电表改装与校准

电表在电测量中有着广泛的应用，因此如何了解电表和使用电表就显得十分重要。电流计（表头）由于构造的原因，一般只能测量较小的电流和电压，如果要用它来测量较大的电流或电压，就必须进行改装，以扩大其量程。万用表的原理就是对微安表头进行多量程改装而来，在电路的测量和故障检测中得到了广泛的应用。

一、实验目的

1、掌握表头内阻的测量方法；

2、掌握将1mA表头改成较大量程的电流表和电压表以及欧姆表的方法；

3、学会校准电流表和电压表的方法。

二、实验预习问题

1、磁电式电流计测电流的基本原理。

2、电流计特性有哪两个重要参量？

3、测量表头内阻的半电流法和替代法的原理。

4、如果用替换法测量电流计内阻时，改变电阻箱阻值，电路中的电流不发生变化，这时测

量的电流计内阻值会非常不准。此时如何来提高测量电流计内阻的精度？

5、将电流计改装为大量程电流表的原理及公式。

6、将电流计改装为电压表的原理及公式。

7、将电流计改装为欧姆表的原理。

8、如何校正改装后的电表？

9、改装后电表的准确度等级及灵敏度的计算公式。

三、实验原理

常见的磁电式电流计主要永磁铁、线圈、游丝和指针组成。当电流通过线圈时，载流线圈在磁场中产生一个磁力矩M磁，使线圈转动，从而带动指针偏转。当磁力矩和游丝的扭转力矩相等时，指针稳定到一个固定的位置，此时线圈偏转角度的大小与通过的电流大小成正比，所以可由指针的偏转直接指示出电流值。

1、电流计（俗称表头）允许通过的最大电流称为电流计的量程，用I g表示，电流计的线圈有一定内阻，用R g表示，I g与R g是两个表示电流计特性的重要参数。

测量内阻R g常用方法有：

（1）半电流法（也称中值法）

测量原理图见图1。当被测电流计接在电路中时，使电流计满偏，再用十进位电阻箱与电流计并联作为分流电阻，改变电阻值即改变分流程度，当电流计指针指示到中间值，且标准表读数（总电流强度）仍保持不变，可通过多次调节电源电压和R W来实现，显然这时分流电阻值就等于电流计的内阻。

（2）替代法

测量原理图见图2。当被测电流计接在电路中时，用电阻箱替代它，且改变电阻值，当电路中的电压不变时，且电路中的电流（标准表读数）亦保持不变，则电阻箱的电阻值即为被测电流

计内阻。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。

图1 半电流法原理图 图2替代法原理图

2、改装为大量程电流表

根据电阻并联规律可知，如果在表头两端并联上一个阻值适当的电阻R 2，如图3所示，可使表头不能承受的那部分电流从R 2上分流通过。这种由表头和并联电阻R 2组成的整体（图中虚线框内的部分）就是改装后的电流表。如需将量程扩大n 倍，则不难得出

(1) 图3为扩流后的电流表原理图。用电流表测量电流时，电流表应串联在被测电路中，所以要求电流表应有较小的内阻。另外，在表头上并联阻值不同的分流电阻，便可制成多量程的电流表。

图3 电流表的改装原理图 图4电压表的改装原理图

3、改装为电压表

一般表头能承受的电压很小，不能用来测量较大的电压。为了测量较大的电压，可以给表头串联一个阻值适当的电阻R M ，如图4所示，使表头上不能承受的那部分电压落在电阻R M 上。这种由表头和串联电阻R M 组成的整体就是电压表，串联的电阻R M 叫做扩程电阻。选取不同大小的R M ，就可以得到不同量程的电压表。由图4可求得扩程电阻值为：

(1)M g g g

U R R n R I =-=-

(2) 实际的扩展量程后的电压表原理见图4。用电压表测电压时，电压表总是并联在被测电路上，为了不因并联电压表而改变电路中的工作状态，要求电压表应有较高的内阻。

4、改装毫安表为欧姆表

用来测量电阻大小的电表称为欧姆表。根据调零方式的不同，可分为串联分压式和并联分流21g R R n =-

式两种。其原理电路如图5所示。图中E 为电源，R 3为限流电阻，R W 为调“零”电位器，R x 为被测电阻，R g 为等效表头内阻。图5b 中，R G 与R W 一起组成分流电阻。

a 串联分压式

b 并联分流式

图5 欧姆表原理图

欧姆表使用前先要调“零”点，即a 、b 两点短路，（相当于R X =0），调节R W 的阻值，使表头指针正好偏转到满量程。可见，欧姆表的零点是就在表头标度尺的满刻度处，与电流表和电压表的零点正好相反。

在图5a 中，当a 、b 端接入被测电阻Rx 后，电路中的电流为

(3)

对于给定的表头和电路来说，R g 、R W 和R 3都是常量。由此可见，当电源端电压E 保持不变时，被测电阻和电流值有一一对应的关系。即接入不同的电阻，表头就会有不同的偏转读数，R x 越大，电流I 越小。短路a 、b 两端，即R x =0时

(4) 指针满偏

当R x =R g +R W +R 3时，

32

g g W X I E I R R R R ==+++ (5)

这时指针在表头的中间位置，对应的阻值为中值电阻，显然R 中= R g +R W +R 3。当R x =∞（相当于a 、b 开路）时，I=0，即指针在表头的机械零位。所以欧姆表的标度尺为反向刻度，且刻度是不均匀的，电阻R 越大，刻度间隔愈密。如果表头的标度尺预先按已知电阻值刻度，就可以用电流表来直接测量电阻了。并联分流式欧姆表利用对表头分流来进行调零的，具体参数可自行设计。 欧姆表在使用过程中电池的端电压会有所改变，而表头的内阻R g 及限流电阻R 3为常量，

