电表的改装与校准.docx
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电表的改装与校准
电表的改装与校准
班级：
2011级物理四班姓名：
何小东学号：
201172010442
摘要：
本实验用半偏法与替代法对微安表内阻进行测量，将100微安500微安的微安表分别改装成量程为15毫安30毫安电流表与1.5伏3伏7.5伏电压表。
分别用标准表测量法与电势差计测量法对改装表进行校准。
电位差计不需要从待测电路中取出电流，不会干扰到待测电路的工作状态，因而可以进行精密测量。
由于在结构上采用了高精密度的电阻元件、标准电池和灵敏的检流计，因而测量结果具有很高的精度。
由于学生式电位差计准确度等级为0.1级,而通常所用的电流表只有0.5级,从精度上来说完全可以用电位差计来校准电表。
此实验是一个简单的设计性实验，也是电位差计应用实验。
重点要求学生能根据实验原理和实验环境设计出校准电流表的电路；并学习写出描述实验方案的论证、电路设计、操作步骤、数据处理、校准结论等内容的设计性报告。
Anabstractof
Potentialdifferencemeterdoesnotneedtobetestedoutfromthecurrentinthecircuit,doesnotinterferewiththetestedcircuitworkingstate,soitcanbeforprecisionmeasurement.Becausethestructureofthehighprecisionresistor,standardcellandsensitivegalvanometer,themeasurementresultswithhighaccuracy.Becausethestudenttypepotentialdifferencemeteraccuracygradewas0.1,andthecurrenttablehasonly0.5levels,fromtheaccuracyisentirelypossibletocalibratethemeterwithpotentialdifferencemeter.
Thisexperimentisasimpleexperimentaldesign,isalsoapotentialdifferencemeterapplicationexperiment.Keyrequirementsstudentscanaccordingtotheexperimentalprincipleandexperimentalenvironmentdesigncircuitcalibrationcurrentmeter;designreportandlearningtowriteadescriptionoftheexperimentalschemeisdemonstrated,circuitdesign,operationprocedures,dataprocessing,calibrationresultsetc..
实验仪器：
直流稳压电源微安表表头一个滑线变阻器一个电阻箱两个标准电流表一块标准电压表一块单刀双掷开关一个导线若干箱式电势差计一台
引言：
本实验的目的是掌握将电流计改装成较大量程的电流表与电压表的方法与原理并学会用标准表与箱式电势差计校准改装表的方法。
掌握运用串并联电路的欧姆定律将电表进行改装的原理和方法；学会校准电流表和电压表；测量表头内阻及满度电流，测量方法中值法和替代法；了解箱式电位差计的结构；理解电位差计的工作原理，掌握电位差计的使用方法；掌握使用电位差计校准电表的方法；掌握使用运用箱式电位差计校准电压表；学习简单电路的设计方法，培养独立工作的能力。
关键词：
电位差计校准电表电流表改装校正
正文：
电表在电学测量中有着广泛的应用，因此如何了解电表和使用电表就显得十分重要。
电流计（表头）由于构造的原因，一般只能测量较小的电流和电压，如果要用它来测量较大的电流或电压，就必须进行该装，以扩大其量程。
万用表的原理就是对微安表头进行多量程改装而来，在电路的测量和故障检测中得到了广泛的应用。
一、测量量程Ig、内阻Rg
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。
测量内阻Rg常用方法有：
1.半偏法（也称中值法）。
测量原理图见图一。
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，且总电流强度仍保持不变，显然这时分流电阻值就等于电流计内阻。
2、代替法。
测量原理图见图二。
当被测电流计接在电路中时，用十进位电阻箱替代它，且改变电阻值，当电路中的电压不变时，且电路中的电流亦保持不变，则电阻箱的电阻值即为被测电流计内阻。
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。
半偏法测电阻代替法测电阻
图三改装电流表图四改装电压表
二、改装为大量程电流表
