仪表电压.doc

1 R 2 R 0 R m I + - 1V10V 图 1-1 - 0 R m I - - 5 R 4 R 3 R mA500 mA100 mA10 图 1-2 - ＋ ａ ｂｃ 实验一 仪表电压、电流量程的扩展 一．实验目的 1．掌握直流电压表、电流表扩展量程的原理和设计方法； 2．学会校验仪表的方法 二．原理说明 多量程电压表或电流表由表头和测量电路组成 表头通常选用磁电式仪表，其满量程和内阻 用 Iｍ和 R0表示 多量程（如 1V、10V）电压表的测量电路 如 图 1－1 所示，图中 R1、R2称为倍压电阻，它 们的阻值与表头参数应满足下列方程： V1)( 10m  RRI V10)( 210m RRRI 多量程（如 10ｍA、100ｍA、500ｍA）电流表的测量电路如图 1－2 所示，图中 R3、R4、R5称为分流电阻，它们的大小与表头参数应满足下列方程： 3 543m0 1010)(  RRRIR 3 54m30 10100)()(  RRIRR 3 5m430 10500)(  RIRRR 当表头参数确定后，倍压电阻和分流电阻均可 计算出来。

根据上述原理和计算，可以得到仪表扩展量程的方法 扩展电压量程：用表头直接测量电压的数值为 IｍR0，当用它来测量 1V 电压时，必须 串联倍压电阻 R1，若测量 10V 电压时，必须串联倍压电阻 R1和 R2 扩展电流量程：用表头直接测量电流的数值为 Iｍ，当用它来测量大于 Iｍ的电流时，必 须并联分流电阻 R3、R4、R5，如图 1－2 所示，当测量 10ｍA 时， ‘－’端从‘ａ’引出， 当测量 100ｍA 时， ‘－’端从‘ｂ’引出，当测量 500ｍA 时， ‘－’端从‘ｃ’引出 通常，用一个适当阻值的电位器与表头串联，以便在校验仪表时校正测量数值 磁电式仪表用来测量直流电压、电流时，表盘上的刻度是均匀的（即线性刻度） 因而， 扩展后的表盘刻度根据满量程均匀划分即可在仪表校验时，必须首先校准满量程，然后 逐一校验其它各点 三．实验设备 1．直流数字电压表、直流数字电流表（EEL－06 组件或 EEL 系列主控制屏） 2．恒压源（EEK—I、II、III、IV 均含在主控制屏上，根据用户的要求，可能有两种 mA mA L1 R L2 R - + 12V 图 1-3 配置（1）+6V（+5V） ，+12V，0~30V 可调或（2）双路 0~30V 可调。

） 3．EEL－23 组件（含电阻箱 、固定电阻，电位器）或 EEL—51 组件、EEL—52 组件 4．EEL－30 组件或 EEL—37 组件、EEL—56 组件（含磁电式表头 1ｍＡ、160Ω，倍 压电阻和分流电阻，电位器） 四．实验内容 1．扩展电压量程（1V、10V） 参考图 1－1 电路，首先根据表头参数 Iｍ（1ｍＡ）和 R0（160Ω）计算出倍压电阻 R1、R2，然后用 EEL－30 组件中的表头和电位器 RP1 以及倍压电阻 R1、R2相串联，分别 组成 1V 和 10V 的电压表用它测量恒压源可调电压输出端电压，并用直流数字电压表校 验，如在满量程时有误差，用电位器 RP1 调整，然后校验其它各点，将校验数据记录在自 拟的数据表格中 2．扩展电流量程（10ｍA、100ｍA、500ｍA） 参考图 1－2 电路，根据表头参数 Iｍ（1ｍＡ）和 R0（160Ω）计算出分流电阻 R3、R4、R5，首先用 EEL－30 组件中的表头和电位器 RP2串联，然后 和分流电阻 R3、R4、R5并联当测量 10ｍA 时， ‘－’端从 ‘ａ’引出，当测量 100ｍA 时， ‘－’端从‘ｂ’引出， 当测量 500ｍA 时， ‘－’端从‘ｃ’引出。

