試驗(yàn)一基本電工儀表的使用與測量誤差的計(jì)算

1、電工電子實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)理工組：張延鵬9實(shí)驗(yàn)一基本電工儀表的使用與測量誤差的計(jì)算、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .熟悉實(shí)驗(yàn)臺(tái)上儀表的使用和布局；2 .熟悉恒壓源與恒流源的使用和布局；3 .掌握電壓表、電流表內(nèi)電阻的測量方法；4 .掌握電工儀表測量誤差的計(jì)算方法。二、實(shí)驗(yàn)原理通常，用電壓表和電流表測量電路中的電壓和電流，而電壓表和電流表都具有一定的內(nèi)阻，分別用Rv和Ra表示。如圖1-1所示，測量電阻R2兩端電壓U2時(shí)，電壓表與R并聯(lián)，只有電壓表內(nèi)阻Rv無窮大，才不會(huì)改變電路原來的狀態(tài)。如果測量電路的電流I,電流表串入電路，要想不改變電路原來的狀態(tài)，電流表的內(nèi)阻Ra必須等于零。但實(shí)際使用的電壓表和電流表一般都不能滿足上述要

2、求，即它們的內(nèi)阻不可能為無窮大或者為零，因此，當(dāng)儀表接入電路時(shí)都會(huì)使原來的狀態(tài)發(fā)生變化，使被測的讀數(shù)值與電路原來的實(shí)際值之間產(chǎn)生誤差，這種由于儀表內(nèi)阻引入的測量誤差，稱之為方法誤差。顯然，方法誤差值的大小與儀表本身內(nèi)阻值的大小密切相關(guān)，我們總是希望電壓表的內(nèi)阻越接近無窮大越好，而電流表的內(nèi)阻越接近零越好?？梢?，儀表的內(nèi)阻是一個(gè)十分關(guān)鍵的參數(shù)。通常用以下方法測量儀表的內(nèi)阻。1 .用“分流法”測量電流表的內(nèi)阻RaIe-O C可調(diào)恒流源圖1-2設(shè)被測電流表的內(nèi)阻為Ra,滿量程電流為Im,測試電路如圖1-2所示，首先斷開開關(guān)S,調(diào)節(jié)恒流源的輸出電流I,使電流表指針達(dá)到滿偏轉(zhuǎn)，即I=Ia=Im。然后和上

3、開關(guān)S,并彳持I值不變，調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值，使電流表的指針在1/2滿量程位置，即1A=IS=1m/2則電流表的內(nèi)阻Ra=R。2 .用“分壓法”測量電壓表的內(nèi)阻RvUm可調(diào)恒壓源 圖1.3設(shè)被測電壓表的內(nèi)阻為Rv,滿量程電壓為Um,測試電路如圖1-3所示，首先13!合開關(guān)S,調(diào)節(jié)恒壓源的輸出電壓U,使電壓表指針達(dá)到滿偏轉(zhuǎn)，即U=Uv=Um。然后斷開開關(guān)S,并彳持U值不變，調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值，使電壓表的指針在1/2滿量程位置，即Uv=Um=Um/2則電壓表的內(nèi)阻Rv=R。圖1-1電路中，由于電壓表的內(nèi)阻Rv不為無窮大，在測量電壓時(shí)引入的方法誤差計(jì)算如下：U2=R2UR2上的電壓為：R1+R2,若R

4、i=R2,則U2=U/2現(xiàn)用一內(nèi)阻Rv的電壓表來測 5值，當(dāng)&與R2并聯(lián)后,R/2RvR2R/ + R2 ,以此來代替上式的RvR2R2,則得u2 =R1RvR2RVR2絕對(duì)誤差為u =u2 -u2 -(R2Rv&RVR2R1R22BR2RRvR21 R R(R R2)(RR2R2RR/Ri)若R1=R2=Rv,則得U=U/6相對(duì)誤差U 00 =U2 -U2U2U10000 = U 621000O = 33.300本試驗(yàn)使用的電壓表和電流表采用表頭（和電流表（1mA、10mA）。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1mA、160Q）及其制作的電壓表（1V、10V）1.直流數(shù)字電壓表、直流數(shù)字電流表（E

