電表改裝和萬(wàn)用表設(shè)計(jì)
電流計(jì)表頭一般只能測(cè)量很小的電流,若要用它來(lái)測(cè)量較大的電流和電壓,就必須進(jìn)行改裝來(lái)擴(kuò)大量程 , 各種多量程表(多用途萬(wàn)用表)就是用這種方法制作的 . 萬(wàn)用表是一種基本的電學(xué)儀表,它測(cè)量范圍廣,構(gòu)造簡(jiǎn)單,使用方便,是電磁學(xué)工作者的必備工具 . 本實(shí)驗(yàn)要求同學(xué)先掌握有關(guān)的知識(shí),然后設(shè)計(jì)并組裝一只簡(jiǎn)易萬(wàn)用表 .
電表改裝與校正
電學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常要用電表(電壓表和電流表)進(jìn)行測(cè)量,常用的直流電流表和直流電壓表都有一個(gè)共同的部分,常稱為表頭 . 表頭通常是一只磁電式微安表,它只允許通過(guò)微安級(jí)的電流,一般只能測(cè)量很小的電流和電壓 . 如果要用它來(lái)測(cè)量較大的電流或電壓,就必須進(jìn)行改裝,擴(kuò)大其量程 . 經(jīng)過(guò)改裝后的微安表具有測(cè)量較大電流、電壓和電阻等多種用途 . 若在表中配以整流電路將交流變?yōu)橹绷鳎瑒t它還可以測(cè)量交流電的有關(guān)參量 . 我們?nèi)粘=佑|到的各種電表幾乎都是經(jīng)過(guò)改裝的,因此學(xué)習(xí)改裝和校準(zhǔn)電表在電學(xué)實(shí)驗(yàn)部分是非常重要的 .
【預(yù)習(xí)要求】
1.掌握滑線變阻器的分壓與限流的接線方法,如何解決粗細(xì)程度的調(diào)節(jié) .
2.熟悉測(cè)量表頭內(nèi)阻時(shí)應(yīng)注意哪些事項(xiàng) .
3.掌握電表擴(kuò)大量程的方法和條件 .
【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?
1 .學(xué)會(huì)將微安表擴(kuò)大量程以及改裝為伏特表的原理和方法 .
2 .學(xué)會(huì)測(cè)量微安表表頭滿偏電流和內(nèi)阻原理與方法 .
3 .熟悉和掌握滑線變阻器的各種用法 .
4.初步使用萬(wàn)用電表檢查電路故障 .
【實(shí)驗(yàn)儀器】
微安表,標(biāo)準(zhǔn)電流表,標(biāo)準(zhǔn)電壓表(所謂標(biāo)準(zhǔn)電表是其準(zhǔn)確度等級(jí)比所給表頭高兩級(jí)的表),直流穩(wěn)壓電源,滑線變阻器,電阻箱,單刀雙擲開(kāi)關(guān),干電池,導(dǎo)線
【實(shí)驗(yàn)原理】
一、電表的改裝
1 . 表頭內(nèi)阻的測(cè)量
表頭線圈的電阻 R g 稱為表頭內(nèi)阻.它的測(cè)定方法很多,這里介紹一種替代法,測(cè)量線路如圖 35-1 所示 . 將 K 2 置于 2 處,調(diào)節(jié) R 0 使表 A 0 在一較大示值處(同時(shí)注意表 A 的指針不要超過(guò)量程);將 K 2 置于 1 處,保持 R 0 不變,調(diào)節(jié) R n 使表 A 0 指在原來(lái)位置上,則有 R n =R g .
2. 將表頭改裝為安培計(jì)
用于改裝的微安表稱為“表頭” . 使表針偏轉(zhuǎn)到滿刻度所需要的電流 I g 稱為量程 . 表頭的滿度電流很小,只適用于測(cè)量微安級(jí)或毫安級(jí)的電流,若要測(cè)量較大的電流,就需要擴(kuò)大電表的電流量程 . 方法是:在表頭兩端并聯(lián)電阻 R p ,使超過(guò)表頭能承受的那部分電流從 R p 流過(guò) . 由表頭和 R p 組成的整體就是安培計(jì), R p 稱為分流電阻. 選用不同大小的 R P ,可以得到不同量程的安培計(jì) .
