《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Ig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Rg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RS，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RS，而表头的电流仍在原来许可的范围之内。

Ig I I-Ig Ig R1 RS I2 图4－2－1 图4－2－2 I1 Rg R2 G Rg G 设表头改装后的量程为I，由欧姆定律得 IIgRSIgRg

IgRgIIgRg （4－2－1） I1Ig RS式中I／Ig表示改装后电流表扩大量程的倍数，可用n表示，则有 RSRgn1

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Rg／(n－1)的分流电阻RS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。

(I1Ig)(R1R2)IgRg同理可得

(II)RI(RR)2g1gg2 则 R1IgRgI1I2(I1Ig) R2IgRg(I2I1)I2(I1Ig)

2．将电流计改装为伏特表

电流计本身能测量的电压Vg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Rp，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Vg。

设电流计的量程为Ig，内阻为Rg，改装成伏特表的量程为V，由欧姆定律得到

IgRgRpV

RpVRg(V1)Rg （4－2－2）

IgVg式中V／Vg表示改装后电压表扩大量程的倍数，可用m表示，则有 Rp(m1)Rg

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(m1)Rg扩程电阻Rp。

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

Ig(RgR1)V1VR11RgRg

Ig(RgR1R2)V2R2V2RgR1IgIg ＋Ig ＋ G Rg －Rp 图4－2－3 G Rg － R1 R2

V1 图4－2－4 V2 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IX，标准表的读数为I0，则该刻度的修正值为ΔIX＝I0－IX。将该量程中的各个刻度都校准一遍，可得到一组IX、ΔIX（或VX、ΔVX）值，将相邻两点用直线连接，整个图形呈折线状，即得到IX～ΔIX（或VX～ΔVX）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

最大相对误差最大绝对误差100%a%

量程 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？

最大相对误差最大绝对误差0.12100%100%0.4%0.5%

量程30 因为0.2<0.4<0.5，故该表的等级属于0.5级。

ΔVＸ VX 图4－2－5 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1KΩ，所以这表头的量程为Ig＝3mA左右。根据已知的Ig、Rg代入公式算出RS。

（2）按图4－2－6接线，图中RS用电阻箱代替，电源用4.5V，R1 、R2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R1使标准毫安表接近满度，再移动细调滑线变阻器R2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RS，使其恰好满度。

（4）移动滑线变阻器R1 、R2，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Rg代入公式算出扩程电阻RP的值。

图4－2－7 EK＋ G － ＋ RS EmA － R2 R1 图4－2－6 R0 ＋ V － Rp ＋ KG －

（2）按图4－2－7接线，图中RP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RP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 ，RS理 ，RS实 。 待改装电表格数 待改装电表示数IX（mA） 标准表示数I0（mA） ΔIX＝I0－IX（mA） 6.0 9.0 12.0 18.0 18.0 27.0 24.0 36.0 30.0 45.0 (其中RS理为计算值，RS实为改变后的实际值，下面的RP理和RP实相同)。 电压表扩大倍数_________，RP理______________，RP实 。 待改装电表格数 待改装电表示数VX（V） 标准表示数V0（V） ΔVX＝V0－VX（V） 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。

6.0 3.0 12.0 6.0 18.0 9.0 24.0 12.0 30.0 15.0