5、EL-06組件或EEL系列主控制屏）2 .恒壓源（EEL-I>n、出、IV均含在主控制屏上，根據(jù)用戶的要求，可能有兩種配置：（1）+6V（+5V）,+12V,0-30V可調(diào)或（2）雙路0-30V可調(diào)。）3 .恒流源（0-500mA可調(diào)）4 .EEL-23組件（含電阻箱、固定電阻、電位器）或EEL-51組件5 .EEL-30組件（含磁電式表頭1mA、160，倍壓電阻和分流電阻，電位器）4、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 .據(jù)“分流法”原理測定直流電流表1mA和10mA量程的內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)電路如圖1-2所示，其中R為電阻箱，用x100a、x10a、x1三組串聯(lián)，1mA電流表用表頭和電位器RP2串聯(lián)組成，10mA電流

6、表由1mA于分流電阻并聯(lián)而成，兩個(gè)電流表都需要與直流數(shù)字電流表串聯(lián)（采用20mA量程檔），由可調(diào)恒流源供電，調(diào)節(jié)電位器RP2校準(zhǔn)滿量程。實(shí)驗(yàn)電路中的電源用可調(diào)恒流源，測試內(nèi)容見表1-1,并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記入表中。表2-1電流表內(nèi)阻測量數(shù)據(jù)被測表量程(mA)S斷開，調(diào)節(jié)恒流源使I=Ia=Im(mA)S閉合，調(diào)節(jié)電阻R,使lR=lA=Im/2(mA)R(計(jì)算內(nèi)阻Ra(1102.根據(jù)“分壓法”原理測定直流電壓表1V和10V量程的內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)電路如圖1-3所示，其中R為電阻箱，用X1000Q、x100Q、X100、X1四組串聯(lián)，1V、10V電壓表分別用表頭、電位器RP1和倍壓電阻串聯(lián)組成，兩個(gè)電壓表都需要與直

7、流數(shù)字電壓表并聯(lián)，由可調(diào)恒壓源供電，調(diào)節(jié)電位器RP1校準(zhǔn)滿量程。實(shí)驗(yàn)電路中的電源用可調(diào)恒壓源，測試內(nèi)容見表1-2,并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記入表中。表1-2電壓表內(nèi)阻測量數(shù)據(jù)被測表量程(V)S閉合，調(diào)節(jié)恒壓源使U=Uv=Um(V)S斷開，調(diào)節(jié)電阻R,使Ur=Uv=Um/2(V)R(計(jì)算內(nèi)阻Rv(1103.方法誤差的測量和計(jì)算實(shí)驗(yàn)電路如圖1-1所示，其中R1=300Q,R2=200Q,電源電壓U=10V(可調(diào)恒壓源)，用直流電壓表10V檔量程測量R2上的電壓3之值，并計(jì)算測量的絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差，試驗(yàn)和計(jì)算數(shù)據(jù)記入表1-3中。表1-3方法誤差的測量與計(jì)算Rv計(jì)算值U2實(shí)測值U2絕對(duì)誤差u=u2-u2,相對(duì)誤

8、差U/U2M100.005、 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1 .臺(tái)上的恒壓源、恒流源均可通過粗調(diào)(分段調(diào))波動(dòng)開關(guān)和細(xì)調(diào)(連續(xù)調(diào))旋鈕調(diào)節(jié)其輸出量，并由該組件上的數(shù)字電壓表、數(shù)字毫安表顯示其輸出量的大小。在啟動(dòng)這兩個(gè)電源時(shí)，應(yīng)顯示其輸出電壓或電流調(diào)節(jié)旋鈕置零位，待實(shí)驗(yàn)時(shí)慢慢增大。2 .恒壓源輸出不允許短路，恒流源輸出不允許開路。3 .電壓表并聯(lián)測量，電流表串入測量，并且要注意極性與量程的合理選擇。六、預(yù)習(xí)與思考題1 .根據(jù)已知表頭的參數(shù)(1mA、160Q),計(jì)算出組成1V、10V電壓表的倍壓電阻和1mA、10mA的分流電阻。2 .若根據(jù)圖1-2和圖1-3已測量出電流表1mA檔和電壓表1V檔的內(nèi)阻，可否直接計(jì)算

