1电表的改装与校准(3900字)

来源:m.ttfanwen.com时间:2016.4.18

实验电表的改装与校准

电流计表头一般只能测量?A级电流和mV级电压,若要用它来测量较大的电流和电压,就必须用改装来扩大其量程。磁电式系列多量程表都是用这种方法实现的。电表改装的原理在实际中应用非常广泛。

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Ig称表头的(电流)量程,Ig越小,表头的灵敏度就越高。表头内线圈的电阻Rg称为表头的内阻。表头的内阻Rg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Rs(如图3-4-1所示)。使超量程部分的电流从分流电阻Rs上流过,而表头仍保持原来允许流过的最大电流Ig。图中虚线框内由表头和Rs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: (I?Ig)Rs?IgRg (3-4-1)

Rs?IgRg

I?Ig (3-4-2)

若: I?nIg 则: Rs?Rg

n?1(3-4-3)

当表头的参量Ig和Rg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Rs,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

Rg

n?1的分流电阻Rs即可。

2. 将微安表改装成伏特表

微安表的电压量程为IgRg是电压量程IgRg串联一个分压电阻RH(如图3-4-2所示)压加在分压电阻RHIgRg。 设表头的量程为Ig,内阻为Rg,欲改成的电压表的量程为V,由欧姆定律得: Ig(Rg?RH)?V (3-4-4)

RH?

可得: (3-4-5) 可见,要将量程为Ig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RH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。

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V?RgIg

3. 将微安表改装成欧姆表

将微安表与可变电阻R0(阻值大)、Rm(阻值小),以及电池、开关等组成如图3-4-3所示电路,就将微安表组装成了一只欧姆表。图中Ig 、Rg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Rx后,通过Rx的电流为Ix,流经微安表头的电流为I,根据欧姆定律有

Ix?EE?Rm(R0?Rg)Rx?RmRx?r?Rm?(R0?Rg)

(Rm??R0?Rg,r??Rx)

I(R0?Rg)?(Ix?I)Rm ∵ (3-4-6) (3-4-7)

由(3-4-6)、(3-4-7)式解得

I?RmRmEIx??R0?Rg?RmR0?RgRx?Rm (Rm??R0?Rg)

1电表的改装与校准

(3-4-8)

可以看出,当Rm,R0,Rg和E一定时,I~Rx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3-4-4所示。由3-4-8式可以看出,欧姆表有如下特点:

(1)当Rx=0(相当于外电路短路)时,适当调节R0(零欧调节电阻)可使微安表指针偏转到满刻度,此时

I?E?IgR0?Rg

当Rx=∞(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。

Rx?r?

(2)当Rm(R0?Rg)Rm?(R0?Rg)?Rm

时,I?RmE1??IgRx?RmR0?Rg2

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=Rm。

当 Rx?2R中时,I?Ig/3

Rx?3R中时,I?Ig/4

1电表的改装与校准

1电表的改装与校准

? ?

Rx?nR中,I?Ig/(n?1)

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R0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Rm扩大10倍、100倍?,从而使R中也扩大同样倍数。如图3-4-4所示,只要在欧姆表面板上相应标上Rx×10、Rx×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Rx×10档?还是Rx×100档??,应由Rx的估计值决定,原则上应尽量使欧姆表指针接近半偏转(Rx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R0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3-4-6所示。测量时先合上K1,再将开关

IK2扳向“1”端,调节R1和R2,使标准电流表mA示值对准某一整数值0(如80μA),然后

保持UBC(R1的C端)和R2不变,将

K2扳向“2”端(以R3代替Rg)。这时

只调节R3,使标准电流表mA示值仍为

I0(如80μA)。这时,表头内阻正好就

等于电阻箱R3的读数。实验中要求按

下面表格测量五次。

注意:实验过程中μA和mA两表

示值不同步并不影响

Rg的测量,但标准表mA的电流不能超过1mA!

1电表的改装与校准

2. 将100 μA的表头改装成量程为1mA的电流表

按图(3-4-7)连接好线路。

(1)根据测出的表头内阻g,求出分流电阻RS(计算值)。然后将电阻箱RS调到该值后,图中的虚线框即为改装的1mA电流表。

(2)校准电流表量程:先调好表头零点(机械零点),然后调节R1和R2使标准表mA示值为1mA。这时改装表μA示值应该正好是满刻度值,若有偏离,可反复调节R1、R2和RS,直到标准表和改装表均和满刻度线对齐为止,这时改装表量程就符合要求,此时RS的值才为实验值,否则电流表的改装就没有达到要求!

