源，调节电路中的电流，使改装表读数从零逐渐增加到满刻度，然后再逐渐减少到零.同时将改装表和标准表相应的读数I_x和I_s填入数据表6-1.

4.以改装表的读数I_x为横坐标，为纵坐标，在坐标纸上作出改装电流表的校准曲线.

(二)将表头改装为5V量程的直流电压表并校准

1.根据(6-3)式计算出串联的分压电阻R_H的值.用电阻箱充当R_H，R_H与表头串联成电压表.并决定此改装表标尺的标度.

2.将改装电压表与标准电压表机械调零后，按图6-6接入电路.

3.接通电源，调节滑线变阻器的滑块，使改装电压表的读数从零逐步增加到满度，然后再逐渐减少到零，同时将改装表和标准表相应的读数U_x和U_s填人数据表6-2.

4.以改装表的读数U_x和δU_x=U_x—U_s，分别为横坐标和纵坐标，在坐标纸上作出改装电压表的校准曲线.

(三)将表头改装为10V量程的交流电压表

1.如上图所示，电源改为交流电源，在电源正负极个接上一个2CP型整流二极管。

2.接通电源，调节滑线变阻器的滑块，使改装电压表的读数从零逐步增加到满度，然后再逐渐减少到零，同时将改装表和标准表相应的读数U_x和U_s填人数据表6-3.

3.以改装表的读数U_x和δU_x=U_x—U_s，分别为横坐标和纵坐标，在坐标纸上作出改装电压表的校准曲线.

（四）将表头改装为×1k倍率欧姆表

1.根据给定的表头参数I_g、R_g及电源电动势E，由(6-4)式求出R₀的阻值.

2.用电阻箱充当R₂(使其阻值保持不变)，滑线变阻器充当R₁,按图6-4将R₂、R₁与表头和电池串联，就构成了欧姆表.

当a、b两接线柱断路时，表头指针应为零，如不为零应机械调零.

3.将图6-3中a、b两接线柱短路，调节滑线变阻器R₁，使表头的指针转到满刻度.

4.在保持R_l和R₂阻值不变的情形下，用另一只电阻箱充当R_x，取其阻值为欧姆表的中值电阻R_i=R_g+R₀的1/2、1、2、3、……，同时记下指针的偏转格数，据此绘制出欧姆表的标尺.

【数据表格】

表6-1  电流表校准数据       I_g=     μA   R_g=      Ω   R_s =        Ω

表6-2  直流电压表校准数据      I_g=     μA   R_g=      Ω R_H =        Ω

  表6-3  交流电压表校准数据        I_g=     μA   R_g=      Ω R_H =        Ω

表6-4 欧姆表标度尺的标定  

I_g=     μA   R_g=      Ω  E=     V   R₀=      Ω  R_i=R_g+R₀=      Ω

第二篇：物理设计性实验

20##-2010学年度下学期物理学及实验班08级

设计性实验选题方案

2-3人可选同一题目，但是需要确定不同的方案！也可自定题目，但需先申请。

要求：一周内完成选题，并初步拟定方案。