故3g W X E

I R R R R =+++3g g W E I I R R R =

=++

要求R W 要跟着E 的变化而改变，以满足调“零”的要求，设计时用可调电源模拟电池电压的变化，范围取1.3~1.6V 即可。

5. 改装后电表的校验

（1）改装后电表的准确度等级，应该用校验的方法确定

电表的准确度等级一共分为7级，即0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0级。比如一0.5级100mA 的电流表，该电表在测量时其测量误差在0.5%以内，该量程测量时的最大可能误差为100mA×0.5%=0.5mA 。

校验电表，可用比较法。选取一块比被校表的准确度等级高1～2级的电表作为标准表，将两者皆联入电路中，在表的整个刻度范围内，逐点比较被校表与标准表的差值，并做出校正曲线。如图6所示，横作标I 是被校表的读数，纵坐标I ∆是被校表读数I 与标准表读数I '之差，即I I I '-=∆。从校正曲线上，可以查出电表读数的校正量。例如，某次测量中，电表读数值为0.201=I mA ，从曲线上查得校正量，1.01-=∆I mA ，则实测电流为

1I '=1.20)1.0(0.2011=--=∆-I I mA

（2）确定改装电压表的准确度等级

按电表级别的定义式可得出改装表的等级

100⨯''∆='m

V V K (6) 式中 m V ----改装表的量程。

改装表的最大可能误差

△I (m A ) I (mA)

图6 某毫安表的校正曲线

2m ax 2V V V ∆+'∆=''∆ (7)

式中 s s K V V ='∆﹪

s V ----标准表的量程；

s K ----标准表的准确度等级；

m a x V ∆----最大校验误差，取校验曲线中V ∆的最大值。

算出K '值之后，如果K '值在国家标准规定的两个K 值之间，被校表的K 值应该定为其较大的一个。例如K 为1.6，处在1.5与2.5之间，被校表的K 值应定为2.5。

（3）改装电压表的灵敏度V S

m V V a S = (格/V ) (8)

式中a ——表盘刻度总数。

四、实验仪器

1、DH4508型电表改装与校准实验仪1台；

2、ZX21电阻箱（可选用）1台。

五、实验内容

仪器在进行实验前应对毫安表进行机械调零。

1、用中值法或替代法测出表头的内阻，按图1或图2接线。R g = Ω（要求测量精确到小数点后一位）。

2、将一个量程为1mA 的表头改装成5mA 量程的电流表

（1）根据式（1）计算出分流电阻值，先将电源电压调到最小，R W 调到中间位置，再按图3接线。

（2）校正时要求改装表和标准表零点对齐，并同时达到5mA （同时调到满量程的方法见附录2）。校正时要求等间距地比较十一个点（包括零点和满量程）。用坐标纸画出校验曲线，并计算出表头改装后的等级和灵敏度。

3、将一个量程为1mA 的表头改装成1.5V 量程的电压表

（1）根据式（2）计算扩程电阻R M 的阻值，再按图3接线。

（2）校正时要求改装表和标准表零点对齐，并同时达到满量程（调节方法和改装为电流表的调节方法类似）。校正时要求等间距地比较十一个点（包括零点和满量程）。用坐标纸画出校验曲线，并计算出表头改装后的等级和灵敏度。

4、改装欧姆表及标定表面刻度

（1）按图5（a ）进行连线。ab 端短接，电源电压E=1.5V ，调R w 使电流表满偏（即为欧姆

（2）ab端接入R xi，读出相应的偏转格数d i。利用所得读数R xi、d i绘制出改装欧姆表的标度盘。如表1所示：

表 1 E= 1.5 V ，R中= Ω

何异同（可选做）。

六、实验注意事项

1、连线时请注意电表的正负极。

2、进行每个实验内容之前，请将电源电压归零，以免烧坏电流表。

3、调节电源电压或可调电阻时，请缓慢旋转电位器以免损坏。

七、思考题

1.是否还有别的办法来测定电流计内阻？能否用欧姆定律来进行测定？能否用电桥来进行测定而又保证通过电流计的电流不超过I g?

附录：

1. 实验仪电阻箱的内部电路

实验仪电阻箱内部有5个可调电阻，在电阻箱的外面，有5个旋钮与其对应，分别为⨯0.1，⨯1，⨯10，⨯100，和⨯1000。另外，在电阻箱的表面，有三个接线接线端。电阻箱的内部电路如下图所示。

R2（0-1111.0Ω）R1（0-10000Ω）

图7 DH4508型实验仪电阻箱的内部电路

(2) 改装表和标准表同时调到满量程的方法

以改装为5mA的电流表为例，同时调满量程的方法为（1）调R W或电源电压，首先把改装表调到满量程。（2）看标准表读数是否达到5mA。在图3的实验电路中我们可以看到毫安表（标准表）的电流为电路中的总电流。如果没有达到5mA，说明电路中电阻值偏大，需要调小改装电阻（R2）的电阻；如果超过5mA了，说明改装电阻偏小，需要调大改装电阻。通过每次把改装表调到满量程，然后看标准表的读数，我们就知道应该调大还是调小改装电阻。（3）重复几次我们就可以把两个表同时调到读数为5mA了。

改装电压表的调节方法与以上方法类似。当然改装表和标准表调到同时达到改装量程的方法不止一种，同学们可以自行研究探索不同的方法。