2、掌握將100uA表改為更大量程電流表、電壓表的方法。
3、用電阻校準歐姆表,繪制校準曲線,使用組裝好的歐姆表根據校準曲線測量未知電阻。
4. 了解如何校準電流表和電壓表。
2. 實驗原理 (1) 檢流計原理
常見的磁電檢流計主要由置于永磁場中的細漆包線繞制的可旋轉線圈、用于產生機械反扭矩的游絲、指示指針和永磁體組成。 當電流通過線圈時,載流線圈在磁場中產生磁矩,使線圈旋轉并使指針偏轉。 線圈的偏轉角度與流過線圈的電流成正比,因此可以通過指針的偏轉角度直接指示電流值。
(2) 測量范圍I_g、內阻R_g
電流表允許通過的最大電流稱為電流表的量程,用I_g表示。 電流表的線圈具有一定的內阻,用R_g表示。 I_g和R_g是代表電流表特性的兩個重要參數。
測量內阻R_g的常用方法有:
(1) 半流法又稱中值法
將待測電流表接入電路中,使電流表充分偏置,然后用十進位電阻箱與電流表并聯作為分流電阻,改變阻值,從而改變分流程度。 當電流表指針指示中間值時,總電流強度保持不變,顯然分流電阻值等于檢流計的內阻。
左圖是半值法測量儀表靈敏度和內阻的示意圖,右圖是替代法測量儀表靈敏度和內阻的示意圖。
(2) 代入法
將被測電流表接入電路后,更換為十進制電阻盒,改變電阻值。 當電路中的電壓保持不變,電路中的電流也保持不變時電流表的工作原理,則電阻盒的電阻值 即為被測電流表的內阻。 替代法是一種應用廣泛的測量方法,測量精度較高。
(3)改造成大量程電流表
根據電阻并聯定律,如果在電表兩端并聯一個合適阻值的電阻,就可以將電表無法承受的電流從電阻(R_2)中分流出來。 由表頭和并聯電阻R組成的整體就是改進型電流表。 如果需要將測量范圍擴大n倍,則不難得到: R_2=frac{R_g}{n-1}
電流表擴流后原理圖如下:
(4)改造成電壓表
一般來說,儀表能承受的電壓很小,不能用來測量更大的電壓。 為了測量較大的電壓,可在表頭串聯一個阻值適當的電阻R_M,使表頭不能承受的部分電壓落在電阻R_M上。 表頭與串聯電阻R_M組成的整體就是電壓表,串聯電阻R_M稱為量程擴展電阻。 通過選擇不同尺寸的R_M,可以得到不同量程的電壓表。 由下圖可得范圍擴展電阻值:R_M=frac{E}{I_g}-R_g
(5) 改裝為歐姆表
用于測量電阻的儀表稱為歐姆表。 根據調零方式的不同,可分為串聯分壓式和并聯分壓式兩種。 原理電路如下圖所示。
圖中,E為電源,R_3為限流電阻,R_W為“調零”電位器,R_x為被測電阻,R_0為等效表內阻。 圖中,R_0和R_W共同構成分流電阻。
在使用歐姆表之前,必須先調整“零”點,即a、b兩點短路(相當于R_x=0)。 調節R_W的阻值,使表針偏向滿刻度。 可以看出,歐姆表的零點位于電表刻度的滿刻度處,與電流表、電壓表的零點正好相反。
圖中,當a、b端接被測電阻R_x時,電路中的電流為:
I=frac{E}{R_x+R_g+R_w+R_3}
對于給定的標頭和行,R_g、R_W 和 R_3 都是常量。 可以看出,當電源端電壓E不變時,測得的電阻與電流值之間存在一一對應的關系。 也就是說,如果連接不同的電阻,表頭就會有不同的偏轉讀數。 R_x越大,電流I越小。 當a、b兩端短路時,即R_x=0時,指針完全偏置。
I=frac{E}{R_g+R_w+R_3}=I_g
當R_x=R_g+R_w+R_3時,
I=frac{E}{R_x+R_g+R_w+R_3}=frac{1}{2}I_g。
此時指針位于表頭中間,對應的電阻值為中位電阻。 明顯地:
R中=Rg+Rw+R_3
當R_x=infty(相當于a、b開路)時,I=0,即指針位于表頭機械零位。
因此,歐姆表的刻度存在反向刻度,且刻度不均勻。 電阻R越大,刻度間隔越近。 如果表頭上的刻度是根據已知的電阻值預先標定的,則可以用電流表直接測量電阻。
三、實驗設備及注意事項 (一)實驗設備
電壓源(2V)、標準電流表(量程分為200μA、2mA、20mA;精度0.1%)、標準電壓表(量程20V;精度0.1%)、改裝電表(量程100μA、內阻) 1.6KΩ,精度等級1.5),電阻箱(0~Ω,分辨率0.1Ω)。
(2) 注意事項
1、連接時應注意避免工作電源短路(或接近短路),以免儀器元件及其他部件造成不必要的損失。
2、實驗時應注意電壓源的輸出范圍是否選擇正確。 一般選擇0~2V范圍。 標準電流表量程可選擇20mA。
3、儀器采用開放式設計。 連接插頭時請注意:改裝后的電表只允許通過100uA的小電流電流表的工作原理,過載時會損壞電表! 連接改裝后的儀表前,請仔細檢查線路和電路參數。 投入使用。
4、儀器采用專用連接線,可靠性和性能高。 但使用時一定要注意不要用力過猛,插入時要對準插孔,以免插頭塑料護套變形。 插入或拔出電源線時,請務必用手握住插頭的塑料護套。
5、注意:R_W為限流電阻,盡量不要將阻值調到最小值。