电表的校准(高考秘籍必看)(3500字)

发表于:2016.4.18来自:www.ttfanwen.com字数:3500 手机看范文

实验 电表的改装和校准

1. 实验目的

(1) 掌握改装电流表和电压表的原理和方法;

(2) 学会校准电流表和电压表。

2. 实验仪器

微安表(量程100?A)二个,毫安表(量程15mA),伏特表(量程15V),ZX21型旋转式电阻箱,滑线变阻器(0~100Ω),直流稳压电源(0~15V),单刀双掷开关各一个。

3. 实验原理

在实验工作中,我们往往要用不同量程的电流表或电压表来测量大小悬殊的电流或电压。例如从几微安到几十安,从几毫伏到几千伏。但电表厂一般只制造若干规格的微安表和毫安表(通常称为表头),我们可以根据实际需要,用并联分流电阻或串联分压电阻的方法,

把它们改装成不同量程的电流表和电压表。

(1) 扩大微安表的量程

若要扩大微安表(或毫安表)的量程,只要在

微安表两端并联一个低电阻Rs,(称为分流电阻)

即可,如图16-1所示。由于并联了分流电阻Rs,

大部分电流将从Rs流过,这样由分流电阻Rs和

表头组成的整体就可以测量较大的电流了。

图16-1 与表头并联的分流电阻Rs

设微安表的量程Ig ,内阻为Rg ,若要把它的量程扩大为I0 ,分流电阻Rs应当多大? 当AB间的电流为I0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),流过Rs的电流Is= I0 - Ig ,由于并联电路两端电压相等,故

(I0?Ig)Rs?IgRg

?Rs?IgRg

I0?Ig (1)

通常取I0= 10Ig ,100Ig ,? ,故分流电阻Rs一般为Rg / 9 ,Rg / 99 ,? 。 即:要把表头的量程扩大m倍,分流电阻应取

Rs?Rg

m?1

(2) 把微安表改装成电压表

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

16-2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

图16-1 与表头串联的分压电阻Rm 装成量程为V0的电压表,分压电阻Rm应取多大

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?

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

V0?Ig(Rg?Rm)

?Rm?V0?Rg (2) Ig

(3) 表头内阻的测量

由(1)式和(2)式知,在改装电表前,首先应知道表头的内阻Rg 。

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16-3(左图)所示。然后保持VAC不变,用电阻箱R取代M,如图16-3(右图)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 。

图16-3 用替代法测微安表头M的内阻

4. 实验步骤

(1) 测量微安表M的内阻

1) 按图16- 4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

为ZX21型电阻箱,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。

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60.0 ?A。以

图16-4 测量微安表M内阻的电路图 后不能再移动R1的滑动触头,以保持电压不

变。

3) 因为微安表M的内阻约为2000Ω,故先将R2调到2000Ω,再把K2扳向2,仔细调节R2,使N的读数仍为60.0 ?A,此时R2的阻值就等于微安表M的内阻,记下M的内阻Rg。

(2) 把量程为100 ?A的微安表改装成量程为10mA的毫安表

1) Ig=100 ?A,I0=10mA,根据(1)式计算出微安表M的分流电阻Rs 。

2) 按图16-5接好电路。调节电阻箱R2的阻值等于Rs。这样虚线框内由分流电阻Rs和表头组成的整体就成为量程为10mA的毫安表了。图中的毫安表作为标准表,用来校准改装成的毫安表。

3) 打开K1,将电源E的输出电压仍保持为2V,调节A、C之间的电压VAC,当微安表M的读数IW ,分别为100.0?A,90.0?A,?,10.0?A,0.0?A(相当于改装毫安表的读数IG

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别为10.0mA,9.0mA,?,1.0mA,0.0mA)时,

