设计性实验微安表改成伏特表Word文档下载推荐.docx
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黄冬琴(11)
(一)实验课题:
测量微安表的内阻并将微安表改装成多用表
(二)实验目的:
(1)了解多种测量微安表的方法分析每种方法的误差,并比较选出相对简单可行误差小的方法。
(2)熟悉表头的构造和原理;
(3)掌握改装电流表的原理和方法;
(4)学习电表的设计、改装和校正的方法。
(三)实验仪器:
微安表:
50A,100A,200A。
电压表:
1V,3V,15V。
毫安表:
1mA,10mA。
电流计,电阻箱,滑动变阻器,单刀开关,双刀开关,电源,导线若干。
(1)在改装电表前,首先应知道表头的内阻Rg。
Ⅰ、替代法
(1)实验原理:
测量微安表内阻Rg的方法很多,较为简便常用的方法是“替代法”,即将被测表M和另一微安表N串联起来,再在两端加一定的电压VAC,使N的读数等于某一定值In(In一般为满度的三分之二为宜),如图上图(左)所示。
然后保持VAC不变,用电阻箱R取代M,如上图(右)所示,使N的读数仍为In,此时R的阻值就等于微安表M的内阻Rg。
替代法测量微安表内阻的电路如图1所示。
首先选定总电源电压为E,当开关K合到1时,调节限流电阻R1使流过电流表A1的电流为I1,并保证微安表A2不超量程。
再把电阻箱R2的阻值调到远大于Rg的粗测值,然后,把开关K合到2,逐渐调小电阻R2,直到电流表A的电流回到I1。
由于两次测量时电路电源电压和电流都相等,所以,R2就是微安表Rg的测量值。
因为两次调节的电流很难完全相等,再考虑到不确定度计算的需要,我们假定第二次测量时微安表的电流为I2,因此有:
实验误差:
理论上没有误差
Ⅱ、半偏法
A、半偏法测量微安表内阻电路如图所示:
按图连好电路,S2断开,S1闭合,调节变阻器R,使待测电流表G的指针满偏。
再将S2也闭合,保持变阻器R接在电路中的电阻不变,调节电阻箱R/使电流表G的指针半偏。
读出电阻箱的示值R/,则可认为rg≈R
误差分析:
闭合S1断开S2时:
Ig=E/RA+R+r
开关S1S2都闭合时:
1/2Ig+IR=E/R1+R’RA/(R+RA)+r
由并联电路性质得:
1/2IgRA=IRR
联立得:
RA=(R+r)R’/R+r-R’=R’/1-R’/R’+r>
R’
所以测量值小于真实值
认为S2闭合后电路中的总电流近似不变,则通过电阻箱的电流近似为
。
所以电流表内阻与电阻箱的示值近似相等。
实际上S2闭合后电路中的总电流要变大,所以通过电阻箱的电流要大于
,电阻箱的示值要小于电流表的内阻值。
为了减小这种系统误差,要保证变阻器接在电路中的阻值
,从而使S2闭合前后电路中的总电流基本不变。
R越大,系统误差越小,但所要求的电源电动势越大。
实验中所用电源电动势为8-12V,变阻器的最大阻值为
左右。
Ⅲ、伏安法
1)按图接好线路,图中E为稳压电源,K1即电源开关,R1为滑线变阻器,R2电阻箱,K2是单刀双掷开关,M和N是两个同型号的微安表。
请教师检查后,再进行下面的步骤。
测量微安表M内阻的电路图
2)滑动滑线变阻器R1的滑动触头,将A与滑动触头间的电阻调至最小,单刀双掷开关K2扳向l,打开稳压电源E的开关(K1),将E的输出电压调到2V。
然后移动R1的滑动触头,使微安表N的读数为XA。
以后不能再移动R1的滑动触头,以保持电压不变。
3)先将R2调到一定值,再把K2扳向2,仔细调节R2,使N的读数仍为XA,此时R2的阻值就等于微安表M的内阻,记下M的内阻Rg。
(2)电表的改装
1.改装成电压表
若要把微安表改装成电压表,只要用一个高电阻Rm(称为分压电阻)与原微安表串联即可,如图所示。
由于串联了分压电阻Rm,总电压的大部分降在Rm上,这样由分压电阻Rm和表头组成的整体就可以测量较大的电压了。
设微安表的量程为Ig,内阻为Rg,若要把它改
装成量程为V0的电压表,分压电阻Rm应取多大
当A、B两点间的电压为V0时,流过微安表的电流为Ig(这时微安表的指针刚好指到满刻度。
因此只要在微安表的标度盘上直接标上与该电流相应的电压,微安表就成为电压表了),根据欧姆定律,
得
2.改装成多用量程的电流表
将微安表改装成大量程的电流表只需利用并联电路的分流特性,并联一个小阻值的电阻
由欧姆定律得I1R1=IgRg
所以I=Ig+I1=(1+Rg/R1)Ig
将改装后的电表跟标准电流表串联进行校准。
(四)实验步骤:
把量程为200A的微安表改装成量程为5V的伏特表
1)Ig=200A,V0=5V,根据
(2)式计算出微安表M的分压电阻Rm。
2)按图接好电路。
调节电阻箱R2的阻值等于Rm。
这样虚线框内由分压电阻Rm和表头组成的整体就成为量程为10V的伏特表了。
图中的伏特表作为标准表,用来校准改装成的伏特表。
3)打开K1,将电源E的输出电压调到12V,调节A、C间的电压VAC,当微安表M的读数IW分别为A,A,…,A(相当于改装的伏特表的读数VG分别为,,…,时,记下标准伏特表对应的读数VB。
4)以VG为横坐标,ΔV=(VB—VG)为纵坐标,在坐标纸上作出ΔV~VG校准曲线。
以后使用改装的伏特表时,可以根据校准曲线修正伏特表的读数。
(参考电流的校准曲线)
电流校准曲线参考图
(六)测量记录和数据处理
把量程为200A的微安表改装成量程为的伏特表
(1)Rm=Ω
上述改装的电压档是否达到预定要求,要用标准表进行校准,并作校准曲线。
将改装表与标准表串联起来调节滑动变阻器,是改装表读数从零增加到满刻度,同时几下校准表和标准表相应的读数。
然后以改装表的读数为横坐标,以被校准表的修正值为纵坐标,做曲线。
(2)用方格纸画出校准曲线
(3)
的不确定度分析:
(1)
下面推导被测量R的不确定度。
首先对
(1)式两边求对数,得:
(2)
对
(2)式两边求全微分,得:
因为n一1,所以1一n是一个小量,则(1一n)(dRl+dR2)是二级小量,可以忽略。
则上式变为:
因此,测量结果的不确定度为:
(七)定改装后的伏安表的误差和级别。
取δUi=|标准表在该点的读数-扩大后的伏安表对应的读数|;
选取各绝对误差的最大值得δUmax。
所以扩大量程后的伏安表的级别为:
γm=
×
100%
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