2、掌握将100uA表改为更大量程电流表、电压表的方法。
3、用电阻校准欧姆表,绘制校准曲线,使用组装好的欧姆表根据校准曲线测量未知电阻。
4. 了解如何校准电流表和电压表。
2. 实验原理 (1) 检流计原理
常见的磁电检流计主要由置于永磁场中的细漆包线绕制的可旋转线圈、用于产生机械反扭矩的游丝、指示指针和永磁体组成。 当电流通过线圈时,载流线圈在磁场中产生磁矩,使线圈旋转并使指针偏转。 线圈的偏转角度与流过线圈的电流成正比,因此可以通过指针的偏转角度直接指示电流值。
(2) 测量范围I_g、内阻R_g
电流表允许通过的最大电流称为电流表的量程,用I_g表示。 电流表的线圈具有一定的内阻,用R_g表示。 I_g和R_g是代表电流表特性的两个重要参数。
测量内阻R_g的常用方法有:
(1) 半流法又称中值法
将待测电流表接入电路中,使电流表充分偏置,然后用十进位电阻箱与电流表并联作为分流电阻,改变阻值,从而改变分流程度。 当电流表指针指示中间值时,总电流强度保持不变,显然分流电阻值等于检流计的内阻。
左图是半值法测量仪表灵敏度和内阻的示意图,右图是替代法测量仪表灵敏度和内阻的示意图。
(2) 代入法
将被测电流表接入电路后,更换为十进制电阻盒,改变电阻值。 当电路中的电压保持不变,电路中的电流也保持不变时电流表的工作原理,则电阻盒的电阻值 即为被测电流表的内阻。 替代法是一种应用广泛的测量方法,测量精度较高。
(3)改造成大量程电流表
根据电阻并联定律,如果在电表两端并联一个合适阻值的电阻,就可以将电表无法承受的电流从电阻(R_2)中分流出来。 由表头和并联电阻R组成的整体就是改进型电流表。 如果需要将测量范围扩大n倍,则不难得到: R_2=frac{R_g}{n-1}
电流表扩流后原理图如下:
(4)改造成电压表
一般来说,仪表能承受的电压很小,不能用来测量更大的电压。 为了测量较大的电压,可在表头串联一个阻值适当的电阻R_M,使表头不能承受的部分电压落在电阻R_M上。 表头与串联电阻R_M组成的整体就是电压表,串联电阻R_M称为量程扩展电阻。 通过选择不同尺寸的R_M,可以得到不同量程的电压表。 由下图可得范围扩展电阻值:R_M=frac{E}{I_g}-R_g
(5) 改装为欧姆表
用于测量电阻的仪表称为欧姆表。 根据调零方式的不同,可分为串联分压式和并联分压式两种。 原理电路如下图所示。
图中,E为电源,R_3为限流电阻,R_W为“调零”电位器,R_x为被测电阻,R_0为等效表内阻。 图中,R_0和R_W共同构成分流电阻。
在使用欧姆表之前,必须先调整“零”点,即a、b两点短路(相当于R_x=0)。 调节R_W的阻值,使表针偏向满刻度。 可以看出,欧姆表的零点位于电表刻度的满刻度处,与电流表、电压表的零点正好相反。
图中,当a、b端接被测电阻R_x时,电路中的电流为:
I=frac{E}{R_x+R_g+R_w+R_3}
对于给定的标头和行,R_g、R_W 和 R_3 都是常量。 可以看出,当电源端电压E不变时,测得的电阻与电流值之间存在一一对应的关系。 也就是说,如果连接不同的电阻,表头就会有不同的偏转读数。 R_x越大,电流I越小。 当a、b两端短路时,即R_x=0时,指针完全偏置。
I=frac{E}{R_g+R_w+R_3}=I_g
当R_x=R_g+R_w+R_3时,
I=frac{E}{R_x+R_g+R_w+R_3}=frac{1}{2}I_g。
此时指针位于表头中间,对应的电阻值为中位电阻。 明显地:
R中=Rg+Rw+R_3
当R_x=infty(相当于a、b开路)时,I=0,即指针位于表头机械零位。
因此,欧姆表的刻度存在反向刻度,且刻度不均匀。 电阻R越大,刻度间隔越近。 如果表头上的刻度是根据已知的电阻值预先标定的,则可以用电流表直接测量电阻。
三、实验设备及注意事项 (一)实验设备
电压源(2V)、标准电流表(量程分为200μA、2mA、20mA;精度0.1%)、标准电压表(量程20V;精度0.1%)、改装电表(量程100μA、内阻) 1.6KΩ,精度等级1.5),电阻箱(0~Ω,分辨率0.1Ω)。
(2) 注意事项
1、连接时应注意避免工作电源短路(或接近短路),以免仪器元件及其他部件造成不必要的损失。
2、实验时应注意电压源的输出范围是否选择正确。 一般选择0~2V范围。 标准电流表量程可选择20mA。
3、仪器采用开放式设计。 连接插头时请注意:改装后的电表只允许通过100uA的小电流电流表的工作原理,过载时会损坏电表! 连接改装后的仪表前,请仔细检查线路和电路参数。 投入使用。
4、仪器采用专用连接线,可靠性和性能高。 但使用时一定要注意不要用力过猛,插入时要对准插孔,以免插头塑料护套变形。 插入或拔出电源线时,请务必用手握住插头的塑料护套。
5、注意:R_W为限流电阻,尽量不要将阻值调到最小值。