1、多用电表的改装与调试【实验目的】1、学习替代法测量微安表的内阻。2、学习将微安表改装成较大量程电流表和电压表的原理和方法。3、熟悉电流表、电压表的构造原理，学会改装并校准电流表、电压表的原理和方法。【实验仪器】直流稳压电压（约 6V） ，交流电源（约 15V） ，数字多用表 ，1.5V 干电池（欧姆表专用） ，六位电阻箱 ，滑线变阻器，标准直流电流表，标准直流电压表，A 表头 【实验原理】1表头的主要参数的测定表头的主要参数：量程和内阻。量程是指针偏转满刻度时可测的最大电流值 ，也称表头gI的满偏电流。表头的内阻 是偏转线圈的直流电阻。电表的内阻是电表两端的电阻。gR替代法：测量电路如 1-b
2、 所示，将 置于 1 处，调节 使表头满偏（或在某一较大2KWR示值处） ，记下此时标准表的读数 ；将 置于 2 处，调节 使标准表的读数仍为 ，gI 2gI则 。替代法是一种运用很广的测量方法，具有较高的测量准确度。2Rg(一)改装微安表为电流表用来改装的微安表习惯上称为“表头”.表头有两个重要的参量：一个是满偏电流 Ig(又称为测量范围上限，当测量范围下限为零时，它就等于量程) ；另一个是内阻 Rg.将表头改装为大量程的电流表时，应并联一个分流电阻 Rs，使大部分电流从 Rs 流过，而同时仍满足流经表头的满偏电流为 Ig，如图 6-1 所示.设改装后的电流表的量程为 I，根据欧姆定律得，得
3、()gsIR（6-1 ）()gsI设 ，则gIn（6-2）1ggsIRn表头的内阻 Rg 由实验室给出，按照所需电流表的量程 I，由(6-1)式或(6-2)式可算出分流电阻 Rs 的阻值.(二)改装微安表为电压表微安表本身只能用来测量很低的电压(其量程为IgRg).为了满足实际测量的需要，可在微安表上串联一个电阻 RH(又称分压电阻) ；使得待测电压大部分降落在串联的电阻 RH 上，表头上承担的电压最大值仍然为 IgRg，如图 6-2 所示.设改装后的电压表量程为U，由欧姆定律 ，得()gIU（6-HgI3）(三)改装微安表为欧姆表用来测量电阻的电表称为欧姆表，其原理如图 6-3 所示.图中
4、E 为干电池的电动势，电阻 R0 由可变电阻 Rl 和固定电阻 R2 串联组成，固定电阻R2 中包含了电源的内阻， a、b 为测量电阻时的接线柱，Rx 为待测电阻.用欧姆表测电阻时，首先需要调零，即将 a、 b 短路(R x=0)，调节可变电阻 R1，使表头指针偏转到满刻度，这时电路中的电流即为满偏电流.由全电路欧姆定律得(6-4)0gEI可见，欧姆表的零分度线是在表头标尺的满刻度处，它正好与电流表的零分度线位置相反.将 R0 阻值固定，R g+R0 就是欧姆表的内阻.当 a、 b 断开时，R x=，表头指针不动 .当 a、 b 之间接入电阻 Rx 时，电路中的电流(6-5)0gxEIR当 R
5、x 改变时， I 也随着改变.可见每个 Rx 值都有个对应的电流值 I.如果我们在标尺上直接标出与 I 对应的电阻 Rx 的值，就制成了欧姆表的标尺.为此用电阻箱代替 Rx，当Rx=Rg+R0 时，电流为满偏电流的一半，即 I=Ig/2，指针指在表头标尺的中心，习惯上用 Ri表示 Rg+R0,称之为欧姆表的中值电阻.从电阻箱上取 Ri/2、 Ri、 2Ri、 3Ri时，记录相应表头指针的位置，就标出了欧姆表的标尺。可以证明，欧姆表的误差除了与表头的准确度等级有关外，还与指针的偏转角度有关.当指针在欧姆表的中值电阻附近时相对误差最小，为了减少误差，欧姆表般采用多量程挡位，使待测电阻尽可能地接近欧
6、姆表的中值电阻。由于干电池的电动势和内阻在使用后都会发生变化，欧姆表每次测量前都应调零，即使这样，欧姆表的示值误差也是比较大的，所以一般用欧姆表做快速粗略测量。(四)改装表的校准在规定条件下，将改装后的电表与标准表同时对同一对象(电流或电压) 进行测量，将测量结果相互比较，以确定改装表的示值误差的过程就是校准.校准时读出改装表的各个示值 Ax，同时读出标准表对应的示值 As,与 Ax 对应的修正值 .校准的结果可用xsxA校准曲线表示：即以 Ax 为横坐标，以 为纵坐标，标出各个校准点，然后把相邻的两个校准点用直线段连接，就得到了改装表的校准曲线.如图 6-4 所示就是改装电流表的校准曲线.有
7、了校准曲线，使用改装表时可根据校准曲线修正改装表的读数.改装表的修正值为.例如图 6-4 中，I x=4.00mA 时，xA，改装表的修正值应为 =4.00-0.1mIxI0.01=3.99mA.实验时，应使用比原表头准确度等级更高的成品表代替标准表.当然，经过校准后的改装表测量时仍然存在仪器误差，这个误差般大于校准时所用的成品表的误差，成品电流表和电压表的误差参见附录 2-7.【实验内容】(一)将表头改装为 10mA 量程的电流表并校准1.根据给定的表头内阻为 Rg ，满偏电流 Ig，由(6-1)式或(6-2)式算出分流电阻 Rs 的值，用电阻箱充当 Rs ,与表头并联成 5mA 的电流表.
