1. 实验目的

(1) 掌握改装电流表和电压表的原理和方法;

(2) 学会校准电流表和电压表。

2. 实验仪器

微安表(量程100 A)二个,毫安表(量程15mA),伏特表(量程15V),ZX21型旋转式电阻箱,滑线变阻器(0~100),直流稳压电源(0~15V),单刀双掷开关各一个。

3. 实验原理

在实验工作中,我们往往要用不同量程的电流表或电压表来测量大小悬殊的电流或电压。例如从几微安到几十安,从几毫伏到几千伏。但电表厂一般只制造若干规格的微安表和毫安表(通常称为表头),我们可以根据实际需要,用并联分流电阻或串联分压电阻的方法,把它们改装成不同量程的电流表和电压表。

(1) 扩大微安表的量程

若要扩大微安表(或毫安表)的量程,只要在微安表两端并联一个低电阻Rs,(称为分流电阻)即可,如图16-1所示。由于并联了分流电阻Rs,

大部分电流将从Rs流过,这样由分流电阻Rs和表头组成的整体就可以测量较大的电流了。

图16-1 与表头并联的分流电阻Rs

设微安表的量程Ig ,内阻为Rg ,若要把它的量程扩大为I0 ,分流电阻Rs应当多大?

当AB间的电流为I0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),流过Rs的电流Is= I0 - Ig ,由于并联电路两端电压相等,故

(1)

通常取I0= 10Ig ,100Ig , ,故分流电阻Rs一般为Rg / 9 ,Rg / 99 , 。 即:要把表头的量程扩大m倍,分流电阻应取

(2) 把微安表改装成电压表

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16-2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

图16-1 与表头串联的分压电阻Rm 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)

(3) 表头内阻的测量

由(1)式和(2)式知,在改装电表前,首先应知道表头的内阻Rg 。

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16-3(左图)所示。然后保持VAC不变,用电阻箱R取代M,如图16-3(右图)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 。

图16-3 用替代法测微安表头M的内阻

4. 实验步骤

(1) 测量微安表M的内阻

1) 按图16- 4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为ZX21型电阻箱,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。

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60.0 A。以

图16-4 测量微安表M内阻的电路图 后不能再移动R1的滑动触头,以保持电压不变。

3) 因为微安表M的内阻约为2000,故先将R2调到2000,再把K2扳向2,仔细调节R2,使N的读数仍为60.0 A,此时R2的阻值就等于微安表M的内阻,记下M的内阻Rg。

(2) 把量程为100 A的微安表改装成量程为10mA的毫安表

1) Ig=100 A,I0=10mA,根据(1)式计算出微安表M的分流电阻Rs 。

2) 按图16-5接好电路。调节电阻箱R2的阻值等于Rs。这样虚线框内由分流电阻Rs和表头组成的整体就成为量程为10mA的毫安表了。图中的毫安表作为标准表,用来校准改装成的毫安表。

3) 打开K1,将电源E的输出电压仍保持为2V,调节A、C之间的电压VAC,当微安表M的读数IW ,分别为100.0 A,90.0 A,,10.0 A,0.0 A(相当于改装毫安表的读数IG分别为10.0mA,9.0mA,,1.0mA,0.0mA)时,记下标准毫安表对应的读数IB 。

4) 以IG为横坐标, I=(IB一IG)为纵坐标,在坐标纸上作出 I ~ IG校准曲线(应将各点连成折线,而不是光滑曲线)。以后使用改装的毫安表时,可以根据校准曲线修正毫安表的读数。

5) 校准曲线可参考图16-6所示。

图16-5 校准改装的电流表

图16-6 电流校准曲线参考图

(3) 把量程为100 A的微安表改装成量程为10V的伏特表

1) Ig=100 A,V0=10V,根据(2)式计算出微安表M的分压电阻Rm。

2) 按图16-7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100.0 A,90.0 A,,10.0 A(相当于改装的伏特表的读数VG分别为10.0V,9.0V,,1.0V)时,记下标准伏特表对应的读数VB。

图16-7 校准改装的电压表

4) 以VG为横坐标,V=(VB-VG)为纵坐标,在坐标纸上作出V ~ 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。

5. 测量记录和数据处理

(1)测量微安表M的内阻

Rg=

(2)把量程为100 A的微安表改装成量程为10mA的毫安表

Rs=

0.010.020.030.040.050.060.070.080.090.0100.0

0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.010.0

(3) 把量程为100 A的微安表改装成量程为10V的伏特表

Rm=

0.010.020.030.040.050.060.070.080.090.0100.0

0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.010.0

6. 常识介绍

(1) 电表的等级

根据我国国标(GB)规定,电表的等级分为以下7级:

0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 5.0

如果用A表示电表的量程,用K表示电表的等级,那么当电表的指针指示某测量值时,该测量值的最大绝对误差

N = A K %

例如量程15mA,等级为1.0级的毫安表,那么当电表的指针指示某一测量值时,该测量值的最大绝对误差为

N = 15 1.0 % = 0.15 mA

(2) 电表

标度盘各种符号的意义(见下页)

此表为根据国家规定的电气仪表的主要技术性能在电气仪表面板上的标记。使用电表时,应先认真看清有关标记,正确使用。如本实验所用的伏特表在表盘右下角标有┌┐标记,表示该表应水平放置,不能竖立起来读数。

7. 思考题

(1) 如何用替代法测量表头的内阻R?

(2) 如何扩大微安表的量程,如何校准电流表?

(3) 如何把微安表改装成电压表? 如何校准电压表?

(4) 根据我国国标(GB)规定,电表分哪7个等级? 测量值的绝对误差如何计算?

(5) 本实验中的滑线变阻器在连接上和作用上有何不同?

(6) 在图16-4和图16-5中,稳压电源的电压是2V,而图16-7中的稳压电源却要调到12V,这是为什么? 能否再降低? 两者最小值各是多少?

(7) 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?

(8) 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?

常见电气仪表面板上的标记

名 称符 号名 称符 号

测量仪表符号〇磁电仪表

检流计G静电仪表=

安培表A直流─

毫安表mA交流(单相) 微安表A直流和交流 伏特表V标度尺准确度等级1.5

毫伏表mV指示准确度等级(1.5级) 千伏表kV标度尺为垂直

欧姆表标度尺为水平┌┐

兆欧表M绝缘强度(试验电压2kV) 负端钮─接地端

正端钮+调零 公共端钮*Ⅱ级防外电和防外