如圖 35-2 所示,當(dāng)表頭滿度時(shí),通過(guò)安培計(jì)的總電流為 I ,通過(guò)表頭的電流為 I g ,
因?yàn)?
故得 ( 35-1 )
表頭的規(guī)格 I g 、 R g 事先測(cè)出 ,根據(jù)需要的安培計(jì)量程,由式( 35-1 )就可以算出應(yīng)并聯(lián)的電阻值 . 通常,由于安培計(jì)的量程 I 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于表頭的量程 I g ,并聯(lián)電阻 R p 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于表頭內(nèi)阻 R g .
3. 將表頭改裝為伏特計(jì)
表頭的滿度電壓也很小,一般為零點(diǎn)幾伏 . 為了測(cè)量較大的電壓,在表頭上串聯(lián)電阻 R s ,如圖 35-3 所示,使超過(guò)表頭所能承受的那部分電壓降落在電阻 R s 上 . 表頭和串聯(lián)電阻 R s 組成的整體就是伏特計(jì),串聯(lián)的電阻 R s 稱為擴(kuò)程電阻 . 選用大小不同的 R s ,就可以得到不同量程的伏特計(jì) .
因?yàn)?
可得 ( 35-2 )
表頭的 I g 、 R g 事先測(cè)出,根據(jù)需要的伏特計(jì)量程,由( 35-2 )式就可以算出應(yīng)串聯(lián)的電阻值 . 一般地,由于伏特計(jì)的量程 U 遠(yuǎn)大于表頭的量程 U g ,串聯(lián)電阻 R S 會(huì)遠(yuǎn)大于表頭內(nèi)阻 R g .
當(dāng)總電壓不變時(shí),若回路之總電阻增加一倍則電流減為一半 . 根據(jù)這個(gè)簡(jiǎn)單原理,就可以用表頭制作一只歐姆表 . 如圖 35 — 4 所示:
1. 將歐姆表兩測(cè)筆正( A 紅表筆)、負(fù)( B黑表筆)短接,調(diào)節(jié)限流電阻 使表頭指針滿度,則此時(shí)之總電流 或 . 式中 表示歐姆表的總內(nèi)阻,即
式中 為表頭內(nèi)阻、 為分流電阻、 為限流電阻、 為電源內(nèi)阻 . 若在歐姆表兩測(cè)筆( A 、 B )正、負(fù)間接上待測(cè)電阻 ,此時(shí)電流下降為 ,即
當(dāng)
時(shí), ; 時(shí), ;
時(shí), 時(shí), ;
時(shí), .
由此可知,當(dāng)被測(cè)電阻 等于歐姆表的總內(nèi)阻 時(shí),表頭指針在刻度盤的中心位置,故 又叫中心阻值或叫中值電阻 .理論上,任一歐姆表可測(cè)任何數(shù)值(從 0~ )的電阻 . 但事實(shí)上當(dāng) 時(shí),其阻值無(wú)法精確讀出,從而帶來(lái)很大的讀數(shù)誤差 . 為了得到精確讀數(shù),可按 10 進(jìn)制分擋,分擋后各擋均有自己的總內(nèi)阻 .
對(duì)于分擋后仍通用一條歐姆標(biāo)度尺,這條標(biāo)度尺的分度值是以 R × 1 擋的中心阻值標(biāo)定出來(lái)的 . 此中心阻值叫姆表的表盤中心標(biāo)度阻值 . 它與某檔的中心阻值的關(guān)系是:某檔的中心阻值 = 表盤中心標(biāo)度阻值×該擋倍率 .中心阻值的大小,不僅與表頭的靈敏度有關(guān),而且與電源干電池的節(jié)數(shù)及新舊程度( E 的大小)有關(guān) .