8、并决定此改装表标尺的分度.2.按图 6-5 接线，将机械调零后的改装表与标准电流表接入电路.3.接通电源，调节电路中的电流，使改装表读数从零逐渐增加到满刻度，然后再逐渐减少到零.同时将改装表和标准表相应的读数 Ix 和 Is 填入数据表 6-1.4.以改装表的读数 Ix 为横坐标，为纵坐标，在坐标纸上作出改装电流xsI表的校准曲线.(二)将表头改装为 5V 量程的直流电压表并校准1.根据(6-3) 式计算出串联的分压电阻 RH 的值.用电阻箱充当 RH，R H 与表头串联成电压表.并决定此改装表标尺的标度.2.将改装电压表与标准电压表机械调零后，按图 6-6接入电路.3.接通电源，调节滑线变阻
9、器的滑块，使改装电压表的读数从零逐步增加到满度，然后再逐渐减少到零，同时将改装表和标准表相应的读数 Ux 和 Us 填人数据表 6-2.4.以改装表的读数 Ux 和 Ux=UxUs，分别为横坐标和纵坐标，在坐标纸上作出改装电压表的校准曲线.(三)将表头改装为 10V 量程的交流电压表1.如上图所示，电源改为交流电源，在电源正负极个接上一个 2CP 型整流二极管。2.接通电源，调节滑线变阻器的滑块，使改装电压表的读数从零逐步增加到满度，然后再逐渐减少到零，同时将改装表和标准表相应的读数 Ux 和 Us 填人数据表 6-3.3.以改装表的读数 Ux 和 Ux=UxUs，分别为横坐标和纵坐标，在坐标
10、纸上作出改装电压表的校准曲线.（四）将表头改装为1k 倍率欧姆表1.根据给定的表头参数 Ig、 Rg 及电源电动势 E，由(6-4)式求出 R0的阻值.2.用电阻箱充当 R2(使其阻值保持不变 )，滑线变阻器充当 R1,按图 6-4 将 R2、 R1 与表头和电池串联，就构成了欧姆表.当 a、 b 两接线柱断路时，表头指针应为零，如不为零应机械调零.3.将图 6-3 中 a、 b 两接线柱短路，调节滑线变阻器 R1，使表头的指针转到满刻度.4.在保持 Rl 和 R2 阻值不变的情形下，用另一只电阻箱充当 Rx，取其阻值为欧姆表的中值电阻 Ri=Rg+R0 的 1/2、1、2、3、，同时记下指针
11、的偏转格数，据此绘制出欧姆表的标尺.【数据表格】表 6-1 电流表校准数据 Ig= A Rg= R s = 被校表读数 Ix (mA) 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00增加时标准表读数 Is1 (mA)减少时标准表读数 Is2 (mA)( Is1 + Is2)/2 （mA）(mA)sx表 6-2 直流电压表校准数据 Ig= A Rg= R H = Ux (V) 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00Us1 (V)Us2 (V)（V）(V)sxx表 6-3 交流电压表校准数据 Ig= A Rg= R H = Ux (V) 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00Us1 (V)Us2 (V)（V）(V)sxx表 6-4 欧姆表标度尺的标定 Ig= A Rg= E= V R0= Ri=Rg+R0= Rx 的取值（） Ri/2 Ri 2 Ri 3 Ri 4 Ri指针的偏转格数
