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实验十四实验十四电表改装原理及校准电表改装原理及校准实验实验目的目的1．掌握电表改装的基本原理和方法2．了解电流计 G 的量程Ig和内阻gR在实验中所起的作用，掌握Ig和gR测量的方法3．掌握将电流计 G 改装为电流表、电压表和欧姆表的原理、校准和标定方法 4．学习校准曲线的描绘和应用实验仪器实验仪器 THKDG-2 型电表改装与校准实验仪，导线若干仪器描述仪器描述THKDG-2 型电表改装与校准实验仪 实验仪面板结构如图 14-1 所示 实验仪中主要有：标准数字电压表、电流表，可调直流稳压源，可变电阻箱，750Ω电阻，470Ω可调电阻， 被改装指针式电流计 G标准数字电压表：量程 0~1.999V，三位半数字显示，精度 1.0 级 校准用标准数字电流表：量程 0~19.99mA，三位半数字显示，精度 1.0 级可调直流稳压源可调量程为 0~1.999V可变电阻箱提供量程为0～9999.9Ω，相当一个已知电阻被改装指针式电流计 G，内阻gR约为 100Ω，量程约为 1mA ，实验中需要测定，100 等分，精度等级为 1.0 级470Ω可调电阻作为改装后电流表和电压表的可变外接电阻，在改装欧姆表实验中，用来调零。

750Ω电阻与 470Ω可调电阻一起用于改装的欧姆表中常见指针式电流计构造如图 14-2 所示，它的主要部分是放在永久磁场中的由细漆包线绕制成的可以转动的线圈﹑用来产生机械反力矩的游丝﹑指示用的指针和永久磁铁所组成 当电流通过线圈时，载流线圈在磁场中就产生一磁力矩M磁，使线圈转动由于线圈的转动，扭转与线圈转动轴连接的上下游丝，使游丝发生形变产生机械反力矩M机，线圈满刻度偏转过程中的磁力矩M磁只与电流强度有关，而游丝因形变产生机械反力矩M机与偏转角度成正比因此当接通电流后线圈在M磁作用下偏转角逐渐增大，同时反力矩M机也逐渐增大，直到M磁=M机时线圈就很快的停下来线圈偏转角的大小与通过的电流大小成正比（也与加在电流计两端的电压成正比） ，由于线圈偏转的角度，通过指针的偏转是可以直接指示出来的，所以上述电流或电压的大小均可由指针的偏转直接指示出来实验原理实验原理1. 电流表改装电流计 G 允许通过的最大电流称为电流计的量程，用gI表示，电流计 G 的线圈有一定内阻，用gR表示，gI与gR是表示电流计特性的两个重要参数将电流计 G 改装成电流表，主要是选择一个合适的分流电阻PR与电流计并联，使大部分电流从分流电阻PR上流过。

如图 14-3（a）所示当流过电流计 G 的电流为gI时，干路上的总电流为I，这时电流计 G 就改装成由电流计 G 和分流电阻PR并联而成的电流表，测量的量程由原来的gI变为I电流表面板上指针的指示值要按要求设计的满刻度值I来标定，读取数据要按改装后的电流表量程I的要求来读取若测出电流计 G 的gI与gR，则根据要求改装的电流表量程I计算所需的分流电阻PR由于电流计与PR并联，则有由式（14-2）可知，电流表量程I扩展越大，分流电阻阻值PR越小取不同的PR值，可以制成不同量程的电流表2. 电压表改装将电流计 G 改装成电压表，由于电流计gI很小，gR也不大，所以只允许加很小的测量电压，为了扩大其测量电压的量程可与一高阻SR串联，如图 14-3（b）所示当两端的电压为U时，流过电流计 G 的电流为gI，则电流计两端的电压为gIgR根据欧姆定律，得：则电流计 G 的测量电压的量程由原来的gIgR扩大为U，电流计 G 的刻度发生相应的变化，即按电压量程U进行等分gggPg Pg g() (141)() (142)I RIIRIRRII=−=−－－ggSSg g() (143)(144)UIRRURRI=+=−－－由式（14-3）可知，SR不同，则改装的电压表的量程U也不同。

由式（14-4）可知，对于要求改装的量程U，可通过式（14-4）计算串联电阻SR的值电流计 G 和电阻SR串联就改装成为一只电压表，这时电压表面板上指针的指示值要按要求设计的满刻度U来读取数据说明：在实际应用中，分流电阻PR和分压电阻SR均用可变电阻箱代替3. 欧姆表改装电阻串接式欧姆表改装原理如图 14-4 所示，E为电源，电流计表头 G 内阻为gR，电流计表头满刻度电流为gI，R为限流电阻，wR为调零电阻，XR为待测电阻当流过表头的电流为XI时，由欧姆定律可知：对于给定的欧姆表（gR﹑R﹑wR﹑E已给定） ，XI仅由XR决定，即XI与XR之间有一一对应的关系在表头刻度上，将XI表示成XR，即改装成欧姆表由式(14-5)可知，当XR为无穷大时，XI＝0；当XR＝0 时，回路中电流最大，通过调零电阻的阻值调节，使电流计表头电流为满刻度电流gI，即XI=gI由式（14-5）计算得由式（14-6）得，当电源电压E确定时，wRR+经计算为确定值几个重要的规律和参数：（1）当XI＝g2I时，XR=gwRRR++=中R指针正好位于满刻度的一半，即欧姆表满刻度的一半的电阻值（中心电阻值）中R，它等于欧姆表的总内阻gwRRR++。