5 .萬(wàn)用電表簡(jiǎn)述
萬(wàn)用電表是常用的儀表 . 它可以測(cè)量交、直流壓,交、直流電流,還可測(cè)量電阻等 . 它用途廣泛,但準(zhǔn)確度低 . 當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)撥到直流電壓擋,就是一個(gè)多量程直流伏特表,當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)撥到直流電流擋,就是一個(gè)多量程安培表,它是將微安表并聯(lián)不同低電阻值的擋而組成 . 使用時(shí)必需串聯(lián)在電路中,并注意表筆的正負(fù)不能接反 . 使用歐姆表,每次測(cè)量前先要將表筆 A 和 B 相接(短路),調(diào)節(jié)“歐姆零點(diǎn)”旋鈕(它是一個(gè)變阻器)使偏轉(zhuǎn)為滿度,即指針指示零歐姆,以保證刻度的正確性 . 而且每次改變量程后都應(yīng)當(dāng)重新調(diào)節(jié)歐姆零點(diǎn) . 注意:不得用歐姆表測(cè)量帶電的電阻!
二、電表的校準(zhǔn)
電表在擴(kuò)大量程或改裝后,還需要進(jìn)行校準(zhǔn) .校準(zhǔn)的目的是:(1)評(píng)定該表在擴(kuò)大量程或改裝后是否仍符合原電表準(zhǔn)確度的等級(jí);(2)繪制校準(zhǔn)曲線,以便于對(duì)擴(kuò)大量程或改裝后的電表能準(zhǔn)確讀數(shù).
所謂準(zhǔn)確度的等級(jí)是國(guó)家對(duì)電表規(guī)定的質(zhì)量指標(biāo),它以數(shù)字形式標(biāo)明在電表的表盤上 . 如標(biāo)明為 級(jí)( 為
0.1 , 0.2 , 0.5 , 1 , 1.5 , 2.5 , 5 等七個(gè)中的一個(gè)),則各點(diǎn)的最大示值誤差為 : , .
常用的簡(jiǎn)便的校正方法就是比較法,將待校準(zhǔn)表與級(jí)別較高的標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行比較 .
(1)對(duì)擴(kuò)大量程后的電流表可用標(biāo)準(zhǔn)電流表進(jìn)行校準(zhǔn) . 線路如圖 35 — 5 所示,校準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)選在擴(kuò)大量程后的電表的全偏轉(zhuǎn)范圍內(nèi)各個(gè)標(biāo)度值的位置上, 確定各校準(zhǔn)點(diǎn)的 值 . 這樣不僅可與等級(jí)度誤差 作比較,以判定各校準(zhǔn)點(diǎn)的 是否超過(guò) ,而且可作 曲線供使用時(shí)對(duì)讀數(shù)作修正 .
(2)對(duì)改裝后的電壓表則用標(biāo)準(zhǔn)電壓表進(jìn)行校正 . 線路如圖 35 — 6 所示,校正點(diǎn)應(yīng)選在改裝表的所有標(biāo)度值的位置上,確定各校正點(diǎn)的 值,并可作 曲線 .
(3)電表的校準(zhǔn)
電表的校準(zhǔn)結(jié)果除用等級(jí)表示外,還常用校準(zhǔn)曲線表示 . 即以被校電表的指示值
I xi 為橫坐標(biāo),以校正值 Δ I i ( Δ I i 等于標(biāo)準(zhǔn)電表的指示值 I si 與被校表相應(yīng)的指示值 I xi 的差值,即 Δ I i = I si - I xi )為縱坐標(biāo),如圖 35—7 所示,注意兩個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)之間用直線段連接,根據(jù)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)作出呈折線狀的校淮曲線(不能畫成光滑曲線) . 在以后使用這個(gè)電表時(shí),根據(jù)校準(zhǔn)曲線可以修正電表的讀數(shù) .
(4)定改裝后的毫安表及伏特表的誤差和級(jí)別
取 = ;選取各絕對(duì)誤差的最大值得 δ I max .所以,擴(kuò)大量程后的毫安表的級(jí)別為
同理,改裝后的伏特表的級(jí)別為
【預(yù)習(xí)要求】
1.掌握滑 線變阻器的分壓與限流的接線方法,如何解決粗細(xì)程度的調(diào)節(jié) .
2.熟悉測(cè)量表頭內(nèi)阻時(shí)應(yīng)注意哪些事項(xiàng) .
3.掌握電表擴(kuò)大量程的方法和條件 .
【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?
1 .學(xué)會(huì)將微安表擴(kuò)大量程以及改裝為伏特表的原理和方法 .
