設(shè)計性實驗(微安表改成伏特表)

1、設(shè)計性實驗：電表改裝與設(shè)計實驗課題（二）：微安表內(nèi)阻的測量和改裝學(xué)院：機械與電子工程學(xué)院姓名 :葉換敏（38）羅梅芳（30 ）黃冬琴（ 11 ）實驗課題: 測量微安表的內(nèi)阻并將微安表改裝成多用表實驗?zāi)康模毫私舛喾N測量微安表的方法分析每種方法的誤差，并比較選出相對簡單可行誤差小的方法。熟悉表頭的構(gòu)造和原理；(3)掌握改裝電流表的原理和方法；(4)學(xué)習(xí)電表的設(shè)計、改裝和校正的方法。實驗儀器：微安表：50 A , 100 A , 200 A。電壓表：1V, 3V, 15V。毫安表：1mA, 10mA。電流計，電阻箱，滑動變阻器，單刀開關(guān)，雙刀開關(guān)，電源，導(dǎo)線若干。在改裝電表前，首先應(yīng)知道表頭的內(nèi)阻

2、Rg。I、替代法(1)實驗原理：測量微安表內(nèi)阻Rg的方法很多，較為簡便常用的方法是“替代法”，即將被測表M和另一微安表N串聯(lián)起來，再在兩端加一定的電壓 Vac,使N的讀數(shù)等于某一定值In （In一般為滿度的三分之二為宜），如圖上圖（左）所示。然后保持Vac不變， 用電阻箱R取代M,如上圖（右）所示，使N的讀數(shù)仍為In,止匕時R的阻值就等 于微安表M的內(nèi)阻Rg。替代法測量微安表內(nèi)阻的電路如圖1所示。首先選定總電源電壓為 E,當(dāng)開關(guān)K 合到1時，調(diào)節(jié)限流電阻R,使流過電流表A1的電流為I1,并保證微安表人2不 超量程。再把電阻箱R2的阻值調(diào)到遠大于 丹的粗測值，然后，把開關(guān)K合到2, 逐漸調(diào)小電阻

3、R2,直到電流表A的電流回到11。由于兩次測量時電路電源電壓 和電流都相等，所以，R2就是微安表 均的測量值。因為兩次調(diào)節(jié)的電流很難完 全相等，再考慮到不確定度計算的需要，我們假定第二次測量時微安表的電流為I2,因此有:十 & 十（）圖】第法刑安表內(nèi)阻的電躋E 二不 RHD（2）把公式和（2）的左右兩邊對應(yīng)相除, 得：E人比 +凡* %一7?五；焉.二 （3）令4 =邛（4）<2則（3）式變?yōu)椋赫淼茫? G（Ri * 甩）+ % 實驗誤差：理論上沒有誤差n、半偏法半偏法測量微安表內(nèi)阻電路如圖所示:按圖連好電路，S2斷開，S1閉合，調(diào)節(jié)變阻器 R,使待測電流表G的指針滿偏。再將

4、S2也閉合，保 持變阻器R接在電路中的電阻不變，調(diào)節(jié)電阻箱 R/使電流表G的指針半偏。讀出電阻箱的示值 R/, 則可認為rg = R誤差分析：閉合 S1 斷開 S2 時：Ig=E/RA+R+r開關(guān) S1S2者B閉合時：1/2Ig+IR=E/R1+R'RA/(R+RA)+r由并聯(lián)電路性質(zhì)得：1/2IgRA=IRR聯(lián)立彳#: RA=(R+r)R/R+r-R'=R71-R'/R'+r>R'所以測量值小于真實值認為&閉合后電路中的總電流近似不變,則通過電阻箱的電流近似為所以電流表內(nèi)阻與電阻箱的示值近似.相等。實際上S2閉合后電路中的總電流要變大，所

5、以通過電阻箱的電流要大于2 ,電阻箱的示值要小于電流表的內(nèi)阻值。為了減小這種系統(tǒng)誤差，要保證變阻器接在電路中的阻值艮工1口口故,從而使S2閉合前后電路中的總電流基本不變。R越大，系統(tǒng)誤差越小，但所要求的電源電動勢越大。實驗中所用電源電動勢為8-12V,變阻器的最大阻值為左右。田、伏安法1)按圖接好線路，圖中E為穩(wěn)壓電源，Ki即電 源開關(guān)，R為滑線變阻器，的電阻箱，K2是單 刀雙擲開關(guān)，M和N是兩個同型號的微安表。請教師檢查后，再進行下面的步驟。2)滑動滑線變阻器R的滑動觸頭，將A與滑動測量微安表M內(nèi)阻的電路圖觸頭間的電阻調(diào)至最小，單刀雙擲開關(guān) K2扳向I,打開穩(wěn)壓電源E的開關(guān)(Ki),將E的輸