记下标准毫安表对应的读数IB 。

4) 以IG为横坐标,Δ I=(IB一IG)为纵坐标,

在坐标纸上作出 Δ I ~ IG校准曲线(应将各点连

成折线,而不是光滑曲线)。以后使用改装的毫

安表时,可以根据校准曲线修正毫安表的读数。

5) 校准曲线可参考图16-6所示。

图16-5 校准改装的电流表

图16-6 电流校准曲线参考图

(3) 把量程为100 ?A的微安表改装成量程为10V的伏特表

1) Ig=100 ?A,V0=10V,根据(2)式计算出微安

表M的分压电阻Rm。

2) 按图16-7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100.0?A,90.0?A,?,10.0?A(相当于改

装的伏特表的读数VG分别为10.0V,9.0V,?,

1.0V)时,记下标准伏特表对应的读数VB。

图16-7 校准改装的电压表

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。

5. 测量记录和数据处理

(1) 测量微安表M的内阻

Rg= Ω

(2) 把量程为100?A的微安表改装成量程为10mA的毫安表

Rs= Ω

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(3) 把量程为100?A的微安表改装成量程为10V的伏特表

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= Ω

6. 常识介绍

(1) 电表的等级

根据我国国标(GB)规定,电表的等级分为以下7级: 0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 5.0

如果用A表示电表的量程,用K表示电表的等级,那么当电表的指针指示某测量值时,该测量值的最大绝对误差

ΔN = A ? K %

例如量程15mA,等级为1.0级的毫安表,那么当电表的指针指示某一测量值时,该测量值的最大绝对误差为

ΔN = 15 ? 1.0 % = 0.15 mA

(2) 电表标度盘各种符号的意义(见下页)

此表为根据国家规定的电气仪表的主要技术性能在电气仪表面板上的标记。使用电表时,应先认真看清有关标记,正确使用。如本实验所用的伏特表在表盘右下角标有“┌┐”标记,表示该表应水平放置,不能竖立起来读数。

7. 思考题

(1) 如何用替代法测量表头的内阻R?

(2) 如何扩大微安表的量程,如何校准电流表? (3) 如何把微安表改装成电压表? 如何校准电压表?

(4) 根据我国国标(GB)规定,电表分哪7个等级? 测量值的绝对误差如何计算? (5) 本实验中的滑线变阻器在连接上和作用上有何不同?

(6) 在图16-4和图16-5中,稳压电源的电压是2V,而图16-7中的稳压电源却要调到

12V,这是为什么? 能否再降低? 两者最小值各是多少?

(7) 校正电流表时发现改装表的读数相对于标准表的读数偏高,试问要达到标准表的数

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值,改装表的分流电阻应调大还是调小?

(8) 校正电压表时发现改装表的读数相对于标准表的读数偏低,试问要达到标准表的数值,改装表的分压电阻应调大还是调小?

常见电气仪表面板上的标记

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第二篇:电表的改装 5600字

宁 波 工 程 学 院

课程 大学物理实验 20 11 ——20 12 学年第 一 学期

班级 汽车10 教师 秦艳芬

9-1

实验试做报告内容:

1. 实验名称

2. 实验目的;

3. 实验原理:主要原理公式及简要说明、原理图;

4.实验内容;

5.注意事项;

6.实验仪器:主要实验主要仪器的名称、型号及主要技术参数(测量范围和仪器误差);

7.数据记录及处理:

①数据记录;

②数据处理;

8.数据分析;

9.误差分析;

10.实验中现象的分析和处理;

11.结果的分析讨论;