(3)校正改装表:保持RS不变,调节R1、R2使改装表示值Ix按表3-4-2的要求(即由1.00、0.90、?直到0.10mA变化)也就是表头示值由100、90、?直减到10μA,记下标准 R__

1电表的改装与校准

Ssx为纵坐标,相邻两点间用直线(4)以改装表示值Ix为横坐标,以修正值x

连接,画出折线状的校正曲线ΔIx~Ix(如图3-4-9)。

表3-4-2 电流表校正数据表格

分流电阻RS:计算值 ?、实验值 ?

?I?I?I

IX (mA) IS (mA) ΔIX=IS-Ix (mA)

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

3. 将100μA的表头改装成量程为1V的电压表: 参考改装电流表的步骤,先求出分压电阻RH(计算值),按图3-4-8接好线路,将表头组装成量程为1V的电压表;测出分压电阻RH的实验值,并保持其不变,调节R1、R2,使改装表由满刻度开始逐渐减小直到零(表头μA示值由100、90、?直减到10μA);同时记下改装表(Ux)和标准表(US)相应的电压读数,将数据填入表3-4-3中。同样画出折线状的电压表校正曲线ΔUx~Ux。

表3-4-3 电压表校正数据表格

分压电阻RH:计算值 Ω、 实验值 Ω Ux(V) US(V) ΔUx=US-Ux

(V)

0.10 0.20 0.0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00

4. 将100μA的表头改装成中值电阻为120Ω的欧姆表(选做):

(1)按图3-4-3连接好电路,此时已组装好欧姆表。组装通电前应拨好电阻箱R0、R1

的阻值。

(2)用电阻箱代替Rx,使Rx=0时,微安表指针对准满刻度值。 (3)根据表3-4-4所测出的数据,画出欧姆表刻度盘。

表3-4-4 改装欧姆表数据表

R0= Ω

Rx(?) I(μA) Rx(?)

0 150

20 200

R1= Ω 30

300

40

400

50

500

80 1000

120 ∞

I(μA)

五. 问题讨论

1. 给定一个已知量限为Ig的表头,改装成量限为I的电流表,试说明其主要方法及步骤。

2. 将一个量程为Ig?100?A,内阻Rg=1000Ω的表头,欲改装成量限为5V和10V的电压表,试画出改装电路图并分别计算附加电阻RH的值。


第二篇:三、电表改装与校准 2500字

实验 电表改装与校

第一部分TKDG-1型电表改装与校准实验仪使用说明

一、引言

TKDG-1型电表改装与校准实验仪集成了可调电压源(带三位半数显),被改装表的表头,可变电阻箱,校准用的三位半数字电压表和电流表等部件。利用该实验仪学生可学习掌握:

(1)电表改装的基本原理和方法,并学会校准曲线的描绘和应用。

(2)熟悉电表的规格和用法。了解电表内阻对测量的影响,掌握电表级别的定义。

二、结构

实验仪面板结构图如图一所示,它主要由用作校准用的三位半数字式电压表、三位半数字式电

三电表改装与校准

流表、用作被改装的指针式大面板模拟表头、可调电阻与可变电阻箱以及可调直流稳压电源组成。

三、技术指标

可调直流电压源:0~2V输出可调,3 1/2数字显示。

指针表表头:量程lmA,内阻Rg为100Ω。

470Ω可调电阻:与表头串联,用于改变表头的内阻。

可变电阻箱:最程O~999.9Ω。

数字电压表:量程O~2V。

数字电流表:量程O~20mA。

四、使用注意事项

1、注意接入改装表电信号的极性与量程大小,、以免指针反偏或过量程时出现“打针”现象。

2、实验仪提供的标准电流表和标准电压表仅作标准时的标准。

1

第二部分实验内容

电表的改装和校准

电表在电测量中得到广泛的应用,因此如何了解电表和使用电表就显得十分重要。电流计是用来测量微小电流的,它是非数字式测量仪器的一个基本组成部分,我们用它来改装成毫安表和电压表。