用它测量图 1－3 所示电路中的电流，并用直流数字电流表校验，如在 满量程时有误差，用电位器 RP2 调整，然后校验其它各点， 将校验数据记录在自拟的数据表格中 图 1－3 中，电源用恒压源的 12V 输出端，制作的电流 表、直流数字电流表和电阻 RL1、RL2串联，其中，RL1＝51Ω，RL2用 1ｋΩ 的电位器（均 在 EEL－23 组件中） 如您的设备为 EEL—V 型，则需 EEL—51 组件和 EEL—52 组件 五．实验注意事项 1．磁电式表头有正、负两个连接端，电路中一定要保证电流从正端流入，否则，指针 将反转 2．电流表的表头和分流电阻要可靠连接，不允许分流电阻断开 3．校准 1V 和 10V 电压表满量程时，均要调整电位器 RP1同样，在校准 10ｍA、100ｍA、500ｍA 电流表满量程时，均要调整电位器 RP2 4．实验台上恒压源的可调稳压输出电压的大小，可通过粗调（分段调）波动开关和 细调（连续调）旋钮进行调节， ，并由该组件上的数字电压表显示在启动恒压源时，先 应使其输出电压调节旋钮置零位，待实验时慢慢增大 六．预习与思考题 1．设计 1V 和 10V 电压表的测量电路，计算出满足实验任务要求的各量程的倍压电阻。

自拟记录校验数据的表格 2．设计 10ｍA、100ｍA 和 500ｍA 电流表的测量电路，计算出满足实验任务要求的 各量程的分流电阻自拟记录校验数据的表格 3．电压表和电流表的表盘如何刻度？ 4．如何对扩展量程后的电压表和电流表进行校验？ 七．实验报告要求 1．画出 1V、10V 电压表和 10ｍA、100ｍA、500ｍA 电流表的测量电路，标明倍压 电阻和分流电阻的阻值 2．根据校验数据写出电压表和电流表的校验报告 3．已知表头参数：1ｍＡ、160Ω，设计一个万用表（部分）测量电路，要求能测量 1V、10V 直流电压和 10ｍA、100ｍA、500ｍA 直流电流 4．回答思考题 3 和 4   U 2 U 1 R 2 R I   V R V 图 2-1 A R A 串入 A R A m I I R I A I R 图 2-2 S 可调恒流源 V R V m U R  U  V U R U   S 图 2-3 可调恒压源 实验二 基本电工仪表的使用与测量误差的计算 一．实验目的 1.熟悉实验台上仪表的使用及布局； 2.熟悉恒压源与恒流源的使用及布局； 3.掌握电压表、电流表内电阻的测量方法； 4.掌握电工仪表测量误差的计算方法。

 二．实验原理 通常，用电压表和电流表测量电路中的电压和电流，而电压表和电流表都具有一定的 内阻，分别用 RV和 RA表示如图 2－1 所示，测量电阻 R2两端电压U2时，电压表与R2并联，只有电压表内阻 RV 无穷大，才不会改变电路原来的状态如果测量电路的电 流I，电流表串入电路，要想不改变电路原来的状态，电 流表的内阻 RA必须等于零， 但实际使用的电压表和电流 表一般都不能满足上述要求，即它们的内阻不可能为无穷 大或者为零，因此，当仪表接入电路时都会使电路原来的 状态产生变化，使被测的读数值与电路原来的实际值之间 产生误差，这种由于仪表内阻引入的测量误差，称之为方 法误差显然，方法误差值的大小与仪表本身内阻值的大小密切相关，我们总是希望电压 表的内阻越接近无穷大越好，而电流表的内阻越接近零越好 可见，仪表的内阻是一个十分关注的参数 通常用下列方法测量仪表的内阻： 1．用‘分流法’测量电流表的内阻 设被测电流表的内阻为 RA，满量程电流为 Iｍ，测试电路如 图 2－2 所示,首先断开开关Ｓ,调节恒流源的输出电流Ｉ，使电 流表指针达到满偏转,即 I＝IA＝Iｍ然后合上开关 S, 并保持I 值不变,调节电阻箱Ｒ的阻值,使电流表的指针指在 1/2 满量程位 置，即 2 m SA I II 则电流表的内阻 。