12.其他可研究课题。

9-2

报告内容

电表的改装实验试做报告

【实验目的】

1. 掌握将表头(扩大量程)改装成电流表、电压表的原理和方法

2. 学会用替代法测定表头的内阻

【实验原理】

1.表头参数和内阻的测定

替代法测量表头的内阻,其测量电路如图9-1所示。

图9-1

2.将表头改装(扩大量程)为电流表

将表头改装成电流表的方法是,在表头两端并联一低电阻RA,如图9-2所示。

设表头扩大后的量程为Im,由欧姆定律可得

(Im—Ig)RA=IgRg

RA?RA?Ig1*Rg?*Rg Im?Ig(Im/Ig)?11*Rg n?1

可见,将表头的量程扩大n倍,只需在表头上并联一个电阻值为 Rg/(n-1)的分流电阻即可,其中n=Im/Ig。

3. 将表头改装为电压表

将表头改装成电压表的方法是,可在表头上串联一高阻RV,如图9-3所示。

设表头改装后的量程为Um,由欧姆定律可得

Um=Ig(Rg+Rv)

Rv?UmUmRg?Rg??Rg IgIgRg

=(n-1)*Rg

可见,要将电压量程为IgRg的表头改装成量程为Um

电表的改装

的电压表,只需在表头上串联一个阻值为

9-3

(n-1)Rg的分压电阻即可,其中n?Um。

电表的改装

IgRg

图9-2

4. 改装表的校正

电表在扩大量程或改装后需要进行校正。校正的目的是:评定该表在扩大量程或改装后是否仍符合原电表的准确等级;绘制校准曲线,以便对改装后的电表示值进行修正。

校正电表的方法可使用比较法。电路如图9-4和图9-5所示。校正点应选在电表满偏转范围内各个标度值的位置上,确定各校正点的△I=Ix-Is(△U=Ux-Us)值。

电表的改装

图9-3

图9-4 图9-5

【实验内容和实验步骤】

1.用替代法测量表头内阻

按图9-1接线,具体做法:

(1) 万用表打到电压档,合上开关K,调节R使万用表显示较大值处(同时注意表头G指针不能

超过量程)。记录此时万用表显示值U= 。

(2) 先断开K,将G表位置替换成R0,其他不变,合上K,调节R0,使万用表表示值不变。此时

R0替代了表头内阻Rg,R0为电阻箱,可直接读得表头内阻。记录阻值Rg= 2400Ω 。

2.将表头改装成量程为10mA的电流表

(1) 计算分流电阻RA,用电阻箱作RA,按图9-4接线, RA= 23.0Ω 。

(2) 校正扩大量程表上有标度值的点,应使电流增加和减少各校正一次,并将测得数据记录9-1表中。

3.将表头改装成量程为1.0V的电压表

(3) 计算分压电阻RV,用电阻箱作RV,按图9-5接线,RV= 7670.9Ω 。

(4) 校正扩大量程表上有标度值的点,应使电压增加和减少各校正一次,并将测得数据记录9-2表中。

9-4

【注意事项】

1.根据实验要求和性能参数正确选用电路的。 2.按前述的电路接线规范正确接线。应特别注意滑线变阻器的接线(阻值小的作为分压器,阻.....................值大的作为限流器;分压器不得接成限流器,限流器有时可接成固定电阻),分压器的滑动端位置应....................放在输出为零的位置。 .........

3.电路中的Rg、Rs和RH都应使用电阻箱,以便于读数。电阻箱的预设电阻值应该用公式进行................估算。 ..

【实验仪器】

名称 数量 型号

1. 直流稳压电源 1台 0~20V可调 2. 表头 1只 100μA 3. 电阻箱 1只 4. 万用表 1只 5. 开关 1只 6. 滑线变阻器 1只

7. 电阻 1只 10K?*1 8. 可变电阻器 1只 10K?*1 9.短接桥和连接导线 2只 P8-1和50148 10.实验用9孔插件方板 1块 297mm ×300mm

【数据记录及处理】

表9-1电流表的校正记录及计算各校正点的△I值。

电表的改装

电表的改装

图表 1电流表校正曲线

9-5

表9-2电压表的校正记录及计算各校正点△U的值。

电表的改装

电表的改装

图表 2电压表校正曲线

【数据分析】

1.电流改装表的示值相对标准表的示值偏高,说明Rs分流偏小,Rs值偏大。 2.电压改装表的示值相对标准表的示值偏低,说明流过RH的分流偏小,Rs值偏大。 3.校准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,两者不完全一致,经过取平均减小了仪器误差的影响。