9、出10mA檔和10V檔的內(nèi)阻？3 .用量程為10A的電流表測實(shí)際值為8A電流時(shí)，儀表讀數(shù)為8.1A,求測量的絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差。4 .如圖1-4a、b為伏安法測量電阻的兩種電路，被測電阻的實(shí)際值為R,電壓表的內(nèi)阻為Rv,電流表的內(nèi)阻為Ra,求兩種電路測電阻R的相對(duì)誤差。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.據(jù)表1-1和表1-2數(shù)據(jù)，計(jì)算個(gè)被測儀表的內(nèi)阻值，并與實(shí)際的內(nèi)阻值相比較;2.根據(jù)表1-3數(shù)據(jù)，計(jì)算測量的絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差；實(shí)驗(yàn)二直流電路中電位、電壓的關(guān)系研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、驗(yàn)證電路中電位與電壓的關(guān)系。2、掌握電路電位圖的繪制方法。二、實(shí)驗(yàn)原理在一個(gè)閉合電路中，各點(diǎn)電位的高低視所選的電位參考點(diǎn)的不同而改變

10、，但任意兩點(diǎn)間的電位差（即電壓）則是絕對(duì)的，它不因參考點(diǎn)的變動(dòng)而改變。據(jù)此性質(zhì)，我們可用一只電壓表來測量出電路中各點(diǎn)的電位及任意兩點(diǎn)間的電壓。電位圖是一種平面坐標(biāo)一、四象限內(nèi)的折線圖，其縱坐標(biāo)為電位值，橫坐標(biāo)為各被測點(diǎn)。要制作某一電路的電位圖，應(yīng)先以一定的順序?qū)﹄娐分懈鞅粶y點(diǎn)編號(hào)。以圖3-1的電路為例，如圖中AF,并在坐標(biāo)軸上按順序、均勻間隔標(biāo)上A、B、C、DE、F、A再根據(jù)測得的各點(diǎn)電位值，在各點(diǎn)所在的垂直線上描點(diǎn)。用直線依次連接相鄰兩個(gè)電位點(diǎn)，即得該電路的電位圖。在電位圖中，任意兩個(gè)被測點(diǎn)的縱坐標(biāo)值之差即為兩點(diǎn)之間的電壓值。在電路中電位參考點(diǎn)可任意選定。對(duì)于不同的參考點(diǎn)，所繪出的電位圖形是

11、不同的，但其各點(diǎn)電位變化的規(guī)律卻是一樣的0在作電位圖或?qū)嶒?yàn)測量時(shí)必須正確區(qū)分電位和電壓的高低，按照慣例，是以電流方向上的電壓降為正，所以，在用電壓表測時(shí)，若儀表指針正向偏轉(zhuǎn)，則說明電表正極的電位高于負(fù)極的電位。、實(shí)驗(yàn)設(shè)備在舁廳P名稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量備注1可調(diào)宜流穩(wěn)壓電源030V或012V12直流穩(wěn)壓電源6V、12V3萬用表MF500BOi；他14直流數(shù)字毫安表15直流數(shù)字電壓表1四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容圖3-1按圖3-1接線。1、分別將兩路直流穩(wěn)壓電源接入電路，令U1=6V,U2=12V。（先調(diào)整輸出電壓值，再接入實(shí)驗(yàn)線路中。電壓應(yīng)該用萬用表測）。2、以圖3-1中的A點(diǎn)作為電位的參考點(diǎn)，分別測量RGDE、F

12、各點(diǎn)的電位值小及相鄰兩點(diǎn)之間的電壓值UABUBCUCDUDEUEF及UFA數(shù)據(jù)列于3、以D點(diǎn)作為參考點(diǎn)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2的測量，測得數(shù)據(jù)填入表中。電位參考占八、與UABCDEFUABUBCUCDUDEUEFUFAA計(jì)算值1測量值:相對(duì)誤差D計(jì)算值測量量相對(duì)誤差五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、本實(shí)驗(yàn)電路單元可設(shè)計(jì)多個(gè)實(shí)驗(yàn)，在做本實(shí)驗(yàn)時(shí)根據(jù)給出的電路圖選擇開關(guān)位置，連成本實(shí)驗(yàn)電路。2、測量電位時(shí)，用萬用表的直流電壓檔或用數(shù)字直流電壓表測量時(shí)，用負(fù)表棒（黑色）接參考電位點(diǎn)，用正表棒（紅色）接被測點(diǎn)，若指針正向偏轉(zhuǎn)或顯示正值，則表明該點(diǎn)電位為正（即高于參考點(diǎn)電位）；若指針反向偏轉(zhuǎn)或顯示負(fù)值，此時(shí)應(yīng)調(diào)換萬用表的表棒，