这就是串接式欧姆表中心电阻的含义可将式（14-5）改写成：可由式（14-7）来标定电流计刻度盘2）改变中心电阻中R的值，即可改变电阻挡的量程由于gI和gR是电流计表头的恒定参数，只能通过提高电源E的电压值，来改变电阻挡的量程由式（14-6）可知， 电源E的电压值的改变，wRR+的值随之发生变化，gwRRR++=中R才发生相应的变化改装的欧姆表的中心刻度发生改变，改装的欧姆表量程就发生改变譬如中R＝100Ω，测量范围为 20Ω至 500Ω；则中R＝1000Ω，测量范围为 200Ω至 5000Ω，以此类推3）XI与中R+XR是非线性关系当XR>中R时，有XI≈0，此时测量误差也大所以，在实际测量时，只在5中R

将被测电流计 G 接在电路中，调节滑动头 P，使电流计的指针不能超过满偏，记下标准表 A 的电流值然后切换开关 S 的位置， 电路中的滑动头 P 的位置不变，即电路中的电压不变，用十进位电阻箱替代电流计 G，并改变电阻箱电阻值，直到使流过标准表的电流值和上次记录值相同，则电阻箱指示的电阻值即为电流计的内阻实验中提供的 THKDG-2 型实验仪的可变电阻wR仅有两个接线柱，因此实验中可变电阻 P，可采用wR和固定电阻R串联，提供三个接线柱以下线路中的可变电阻 P 均采用这种方式接线，就不在重述中值法：如图 14-6 所示当被测电流计G 接在电路中时，K 断开，调节滑动头 P 的位置，使电流计 G 满偏，再用十进位电阻箱与电流计 G 并联作为分流电阻，即 K 合上，改变电阻箱电阻值就改变分流程度，当电流计 G 指针指示到中刻度值，即流过电流计的电流为g2I，且总电流强度保持不变时，那么流过电阻箱的电流也为g2I （注：总的电流只能近似不变）根据欧姆定律，可得ggg22I RI R=（14-8）则gRR=（14-9）即电流计的内阻等于分流电阻箱的指示电阻值电流计的电流量程gI，通过替换法中电流计指针满偏时标准表读数可直接读出。

2．改装电流计为 10mA 量程的电流表并校准根据已测出的电流计 G 的内阻gR、电流量程gI和要改装的量程I，利用式（14-2）计算出需要并接PR的电阻的值，按图 14-7 接线图中虚线框为已改装的电流表，图中标准表为0.5 级标准数字电流表来校准已改装电流表调节滑动头 P，使标准表显示值为表 14-1 中的要求值，记录已改装的电流表的显示值，填入表 14-1 中以已改装的电流表读数为横坐标，标准电流表读数为纵坐标，用毫米方格纸做出校准曲线3．改装电流计为 1.00V 量程的电压表并校准根据已测出的电流计 G 的内阻gR和电流量程gI和要改装的量程U，利用式（14-4）计算出需要串接RS的电阻的值，按图 14-8 接线图中虚线框为已改装的电压表，图中标准表为0.5 级标准数字电压表来校准已改装电压表调节滑动头 P，使标准表显示值为表 14-2 中的要求值，记录已改装的电压表的显示值，填入表14-2 中以已改装的电压表读数为横坐标，标准电压表读数为纵坐标，用毫米方格纸做出校准曲线4．电流计改装为电阻串接式欧姆表按原理图 14-4 连接线路实验中E=1.00V，R=750Ω,wR为 470Ω可调电阻，待测电阻XR用电阻箱代替。

根据已测量的电流计表头内阻gR和满刻度电流gI，由式 14-6 计算出调零电阻wR的值，即当I=gI，XR=0 时，调零电阻的阻值；由中R=gwRRR++式计算出中值电阻中R，即当I=g2I时XR的阻值；根据式 14-7，分别计算XR为2中R、3中R、 4中R、5中R、2中R、3中R、4中R、5中R时的电流值对gI的倍数关系，记录在表 14-3中找出刻度盘的电流和电阻的对应关系以上述电流对应的电阻为理论值，调节电阻箱的阻值使其达到上述的电流值时，记录电阻箱的指示值，填入表 14-3 中，并计算出各电流对应的阻值时测量电阻的相对误差， 比较误差出现的规律 通过上述的电阻和电流的对应关系，标定改装的欧姆表的刻度盘，观察表盘刻度的非均匀性 数据记录与处理数据记录与处理表 14-1改装电流计为 10mA 量程的电流表和校准表量程：I=10.0mA，gI=mA ，gR=Ω， 电阻计算值：PR=Ω校准表读数IY（mA）1.02.03.04.05.06.07.08.09.010.0被校表读数IX（mA）表 14-2 改装电流计为 1.00V 量程的电压表和校准表量程：U= 1.00V，gI=mA，gR=Ω，电阻计算值：RS=Ω校 准 表读数UY（V）0.100.200.300.400.500.600.700.800.901.00被 校 表读数UX（V）表 14-3电流计改装为电阻串接式欧姆表 E=1.00V，gI=mA，gR=Ω，R= 750Ω，wR=Ω，R中=Ω待测电阻计算值（Ω）0R中/5R中/4R中/3R中/2R中2R中3R中4R中5R中电流值为的Ig倍数关系电阻箱的指示值（Ω）相对误差最后用毫米刻度纸（坐标纸）作出两种曲线：IX —IY、UX —UY。

注意事项注意事项1．注意接入改装表接线柱的极性，以免指针反偏2. 注意接入改装表的量程大小，以免电流或电压过量程时出现“打针”现象3．实验仪提供的标准数字式电流表和标准数字式电压表仅作校准时用的标准表 思考题思考题1．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值，改装表的分流电阻应调大还是调小？2．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？3．用欧姆表测电阻时，如果表头的指针正好指在满刻度的一半处，则从标尺读出的电阻值是该欧姆表的内阻值吗？。