【误差分析】

实验主要是仪器误差和电路灵敏度引起的误差。Rg、Rs和RH的电阻阻值误差由电路灵敏度和电阻箱误差(见表电—15)等引起,电路灵敏度引起的误差由读数操作电阻值有效数值最后位确定。

【结果的分析讨论】

改装后的电表的精度等级,原则上,如经校正,应为0.5级;如不经校正,应为2.0级(如标准表的精度取得更高,如0.2级,则改装表的精度近似为1.5级):

【其他可研究课题】

1.试设计测量内阻的几种方法。

2.设计多量程电流表时,可选用哪些电路。

9-6

教 案(首页)

电表的改装

9-7

电表的改装和校正

一、实验任务

1.用替代法测微安表内阻(微安表参数:100μA 1.5级,内阻约2kΩ);

2.把微安表扩大量程为1mA的电流表(如扩为10mA的电流表,并联电阻只有约22Ω,用电阻箱难以调节),在用同量程的0.5级标准表(如量程偏大,则增大标准表的读数误差)校正,画出...

校正曲线;

3.把微安表改装成量程为1V的电压表,并用同量程的0.5级标准表校正,画出校正曲线。 ...

二、方法特点

1.电流表扩程是利用分流原理,在电流表上并联分流电阻;改装成电压表是利用分压原理,和电流表串联分压电阻;

2.校正电表需用比改装表精度等级高(最好高一个数量级)的标准表。电流表校正时,标准电流表应和电流表串联;电压表校正时,标准电压表则应并联接入;

3.校正曲线应连成折线。

三、学习要点

1.学习用替代法或半偏法测微安表内阻;

2.掌握如何把微安表扩程和改装成电压表的原理和方法;

3.学会校正电表的方法;

4.学会电路的正确接线方法以及滑线变阻器和电阻箱的正确使用方法;

5.学会电表的正确读数(有效数字)以及读数误差的计算方法。

四、操作规范及使用注意

1.根据实验要求和性能参数正确选用电路的。

2.按前述的电路接线规范正确接线。应特别注意滑线变阻器的接线(阻值小的作为分压器,阻.....................值大的作为限流器;分压器不得接成限流器,限流器有时可接成固定电阻),分压器的滑动端位置应....................放在输出为零的位置。 .........

3.电路中的Rg、Rs和RH都应使用电阻箱,以便于读数。电阻箱的预设电阻值应该用公式进行................估算。 ..

4.在作电流测量时,电源的输出电压应尽量小,以使分压器的调节不致过于灵敏(可适当配以限流电阻的调节,但不得调得过小)。

5.用电阻箱进行读数时,要注意其电路灵敏度。只读有效数值,变动时对电路中电表指针不起....................作用的位数不应读出。 .........

6.需调节两电表同时满度时,可先把两表读数调到接近满度,在调电阻箱阻值使两表读数值相同,最后调一下分压器,就可同时到达满度。

7.校正电表时,注意改装表的读数(I或V)一般取整数;标准表的读数(IS或VS)随I或V的改变而变,不一定是整数。

学生常见操作错误:

①分压器接成限流器(习惯于中学的限流器接法);大阻值的接成分压器,小阻值的接成限流器; .....................