根据电阻并联规律可知，如果表头两端并联上一个阻值适当的电阻R2，如图三所示，可使表头不能承受的那部分电流从R2上分流通过。
这种由表头和并联电阻R2组成的整体（图中虚线框住的部分）就是改装后的电流表。
如需将量程扩大n倍，则不难得出
（1）
图三为扩流后的电流表原理图。
用电流表测量电流时，电流表应串联在被测电路中，所以要求电流表应有较小的内阻。
另外，在表头上并联阻值不同的分流电阻，便可制成多量程的电流表。
三、改装为电压表
一般表头能承受的电压很小，不能用来测量较大的电压。
为了测量较大的电压，可以给表头串联一个阻值适当的电阻RM，如三
四所示，使表头上不能承受的那部分电压降落在电阻RM上。
这种由表头和串联电阻RM组成的整体就是电压表，串联的电阻RM叫做扩程电阻。
选取不同大小的RM，就可以得到不同量程的电压表。
由图四可求的扩程电阻值为：
（2）
实际的扩展量程后的电压表原理见图四，用电压表测电压时，电压表总是并联在被测电路上。
为了不致因为并联了电压表而改变电路中的工作状态，要求电压表应有较高的内阻。
四、用箱式电势差计校正电表的原理
箱式电势差计是用来精确测量电池电动势或电势差的专门仪器，如图五所示，由工作电源E、电阻RAB、限流电阻RP构成一测量电路，其中有稳定而准确的电流I0；电源EX和检测电流计G组成的一种补偿电路，调节P点使G中电流为零，AP间电压为VAP，则
EX=VAP
而VAP=RAP·I0（RAP为A、P间电阻），所以
EX=RAP·I0（3）
即当测量电路的电阻与电流已知时，可得EX之值，如将EX改用标准电池ES，可得ES=RS·I0，或
，代入式（3）得
（4）
通过滑线变阻器P点的调节，进行二次电压比较，取平衡时的RAP和RS值，根据（4）式可求得待测电压EX的电动势。
1、用电势差计测量电动势（或电压）及电流
箱式电势差计的原理如图六所示，待测电池的两极或待测电势差的二点接到X1、X2，图中的双刀双掷开关S1倒向右侧，测检流计和校准电路联接，S1倒向左侧则检流计和被测电路联接。
测回路的电流，如图七（b）。
当R为标准电阻时，测出其两端的电压UAB，则电流I等于
。
2、电势差计灵敏度、准确度等级及基本误差
当电势差计平衡时。
从面板上可读出被测电动势之值EX，如果这时移动P点使面板值改变
，平衡被破坏，检流计相应地发生一偏转α，则电势差计的灵敏度SP定义为
如果测得电势差计灵敏度SP，则根据检流计刻度的分辨值
，求出灵敏度引入的误差
为
。
显然，SP越大由灵敏度引入的误差越小。
电势差计的允许基本误差Elim按下式计算
，式中α为准确度等级，Ux为标度盘示值，Un为基准值（V），是该量程中10的最高整数幂。
图五图六
图七
五、实验内容及其数据处理
1、测量微安表内阻
半偏法按图一连接电路，测量并记录数据
微安表量程（
Ａ）
测量内阻R（
）
U（V）
100
1250.0
9.9
500
562.2
30.0
替代法按图二连接电路，测量并记录数据
微安表量程（
Ａ）
测量内阻R（
）
U（V）
100
1258．4
5.2
500
560．0
16.3
微安表改装为大量程电流表
（1）、100微安表头改装为15毫安电流表。
、标准表校准，按照图三连接电路，改变电压值，从当标准表示数为零时开始记录，每隔一毫安记录一次，同时记下改装表示数。
Rp:
计算值8.4
实验值8.5
I标（mA）
0
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
I改（mA）
0
1.05
2.10
3.075
4.05
5.10
6.05
7.05
I标（mA）
8.00
9.00
10.00
11.00
12.00
13.00
14.00
15.OO
I改（mA）
8.10
9.075
10.05
11.10
12.05
13.05
16.10
15.00
箱式电势差计校准
I改（mA）
15.0
13.5
12.0
10.5
9.0
7.5
6.0
4.5
3.0
1.5
I（mA）
14.6
12.7
11.6
10.0
8.7
6.9
5.9
4.0
2.7
1.0
（2）100微安表头改装为30毫安电流表。
、标准表校准，按照图10—3连接电路，改变电压值，从当标准表示数为零时开始记录，每隔一毫安记录一次，同时记下改装表示数。
Rp:
计算值8.4
实验值8.5
I标（mA）
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
I改（mA）
0.00
2.05
4.10
6，,1
8.05
10.10
12.10
14.00
I标（mA）
16.00
18.00
20.00
22.00
24.00
26.00
28.00
30.00
I改（mA）
16.10
18.05
20.05
22.10
24.00
26.05
28.10
30.00
箱式电势差计校准
I标（mA）
30.00
27.00
24.00
21.00
18.00
15.00
I改（mA）
29.80
26.84