RR A 2．用‘分压法’测量电压表的内阻 设被测电压表的内阻为RV，满量程电压为 Uｍ， 测试电路如图 2－3 所示,首先闭合开关Ｓ,调节恒压源 的输出电压 U，使电压表指针达到满偏转,即 U＝UV＝Uｍ然后断开开关 S, 并保持 U 值不变,调节 电阻箱Ｒ的阻值,使电压表的指针指在 1/2 满量程位置， 即 2 m RV U UU 则电压表的内阻RR V 图 2－1 电路中，由于电压表的内阻 RV不为无穷大，在测量电压时引入的方法误差计算如下： R2上的电压为：,若 R1=R2，则 U2=U/2U RR R U 21 2 2   现用一内阻 RV的电压表来测 U2值，当 RV与 R2并联后，，，以此来代替 2V 2V 2 RR RR R   上式的 R2 , ,则得U RR RR R RR RR U   2V 2V 1 2V 2V 2 + + 绝对误差为 U RRRRRRRR RR U RR RR R RR RR RR R UUU       ))(( ) + + ( 1VV22121 2 21 2V 2V 1 2V 2V 21 2 22 若，则得 V21 RRR 6 U U  相对误差 0 0 0 0 0 0 2 22 0 0 33.3100 2 6 100    U U U UU U 本实验使用的电压表和电流表采用实验一的表头（1ｍＡ、160Ω）及其制作的电压表 （1V、10V）和电流表（1ｍＡ、10ｍＡ） 。

三．实验设备 1．直流数字电压表、直流数字电流表（EEL－06 组件或 EEL 系列主控制屏） 2．恒压源（EEL—I、II、III、IV 均含在主控制屏上，根据用户的要求，可能有两种 配置（1）＋6V（＋5V） ，＋12V，0～30V 可调或（2）双路 0～30V 可调 ） 3．恒流源（0～500ｍＡ可调） 4．EEL－23 组件（含电阻箱 、固定电阻，电位器）或 EEL—51 组件 5．EEL－30 组件（含磁电式表头 1mA、160Ω，倍压电阻和分流电阻，电位器） 四．实验内容 1．根据‘分流法’原理测定直流电流表 1mA 和 10mA 量程的内阻 实验电路如图 2-2 所示，其中 R 为电阻箱，用100Ω、10Ω、1Ω、三组串联， 1mA 电流表用表头和电位器 RP2 串联组成，10mA 电流表由 1mA 电流表与分流电阻并联 而成（具体参数见实验一） ，两个电流表都需要与直流数字电流表串联（采用 20mA 量程档） ，由可调恒流源供电，调节电位器 RP2 校准满量程实验电路中的电源用可调恒流源，测 试内容见表 2－1，并将实验数据记入表中 表 2－1 电流表内阻测量数据 被测表量程 （mA） S 断开，调节恒源， 使 I＝IA＝Iｍ（mA） S 闭合，调节电阻 R， 使 IR＝IA＝Iｍ/2（mA） R （Ω） 计算内阻 RA （Ω） 1 10 2．根据‘分压法’原理测定直流电压表 1V 和 10V 量程的内阻 实验电路如图 2-3 所示，其中 R 为电阻箱，用1ｋΩ、100Ω、10Ω、1Ω 四组 串联，1V、10V 电压表分别用表头、电位器 RP1 和倍压电阻串联组成（具体参数见实验一） ，两个电压表都需要与直流数字电压表并联，由可调恒压源供电，调节电位器 RP1 校准满 量程。

实验电路中的电源用可调恒压源，测试内容见表 2－2，并将实验数据记入表中 表 2－2 电压表内阻测量数据 被测表量程 （V） S 闭合，调节恒压源， 使 U＝UV＝Uｍ（V） S 断开，调节电阻 R，使 UR＝UV＝Uｍ/2（V） R （Ω） 计算 RV （Ω） 1 10 3．方法误差的测量与计算 实验电路如图 2-1 所示，其中 R1＝300Ω 压 U2之值，并计算测量的绝对误差和相 对误差，实验和计算数据记入表 2－3 中 表 2－3 方法误差的测量与计算 RV计算值 U2 实测值 U’2绝对误差U= U2－U’2相对误差U/ U2100 五．实验注意事项 1．实验台上的恒压源、恒流源均可通过粗调（分段调）波。