一、实验目的

1.按照实验原理设计测量线路。

2.了解电流计的量程Ig和内阻Rg在实验中所起的作用,掌握测量它们的方法。

3.掌握电表的改装、校准和使用方法,了解电表面板上符号的含义。

二、实验原理

1.电流计

图l是常见的磁电式电流计的构造。它的主要部分是放在永久磁场中的由细漆包线绕制成的可以转动的线圈、用来产生机械反力矩的游丝、指示用的指针和永久磁铁所组成。当电流通过线圈时,载流线圈在磁场中就产生一磁力矩M磁,使线圈转动,由于线圈的转动就扭转与线圈转动轴连接的上下游丝,使游丝发生形变产生机械反力矩M机, 线圈满刻度偏转过程中的磁力矩M磁只与电流强度有关与偏转角度无关,而游丝因形变产生机械反力矩M机与偏转角度成正比。因此当接通电流后线圈在M磁作用下偏转角逐渐增大,同时反力矩M机也逐渐增大,直到M磁 = M机 时线圈就很快的停下来。线圈偏转角的大小与通过的电流大小成正比(也与加在电流计两端的电势差成正比),由于线圈偏转的角度,通过指针的偏转是可以直接指示出来的,所以上述电流或电势差的大小均可由指针的偏转直接指示出来。

电流计允许通过的最大电流称为电流计的量程,用Ig表示,电流计的线圈有一定内阻,用Rg表示,Ig与Rg是两个表示电流计特性的重要参数。

电流计可以改装成毫安表或电流表,电流计G只能测量很小的电流,为了扩大电流计的量程,可以选择一个合适的分流电阻Rp与电流计并联,这就组成为一只毫安表或安培表(又称电流表),这时电流计指针的示值就要按毫安表或安培表的满量程设计来读取数据。

若测出电流计G的Ig与Rg,则根据图2就可以算出将此电流计改装成量程为I的毫安表所需的分流电阻Rp: .

IgRg=(I?Ig)Rp (1)

Rp=(Ig

I?Ig)Rg (2)

电流计也可以改装成电压表:由于电流计Ig很小,Rg也不大,所以只允许加很小的电位差,为了扩大其测量电位差的量程可与一高阻Rs串联,这时两端的电位差V大部分分配在Rs上,而加在电流计上的小部分电压只与所加电位差V成正比。只需选择合适的高电阻Rs与电流计串联作为分压 2

电阻。这就组成为一只伏特表(又称电压表),这时电流计指针的示值就要按电压表的满量程设计来读取数据。

如果改装后的电压表量程为V,则Rs的选择由图2可见

V=Ig(Rg+Rs) (3)

VRs=-Rg

三电表改装与校准

(4)

三电表改装与校准

Ig

三电表改装与校准

图l 电流计结构示意图 图2 电流计量程改装原理

三、实验内容

1.测定电流计G的量程Ig和内阻Rg,设计测量电路并测定之。

内阻Rg的测量,可以采用替代法和中值法等多种方法。

替代法:如图3所示,将被测电流计接在电路中读取标准表的电流值,然后切换开关S的位置,用十进位电阻箱替代它,并改变电阻值,当电压不变时,使流过标准表的电流保持不变,则电阻箱的电阻值即为被测改装电流计的内阻。

中值法:当被测电流计接在电路中时,使电流计满偏,再用十进位电阻箱与电流计并联作为分流电阻,改变电阻值即改变分流程度,当电流计指针指示到中间值且总电流强度保持不变时,显然

三电表改装与校准

这时分流电阻值就等于电流计的内阻。

图3 替换法测量电表内阻

2.改装电流计为5 mA或10 mA量程的毫安表

3

根据分流原理,将电流计改装成量程为5 mA或10 mA的毫安表。并按图4用所提供的O.5级三位半数字毫安表来校准被改装成的毫安表。从O到满量程,以电流计面板读数为横坐标,以校准

三电表改装与校准

毫安表的读数为纵坐标,用毫米方格纸作出校准曲线。

图4 改装毫安表的校准

3.改装电流计为lV量程的电压表

根据分压原理,将电流计改装成量程为lV电压表,并按图5所提供的O.5级三位半数字电压表来校准被改装成的电压表。从0到满量程,以电流计面板读数为横坐标,以校准电压表的读数为

三电表改装与校准

纵坐标,用毫米方格纸作出校准曲线。

图5 改装伏特表的校准

4.定出改装后的毫安表和电压表的级别

通常改装表的级别不能高于校准表的级别,根据实际测量与计算的结果来确定改装表的级别。

四、思考题

1.校准电流表时发现改装表的读数相对于校准表的读数偏高,试问要达到校准表的数值,改装表的分流电阻应调大还是调小?

2.校准电压表时发现改装表的读数相对于校准表的读数偏低,试问要达到校准表的数值,改装表的分压电阻应调大还是调小?

3.用欧姆表测电阻时,如果表头的指针正好指在满刻度的一半处,则从标尺读出的电阻值是否等于该欧姆表的内阻值?

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