23.82
20.89
18.02
14.96
I标（mA）
12.00
9.00
6.00
3.00
0.00
I改（mA）
12.04
9.00
6.03
2.98
0.02
（3）、500微安表头改装为15毫安电流表。
、标准表校准，按照图三连接电路，改变电压值，从当标准表示数为零时开始记录，每隔一毫安记录一次，同时记下改装表示数。
Rp:
计算值19.3
实验值20.0
I标（mA）
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
I改（mA）
0.00
1.05
2.10
3.075
4.05
5.10
6.05
7.05
I标（mA）
8.00
9.00
10.00
11.00
12.00
13.00
14.00
15.00
I改（mA）
8.10
7.075
10.00
11.05
12.075
13.05
14.10
15.00
箱式电势差计校准
I标（mA）
15.00
13.50
12.00
10.50
9.00
I改（mA）
14.70
13.42
11.75
10.30
8.80
I标（mA）
7.50
6.00
4.50
3.00
1.50
I改（mA）
7.30
5.90
4.46
2.87
1.35
（4）500微安表头改装为30毫安电流表.
、标准表校准，按照图10—3连接电路，改变电压值，从当标准表示数为零时开始记录，每隔两毫安记录一次，同时记下改装表示数。
I标（mA）
0.00
2.00
4.00
6.00
8．00
10.00
12.00
14.00
I改（mA）
0.00
2.05
4.05
6.10
8.00
10.05
12.10
14.10
I标（mA）
16.00
18.00
20.00
22.00
24.00
26.00
28.00
30.00
I改（mA）
16.05
18.10
20.10
22.05
24.05
26.05
28.00
30.00
箱式电势差计校准
I标（mA）
0.00
3.00
6.00
9.00
12.00
15.00
I改（mA）
0.00
2.69
5.80
8.64
11.60
14.52
I标（mA）
18.00
21.00
24.00
27.00
30.00
I改（mA）
17.89
20.63
23.82
26.67
29.80
2、微安表改装为大量程电压表
（1）100微安表头改装为量程为1.5伏电压表
标准表校准，按照图四连接电路，改变R的值，使标准表示数从0开始，每隔0.1伏记录数据，并同时记下改装表示数。
RH理论值：
13750
实验值：
13850
U标（V）
0.00
0.100
0.200
0.300
0.400
0.500
0.600
0．700
U改（V）
0.00
0.101
0.202
0.302
0.401
0.504
0.603
0.702
U标（V）
0.800
0.900
1.000
1.100
1.200
1.300
1.400
1.500
U改（V）
0.805
0.902
1.010
1.102
1.208
1.305
1.410
1.500
标准电势差计校准
U标（V）
0．00
0.15
0.30
0.45
0.60
0.75
U势（V）
0.00000
0.15000
0.30020
0.49880
0.60030
0.75349
U标（V）
0.90
1.05
1.20
1.35
1.50
U势（V）
0.89358
1.05000
1.19902
1.34842
1.50040
（2）100微安表头改装为量程为3伏电压表
标准表校准，按照图四连接电路，改变R的值，使标准表示数从0开始，每隔0.2伏记录数据，并同时记下改装表示数。
RH理论值：
28750
实验值：
29000
U标（V）
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
U改（V）
0.00
0.19
0.39
0.61
0.79
1.01
1.19
1.39
U标（V）
1.60
1.80
2.00
2.20
2.40
2.60
2.80
3.00
U改（V）
1.61
1.83
2.02
2.21
2.39
2.61
2.79
3.00
标准电势差计校准
U标（V）
0.00
0.30
0.60
0.90
1.20
1.50
U势（V）
0.00000
0.30235
0.60215
0.89689
1.19495
1.49695
U标（V）
1.80
2.10
2.40
2.70
3.00
U势（V）
1.79825
2.09463
2.39436
2.69877
2.99321
（3）100微安表头改装为量程为7.5伏电压表
标准表校准，按照图四连接电路，改变R的值，使标准表示数从0开始，每隔0.5伏记录数据，并同时记下改装表示数。
RH理论值：
73750
实验值：
74350
U标（V）
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
U改（V）
