电表的改装和校准

         10物本二班  学号：2010405351   龙仲鸿

一、实验目的

1. 掌握一种测定电流表表头内阻的方法。

    2. 学会将微安表表头改装成电流表和电压表。

    3. 了解欧姆表的测量原理和刻度方法。

二、实验仪器

磁电式微安表头、标准电流表、标准电压表、滑线变阻器、电阻箱、电池、开关（单刀单掷和双掷）和导线等。

三、实验原理

    1. 将微安表改装成毫安表

用于改装的μA表，习惯上称为“表头”。使表针偏转到满刻度所需要的电流Ig称表头的（电流）量程，Ig越小，表头的灵敏度就越高。表头内线圈的电阻Rg称为表头的内阻。表头的内阻Rg一般很小，欲用该表头测量超过其量程的电流，就必须扩大它的量程。扩大量程的方法是在表头上并联一个分流电阻Rs（如图13-1所示）。使超量程部分的电流从分流电阻Rs上流过，而表头仍保持原来允许流过的最大电流Ig。图中虚线框内由表头和Rs组成的整体就是改装后的电流表。

设表头改装后的量程为I，根据欧姆定律得： 

                        （13-1）

                            （13-2）

若：　       则：　                          （13-3）

当表头的参量Ig和Rg确定后，根据所要扩大量程的倍数n，就可以计算出需要并联的分流电阻Rs，实现电流表的扩程。如欲将微安表的量程扩大n倍，只需在表头上并联一个电阻值为的分流电阻Rs即可。

2. 将微安表改装成伏特表

微安表的电压量程为IgRg，虽然可以直接用来测量电压，但是电压量程IgRg很小，不能满足实际需要。为了能测量较高的电压，就必须扩大它的电压量程。扩大电压量程的方法是在表头上串联一个分压电阻（如图13-2所示）。使超出量程部分的电压加在分压电阻上，表头上的电压仍不超过原来的电压量程IgRg。

设表头的量程为Ig，内阻为Rg，欲改成的电压表的量程为V，由欧姆定律得：

                     （13-4）

可得：                                             （13-5）

可见，要将量程为Ig的表头改装成量程为V的电压表，须在表头上串联一个阻值为的附加电阻。同一表头，串联不同的分压电阻就可得到不同量程的电压表。

３. 将微安表改装成欧姆表

将微安表与可变电阻R0（阻值大）、Rm（阻值小），以及电池、开关等组成如图13-3所示电路，就将微安表组装成了一只欧姆表。图中Ig 、Rg是微安表的量程和内阻，E、r为电池的电动势和内阻。a和b是欧姆表两表笔的接线柱。

设a、b间由表笔接入待测电阻Rx后，通过Rx的电流为Ix，流经微安表头的电流为I，根据欧姆定律有

由                             （13-6）

和                                  （13-7）

解得         （13-8）

    可以看出，当Rm，R0，Rg和E一定时，I～Rx之间有一一对应关系。因此，只要在微安表电流刻度上侧标上相应的电阻刻度，就可以用来测量电阻了。根据这种关系绘制的欧姆表刻度如图13-4所示。由13-8式可以看出，欧姆表有如下特点：

    1．当Rx=0（相当于外电路短路）时,适当调节R0（零欧调节电阻)可使微安表指针偏转到满刻度，此时

当Rx=∞（相当于外电路断路)时，I=0，微安表不偏转。

可见,在欧姆表刻度尺上，指针偏转最大时示值为0；指针偏转减小，示值反而变大；当指针偏转为0时，对应示值为∞。欧姆表刻度值的大小顺序跟一般电表正好相反。

2．当时， 

即当待测电阻等于欧姆表内阻时，微安表半偏转，指针正对着刻度尺。此时欧姆表的示值习惯上称为中值电阻，亦即R中=Rm。

当      时， 

时， 

， 

时，欧姆表的刻度是不均匀的，指针偏转越小处刻度越密。上述分析还说明为什么欧姆表测量前必须先将ab两端短路、调节R0使指针偏到满刻度（对准0Ω）。

另外，由于欧姆表半偏转时测量误差最小。因此，尽管欧姆表表盘刻度范围从0Ω到∞Ω，但通常只取中间一段(l/5R中～5R中)作为有效测量范围。若待测电阻阻值超出这个范围，可将Rm扩大10倍、100倍…，从而使R中也扩大同样倍数。如图13-4所示，只要在欧姆表面板上相应标上Rx×10、Rx×100、…等字样，就可以方便地测量出各档电阻的阻值。测量时选用Rx×10档？还是Rx×100档？…，应由Rx的估计值决定，原则上应尽量使欧姆表指针接近半偏转（Rx接近R中）为好。

上述欧姆表在理论上能够测量电阻，但实用上有问题。因为电池用久了电压会降低，若a，b间短路，将R0调小才能使电表满量程，这样中值电阻发生了变化，读数就不准确。因此实用的欧姆表中加进了分流式调零电路，这里不再细述。

四、实验内容

１. 测量表头内阻：

本实验用替代法测量表头内阻，电路图如图13-5所示。测量时先合上K1，再将开关K2扳向“1”端，调节和,使标准电流表mA示值对准某一整数值（如80μA），然后保持（的C端）和不变，将K2扳向“2”端（以代替）。这时只调节，使标准电流表mA示值仍为I0（如80μA）。这时，表头内阻正好就等于电阻箱的读数。实验中要求按表格13-1测量五次。

表13-1  测量表头内阻数据表

参考改装电流表的步骤，先求出分压电阻RH（计算值），按图13-8接好线路，将表头组装成量程为的1v,10v,50v,100v,250v,500v,750v电压表；分别测出分压电阻RH的实验值，并保持其不变，调节R1、R2，使改装表为1v,10v,50v,100v,250v,500v,750v；同时记下改装表（Ux）和标准表（US）相应的电压读数，将数据填入表13-3中。同样画出折线状的电压表校正曲线ΔUx～Ux。

表13-3  电压表校正数据表格