2 .學(xué)會(huì)測(cè)量微安表表頭滿偏電流和內(nèi)阻原理與方法 .
3 .熟悉和掌握滑線變阻器的各種用法 .
4.初步使用萬(wàn)用電表檢查電路故障 .
【實(shí)驗(yàn)儀器】
微安表,標(biāo)準(zhǔn)電流表,標(biāo)準(zhǔn)電壓表(所謂標(biāo)準(zhǔn)電表是其準(zhǔn)確度等級(jí)比所給表頭高兩級(jí)的表),直流穩(wěn)壓電源,滑線變阻器,電阻箱,單刀雙擲開(kāi)關(guān),干電池,導(dǎo)線
【實(shí)驗(yàn)原理】
一、電表的改裝
1 . 表頭內(nèi)阻的測(cè)量
表頭線圈的電阻 R g 稱為表頭內(nèi)阻.它的測(cè)定方法很多,這里介紹一種替代法,測(cè)量線路如圖 35-1 所示 . 將 K 2 置于 2 處,調(diào)節(jié) R 0 使表 A 0 在一較大示值處(同時(shí)注意表 A 的指針不要超過(guò)量程);將 K 2 置于 1 處,保持 R 0 不變,調(diào)節(jié) R n 使表 A 0 指在原來(lái)位置上,則有 R n =R g .
2. 將表頭改裝為安培計(jì)
用于改裝的微安表稱為“表頭” . 使表針偏轉(zhuǎn)到滿刻度所需要的電流 I g 稱為量程 . 表頭的滿度電流很小,只適用于測(cè)量微安級(jí)或毫安級(jí)的電流,若要測(cè)量較大的電流,就需要擴(kuò)大電表的電流量程 . 方法是:在表頭兩端并聯(lián)電阻 R p ,使超過(guò)表頭能承受的那部分電流從 R p 流過(guò) . 由表頭和 R p 組成的整體就是安培計(jì), R p 稱為分流電阻 . 選用不同大小的 R P ,可以得到不同量程的安培計(jì) .
如圖 35-2 所示,當(dāng)表頭滿度時(shí),通過(guò)安培計(jì)的總電流為 I ,通過(guò)表頭的電流為 I g ,
因?yàn)?
故得 ( 35-1 ) 表頭的規(guī)格 I g 、 R g 事先測(cè)出 ,根據(jù)需要的安培計(jì)量程,由式( 35-1 )就可以算出應(yīng)并聯(lián)的電阻值 . 通常,由于安培計(jì)的量程 I 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于表頭的量程 I g ,并聯(lián)電阻 R p 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于表頭內(nèi)阻 R g .
3. 將表頭改裝為伏特計(jì)
表頭的滿度電壓也很小,一般為零點(diǎn)幾伏 . 為了測(cè)量較大的電壓,在表頭上串聯(lián)電阻 R s ,如圖 35-3 所示,使超過(guò)表頭所能承受的那部分電壓降落在電阻 R s 上 . 表頭和串聯(lián)電阻 R s 組成的整體就是伏特計(jì),串聯(lián)的電阻 R s 稱為擴(kuò)程電阻 . 選用大小不同的 R s ,就可以得到不同量程的伏特計(jì) .
因?yàn)?
可得 ( 35-2 )
表頭的 I g 、 R g 事先測(cè)出,根據(jù)需要的伏特計(jì)量程,由( 35-2 )式就可以算出應(yīng)串聯(lián)的電阻值 . 一般地,由于伏特計(jì)的量程 U 遠(yuǎn)大于表頭的量程 U g ,串聯(lián)電阻 R S 會(huì)遠(yuǎn)大于表頭內(nèi)阻 R g .
【實(shí)驗(yàn)要求】
1 .測(cè)量表頭的內(nèi)阻
2 .將量程為 100 μ A 的表頭擴(kuò)程為 1 mA , 10 mA
3 .將表頭改裝為 0-3V 、 0-10V 的電壓表
4. 歐姆表的改裝和標(biāo)定表面刻度
5. 使用萬(wàn)用電表檢查電路故障
【注意事項(xiàng)】
1 .接通電源前,應(yīng)檢查滑線變阻器的滑鍵是否在安全位置,接分壓器線路和使用分壓器時(shí),注意接線方法和開(kāi)始使用時(shí)的規(guī)則 .