0.000
0.510
1.050
1.510
2.050
2.510
3.010
3.505
U标（V）
4.00
4.50
5.00
5.50
6.00
6.50
7.00
7.50
U改（V）
4.010
4.505
5.010
5.505
6.000
6.525
7.005
7.500
标准电势差计校准
U标（V）
0.00
0.75
1.50
2.25
3.00
3.75
U势（V）
0.00000
0.74952
1.49386
2.24965
2.98676
3.74983
U标（V）
4.50
5.25
6.00
6.75
7.50
U势（V）
4.49875
5.24932
5.98650
6.74932
7.49865
（4）500微安表头改装为量程为1.5伏电压表
标准表校准，按照图四连接电路，改变R的值，使标准表示数从0开始，每隔0.1伏记录数据，并同时记下改装表示数。
RH理论值：
2440
实验值：
2470
U标（V）
0.00
0.100
0.200
0.300
0.400
0.500
0.600
0．700
U改（V）
0.00
0.102
0.201
0.302
0.403
0.504
0.603
0.702
U标（V）
0.800
0.900
1.000
1.100
1.200
1.300
1.400
1.500
U改（V）
0.801
0.902
1.002
1.103
1.201
1.302
1.405
1.500
标准电势差计校准
U标（V）
0．00
0.15
0.30
0.45
0.60
0.75
U势（V）
0.00000
0.15232
0.30142
0.49985
0.60284
0.75100
U标（V）
0.90
1.05
1.20
1.35
1.50
U势（V）
0.89870
1.04982
1.21358
1.33938
1.51489
（5）500微安表头改装为量程为3伏电压表
标准表校准，按照图四连接电路，改变R的值，使标准表示数从0开始，每隔0.2伏记录数据，并同时记下改装表示数。
RH理论值：
5440
实验值：
5480
U标（V）
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
U改（V）
0.00
0.215
0.405
0.610
0.805
1.005
1.210
1.405
U标（V）
1.60
1.80
2.00
2.20
2.40
2.60
2.80
3.00
U改（V）
1.610
1.805
2.005
2.210
2.405
2.610
2.805
3.00
标准电势差计校准
U标（V）
0.00
0.30
0.60
0.90
1.20
1.50
U势（V）
0.00000
0.29341
0.59487
0.89453
1.19432
1.49875
U标（V）
1.80
2.10
2.40
2.70
3.00
U势（V）
1.79639
2.09768
2.39435
2.69876
2.99435
（6）500微安表头改装为量程为7.5伏电压表
标准表校准，按照图四连接电路，改变R的值，使标准表示数从0开始，每隔0.5伏记录数据，并同时记下改装表示数。
RH理论值：
14440
实验值：
14540
U标（V）
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
U改（V）
0.000
0.510
1.050
1.510
2.050
2.520
3.020
3.510
U标（V）
4.00
4.50
5.00
5.50
6.00
6.50
7.00
7.50
U改（V）
4.020
4.510
5.010
5.505
6.010
6.525
7.013
7.500
标准电势差计校准
U标（V）
0.00
0.75
1.50
2.25
3.00
3.75
U势（V）
0.00000
0.74982
1.49210
2.25000
2.97635
3.74985
U标（V）
4.50
5.25
6.00
6.75
7.50
U势（V）
4.49365
5.24935
5.98235
6.74952
7.49853
实验总结
在理解实验原理的基础上我们根据实验预习报告进行实验。
首先分别用半偏法与替代法对表头内阻进行测量，接着将量程为100微安和500微安的表头改装成量程为15毫安、30毫安的电流表和量程为1.5伏、3伏、7.5伏的电压表。
并对改装表进行校准（分别用标准表校准法和标准电势差计校准）进行试验后对所测数据进行处理分析。
并绘出△I△U的图像.实验较为顺利成功.
参考文献：
1、王云才、李秀燕大学物理实验教程科学出版社2003：
100-104
2、钟读敏大学物理实验中国科学技术大学出版社1992：
171-175
3、徐扬子、丁益民大学物理实验科学出版社2006：
ISBN：
7030177681
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