6、出電壓調(diào)到2V。然后移動Ri的滑動觸頭,使微安表N的讀數(shù)為X A。以后不能再移動Ri的滑動觸頭，以保持電壓不變3）先將於調(diào)到一定值，再把K2扳向2,仔細調(diào)節(jié)的，使N的讀數(shù)仍為X A,此 時R的阻值就等于微安表 M的內(nèi)阻，記下M的內(nèi)阻Rgo（2）電表的改裝1 .改裝成電壓表及 犬若要把微安表改裝成電壓表，只要用一個高電阻Rm（稱為分壓電阻）與原微安表串聯(lián)即可，如圖所示。由于V。串聯(lián)了分壓電阻Rm，總電壓的大部分降在Rm上，這樣 與表頭串聯(lián)的分壓電阻Rm 由分壓電阻Rm和表頭組成的整體就可以測量較大的電壓了。設(shè)微安表的量程為Ig ,內(nèi)阻為若要把它改裝成量程為V0的電壓表，分壓電阻Rm應(yīng)取多大當(dāng)A、

7、B兩點間的電壓為Vo時，流過微安表的電流為Ig （這時微安表的指針剛好指 到滿刻度。因此只要在微安表的標(biāo)度盤上直接標(biāo)上與該電流相應(yīng)的電壓，微安表 就成為電壓表了），根據(jù)歐姆定律，得VoIg（RgRm）Rm V0 RgI g2 .改裝成多用量程的電流表將微安表改裝成大量程的電流表只需利用并聯(lián)電路的分流特性，并聯(lián)一個小阻值的電阻圖 11-1由歐姆定律得I1R1=IgRg所以 I=Ig+I1=(1+Rg/R1)Ig將改裝后的電表跟標(biāo)準(zhǔn)電流表串聯(lián)進行校準(zhǔn)實驗步驟:把量程為200 A的微安表改裝成量程為5V的伏特表1) Ig=200 A, V0=5V,根據(jù)(2)式計算出微安表M的分壓電阻Rmo2)按圖接

8、好電路。調(diào)節(jié)電阻箱R2的阻值等于Rmo這樣虛線框內(nèi)由分壓電阻 Rm和表頭組成的整體就成為量程為10V的伏特表了。圖中的伏特表 校準(zhǔn)改裝的電壓表作為標(biāo)準(zhǔn)表，用來校準(zhǔn)改裝成的伏特表3)打開K1,將電源E的輸出電壓調(diào)到12V,調(diào)節(jié)A、C間的電壓Vac,當(dāng)微安表M的讀數(shù)Iw分別為 A, A,，A(相當(dāng)于改裝的伏特表的讀數(shù) VG分別為，, 時，記下標(biāo)準(zhǔn)伏特表對應(yīng)的讀數(shù) Vb。4)以Vg為橫坐標(biāo)，N= (VbVg)為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上作出 N Vg校準(zhǔn)曲線。以后使用改裝的伏特表時，可以根據(jù)校準(zhǔn)曲線修正伏特表的讀數(shù)。電流校準(zhǔn)曲線參考圖(六)測量記錄和數(shù)據(jù)處理把量程為200 A的微安表改裝成量程為的伏特表Rm

9、=QIW()Vg(V)Vb(V)V Vb Vg(V)上述改裝的電壓檔是否達到預(yù)定要求， 要用標(biāo)準(zhǔn)表進行校準(zhǔn)，并作校準(zhǔn)曲線。將改裝表與標(biāo)準(zhǔn) 表串聯(lián)起來調(diào)節(jié)滑動變阻器，是改裝表讀數(shù)從零增加到滿刻度，同時幾下校準(zhǔn)表和標(biāo)準(zhǔn)表相應(yīng) 的讀數(shù)。然后以改裝表的讀數(shù)為橫坐標(biāo)，以被校準(zhǔn)表的修正值為縱坐標(biāo)，做曲線。(2)用方格紙畫出校準(zhǔn)曲線(3) Rg的不確定度分析：(1)R9 = "(1 - »)(Ri + Ro) + R2F面推導(dǎo)被測量R的不確定度 首先對(1)式兩邊求對數(shù)，得：lnRg = ln (1 - r)(R + Rq) +一 t郵對(2)式兩邊求全微分，得:dR, dR j + dR() tu1R rtdR。凡小i + dRi 由1Rg(1-+n即：dRg(1 - n) J?! + ( 1 n) dR0 ( J?i + /)dn + <£Ro dnE(1 - n)( ffi + Ro) +n因為n 1,所以1 一 n是一個小量，則(1 一 n)(dRl+dR2是二級小量，可以忽略。dR, (+ ffo)dn + dRi 血則上式變?yōu)?Rg (1-凡)(Ri + &) + R= fi因此，測量結(jié)果的不確定度為：T _1& + (m + & -