2 .對(duì)限流線路的電阻箱及滑動(dòng)電阻的阻值選擇,應(yīng)開(kāi)始從大阻值逐漸減小 . 防止電阻值從 9 到 0 的突然減小 .
3 .記錄時(shí)注意有效數(shù)字位數(shù) .
【思考題】
1 .為什么校準(zhǔn)電表時(shí)需要把電流(或電壓)從小到大做一遍又從大到小做一遍?
2 .校正電流表時(shí),如果發(fā)現(xiàn)改裝表的讀數(shù)偏高,應(yīng)如何調(diào)整?
3 .設(shè)想電表內(nèi)阻測(cè)量的各種方法?
4 .畫出校準(zhǔn)曲線有何實(shí)際意義?
【預(yù)習(xí)要求】
1.按設(shè)計(jì)要求繪出測(cè)定表 頭內(nèi)阻 R s 的電路圖, 繪出電流檔、電壓檔、電阻檔的電路圖,計(jì)算并選擇元件 .
2.畫出總電路圖,列出所選取元件的名稱、型號(hào)、規(guī)格、數(shù)據(jù).(注:在選各電阻及變阻器 R p 時(shí),除考慮其阻值大小外,還要考慮它們的誤差范圍,以免影響電表的精確度 . 考慮到多量程電表的累積誤差,各電阻的精確度等級(jí)應(yīng)不大于 1 % )
3.畫出校準(zhǔn)的電路圖,簡(jiǎn)述校準(zhǔn)程序.
【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?
1.鞏固電學(xué)實(shí)驗(yàn)和電路計(jì)算的基本知識(shí).
2.培養(yǎng)和提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和動(dòng)手能力.
3.掌握萬(wàn)用電表的基本原理和設(shè)計(jì)方法 .
4.學(xué)習(xí)萬(wàn)用電表的組裝與定標(biāo) .
【 實(shí)驗(yàn)要求】
1 .要求將一微安表頭設(shè)計(jì)、安裝成如下規(guī)格的萬(wàn)用表:
直流電流—— 10mA, 50mA 直流電壓—— 3V ,
10V交流電壓—— 10V , 50V 歐姆——
2 .校準(zhǔn)各檔,作出各擋的校準(zhǔn)曲線,定出準(zhǔn)確度等級(jí) .
【實(shí)驗(yàn)原理儀器】
請(qǐng)自行提出所需儀器及元件的規(guī)格 .
【實(shí)驗(yàn)提示】
電流表、電壓表、歐姆表的各自組成和工作原理大家已熟知,把三者的線路有序地結(jié)合在一起,加一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān),用同一個(gè)表頭指示,就組裝成了一只簡(jiǎn)易萬(wàn)用表 .
1.設(shè)計(jì) 1).先測(cè)定表頭內(nèi)阻 ,按已做過(guò)的實(shí)驗(yàn)(多種方法),確定一個(gè)方案,畫出電路圖 .
(2).設(shè)計(jì)電流擋,計(jì)算并選擇元件.參考電路示圖35—8.
(3).設(shè)計(jì)電壓擋,計(jì)算并選擇元件.參考電路示圖35—9.
(4).設(shè)計(jì)電阻擋,計(jì)算并選擇元件.參考電路示圖35—10.(圖中, R 0 為保護(hù)電阻, R P 為調(diào)零可變電阻 .二者的選擇要根據(jù)實(shí)際使用中 電源 的電壓降范圍及 I g 、 R g 選取 .)
2.組裝
( 1)按電路圖的所選元件組裝萬(wàn)用表,并進(jìn)行統(tǒng)調(diào).對(duì)不合適的元件可以經(jīng)過(guò)統(tǒng)調(diào)更換.
( 2)用白紙畫出各量程刻度表,(電阻擋的刻度可用一電阻箱逐一定標(biāo)).并用膠帶把刻度表貼在指針下的原表盤上.
3.校準(zhǔn)
列表畫出各量程的校正 曲線 .
評(píng)論
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