②实验前未注意滑线变阻器的安全放置;

③电流测量时电源电压过高,分压器调节过分灵敏;

④Rs和限流电阻所用电学元件用反了,Rs用了滑线变压器,结果无法读数;

⑤很难使两个电表同时调到满度;

⑥I当成标准表读数,IS当成改装表读数。读数的有效数字不对(整数读数后面不加零的现象很普通,在审查原始数据时应予重点注意)。

9-8

五、数据处理说明

1.校正曲线以I和V为自变量,IS和VS为应变量;?I?IS?I~I和?V?VS?V~V关系都要画成折线。如应用校正曲线作校正,中间值采用内插法。

2.Rg、Rs和RH的电阻阻值误差由电路灵敏度和电阻箱误差(见表电—15)等引起,电路灵敏度引起的误差由读数操作电阻值有效数值最后位确定。Rg计算值的误差分析如下:

(1)由Rs公式算Rg:

(I?Ig)RS?IgRg计

Rg计?I?IgIg

?(

??RSI?Ig)??(II?1)?()IgIg?RS?RS???I?IgI?IgRSRS

IgIg?Rg计Rg计IgI?IgIg?RS?RS

I?I?Ig?)IgIIg?RS?RSI?I?Ig????)?I?IgRSI?IgIIgRS

Ig

10.5%?1.5%)?0.6%?2.8%1?0.1

其中 RS?222?,?RS?200?0.5%?20?1%?2?2%?1.3? ?

?RS1.3??0.6% RS222

∴ ?Rg计?2k??2.8%?0.06k? ∴

(2)由RH公式计算Rg:

VRg计??RHIg

?Rg计??(?RHVV?V)??RH??)??RHIgIgVIgRH?Ig

1.0V(0.5%?1.5%)?8k?0.1% 0.1mA

?10k?2%?8k?0.1%?0.21k?

可见由Rs公式计算得的Rg计要比由RH公式得的Rg计要精确约4倍。 ?

3.改装后的电表的精度等级,原则上,如经校正,应为0.5级;如不经校正,应为2.0级(如标准表的精度取得更高,如0.2级,则改装表的精度近似为1.5级):

?I?IS?I

??IS?0.5%?1mA?0.005mA

??I?1.5%?1mA?0.015mA

?(?I)???IS???I?0.020mA

故ΔI在±0.020mA范围内为正常。

?V?VS?V

V ??VS?0.5%?1V?0.005

??V?1.5%?1V?0.015V

?(?V)???VS???V?0.020V

故ΔV在±0.020V范围内正常。

学生常见的计算错误有:

9-9

①I(或V)和IS(或VS)画反了,变成?I~IS和?V~VS曲线;

②折线漏画了原点和第一点的连线; ③用S?I?(?I)作为改装表的基本误差(基本误差是由电表非线性引起,是系统误差—2i

n?1

—估上限的系统误差,不是随机误差,应是最大误差)

④用?Ii的平均值作为改装的基本误差(但可用?I的最大误差?Imax作为改装表的基本误差:

。 ?Imax/I量程?100%,实际数值可能会比2.0级好些。

六、实验研究建议

1.设计和制作一个多量程电流表(使用100μA 1.5级微安表);

2.设计和制作一个多量程电压表(使用100μA1.5级微安表);

3.设计和制作一个多量程电阻表(使用100μA 1.5级微安表);

4.设计和制作一个三用简易万用表(使用100μA1.5级微安表)。

七、思考题

1.在替代法实验中表头指针在何位置时,读取电压表的值。

2.分压器的滑动端位置开始实验时应放在什么位置。

3.电路中的Rs和RH都应使用电阻箱,以便于读数。电阻箱的预设电阻值应该怎样用公式进行估算。

4.用电阻箱进行读数时,只读有效数值,其有效数值怎样确定

5.在作电流测量时,电源的输出电压应怎样取值,以使分压器的调节不致过于灵敏(当然还要适当配以限流电阻的调节,但不得调得过小)。

6.校正电表时,改装表的读数(I或V),和标准表的读数(IS或VS),那个取整数,那个随I或V的改变而变,不一定是整数。

八、评分方案

实验方案设计包括:实验原理(10%)、思考题回答(不少于5题)(10%)、实验实施方案(20%);实验操作包括:实验操作(20%)、实验过程记录(实验实施方案的修订)和实验数据记录(10%);实验数据处理(20%)和实验总结(含实验结果分析讨论)报告(10%)。

9-10

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