13、然后讀出數(shù)值，此時(shí)在電位值之前應(yīng)加一負(fù)號(hào)（表明該點(diǎn)電位低于參考點(diǎn)電位）。六、思考題若以F點(diǎn)為參考電位點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)測得各點(diǎn)的電位值，現(xiàn)令E點(diǎn)作為參考電位點(diǎn)，試問此時(shí)各點(diǎn)的電位值應(yīng)有何變化？七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制兩個(gè)電位圖形，并對(duì)照觀察各對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的電壓情況。兩個(gè)電位圖的參考點(diǎn)不同，但各點(diǎn)的相對(duì)順序應(yīng)一致，以便對(duì)照。2、完成數(shù)據(jù)表格中的計(jì)算，對(duì)誤差作必要的分析。3、總結(jié)電位相對(duì)性和電壓絕對(duì)性的結(jié)論。實(shí)驗(yàn)三基爾霍夫定律、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、加深對(duì)基爾霍夫定律的理解，用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證基爾霍夫定律。2、學(xué)會(huì)用電流表測量各支路電流。二、實(shí)驗(yàn)原理1、基爾霍夫電流定律（KCD：基爾霍夫電流定律是電流的基本定律。

14、即對(duì)電路中的任一個(gè)節(jié)點(diǎn)而言，流入到電路的任一節(jié)點(diǎn)的電流總和等于從該節(jié)點(diǎn)流出的電流總和，即應(yīng)有三1=0。2、基爾霍夫電壓定律（KVD：對(duì)任何一個(gè)閉合回路而言，沿閉合回路電壓降的代數(shù)總和等于零，即應(yīng)有三U=Q這一定律實(shí)質(zhì)上是電壓與路徑無關(guān)性質(zhì)的反映。基爾霍夫定律的形式對(duì)各種不同的元件所組成的電路都適用，對(duì)線性和非線性都適用。運(yùn)用上述定律時(shí)必須注意各支路或閉合回路中電流的正方向，此方向可預(yù)先任意設(shè)定。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備在舁廳P名稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量備注1可調(diào)宜流穩(wěn)壓電源030V或012Vh2直流穩(wěn)壓電源6V、12V3萬用表MF500斯其他14直流數(shù)字毫安表15直流數(shù)字電壓表1四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)線路如圖4-1。把

15、開關(guān)K1接通U1,K2接通U2,K3接通R4就可以連接出基爾霍夫定律的驗(yàn)證單元電路，如圖4-2。圖4-151051013E820d680圖4-21、實(shí)驗(yàn)前先任意設(shè)定三條支路和三個(gè)閉合回路的電流正方向。圖4-2中的II、12、I3的方向已設(shè)定。三個(gè)閉合回路的電流正方向可設(shè)為ADEFABADCBFBCEF2、分別將兩路直流穩(wěn)壓源接入電路，令U1=8V,U2=12V。3、用電流表分別測量三條支路的電流，并記錄電流值。4、用直流數(shù)字電壓表分別測量兩路電源及電阻元件上的電壓值，記錄之。被測值I1mAI2mAI3mAU1(V)U2(V)UFA(V)UAB(V)UAD(V)UCD(V)UDE(V)計(jì)算值測量值相對(duì)誤差五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、所有需要測量的電壓值，均以電壓表測量的讀數(shù)為準(zhǔn)。U1、U2也需測量,不應(yīng)取電源本身的顯示值。2、防止穩(wěn)壓電源兩個(gè)輸出端碰線短路。3、所讀得的電壓或電流值的正、負(fù)號(hào)應(yīng)根據(jù)設(shè)定的電流參考方向來判斷。4、測量時(shí)，應(yīng)先估算電流、電壓的大小，以選擇合適的量程，以免損壞電表。5、若用指針式電流表進(jìn)行測量時(shí)，若指針反偏（電流為負(fù)值時(shí)），此時(shí)必須調(diào)換電流表極性，重新測量，此時(shí)指針正偏，但讀得的電流值必須冠以負(fù)號(hào)。六、預(yù)習(xí)思考題1、根據(jù)圖4-2的電路