实验七 电表的改装与校准目的1、了解电表改装的基本原理和方法并学会校准电表的刻度；2、了解电表内阻对测量的影响,掌握电表级别的定义；3、掌握毫安计、伏特计和欧姆计的改装、校准和使用；仪器和器材TDKG-2型电表改装与校准实验仪主要仪器介绍1、TDKG-2实验仪 我们这里主要介绍该实验仪各旋钮的作用，以及使用方法。它的面板如图7-1所示。图7-1 TKDG-2型电表改装与校准实验面板图数字标准电压表 被改装电流计 可调直流稳压电源（0-2V）输出电压调节旋钮 可调电阻箱（0999.9/w）可调电阻及旋钮 固定电阻 数字校准电流表实验原理电表在电测量中得到广泛的应用，因此如何了解电表和使用电表就显得十分重要。磁电式电流计的表头的满度电流很小，一般只适用于测量毫安级以下的电流，用来测量电压，也只能在零点几伏以下。电流计允许通过的最大电流称为电流计的量程，用Ig表示，电流计的线圈有一定内阻，用Rg表示，Ig与Rg是两个表示电流计特性的重要参数。若要测量较大的电流、电压、就需要扩大量程和改装电表做到多量程、多用途以适应需要。1、电压表的改装电流计改装成大量程的电压表，只要在表头上串联一分压电阻即可，如图7-2所示。G图7-2 电压表改装图设扩展的电压量程为U，则Ru的阻值应为： （7-1）式中U/Ig表示扩程后的电压表的内阻。1/Ig则表示每伏电压量程应具有的内阻，称为“每伏欧姆数”，单位“/V）”，常标在电压表的表盘上。这是电压表的一个重要参数，知道这个参数，就可以计算各量程的内阻。易知，Ig越小，扩程后的电压表每伏欧姆数就越大，用来测电压时，对待测电阻的分流影响就越小。制作多量程的电压表,可串接不同的降压电阻,联接的方式有两种，如图7-3(a)(b)所示。扩程后的电压表需要用标准表进行校准。所谓标准表是比扩程表准确度高的电表。校准是利用上述两种表同时测量同一电压时的指示值进行比较(称“对比”),然后求出标准表的指示值U0和扩程表的指示值的每一组差值,并以为横座标, 为纵座标,作出-校正曲线。该曲线是各点逐次连接的折线,以后在使用扩程表时,可用校正曲线修正它的读数,得到较为准确的结果。图7-3 多量程电压表的改装线路图2、电流表的改装电流计改装成大量程的电直流电流表，只要在表头上并联一分流电阻即可，如图7-4所示。图7-4 电流表改装图设扩展的电流表量程为I，则分流电阻的阻值为： (7-2)制作多量程的电流表，可并联不同的Ri值。并联的方式原理上有两种，一种是开路转换，如图7-5(a)所示。此种转换虽然压降小，但其带电转换或转换开关K接触不良时，易烧表头，一般不采用。另一种是闭路转换，如图7-5(b)所示。图7-5 多量程电流表改装电路图改装电流表的校准，亦采用与标准电流表“对比”方法，校正曲线作法亦同于电压表校准。3、组装欧姆表串联型欧姆表的电路原理如图7-6所示。若电压表量程E，忽 图7-6 欧姆表原理图略电源的内阻r，电压表的示值为： （7-3）式中E、Rg为常数，U和RX为一一对应关系。将电压表的刻度值标定成相应的电阻的RX值，电压表就成了欧姆表。由（7-3）式可知，U和RX为非线性关系，这说明欧姆表的刻度是非均匀的。当RX=0时，U=E，则0标在刻度尺的右端满度点；RX=时，U=0，标在刻度尺在左端；RX =Rg时，U=E/2，表针正好指在刻度尺的中点，我们把电压表的内阻Rg称为欧姆表的“中值电阻”，这是欧姆表的一个重要参数。从原理上讲，上述欧姆表制成后，就可以测量从0到之间的任何阻值，但还必须考虑如下两点：（1）在欧姆中心附近的RX值，读取的有效数字位数较多，测量相对准确，而远离欧姆中心的RX值读取的有效数字位数少，从而测量不够准确。为扩展欧姆表的有效测量范围，可将欧姆表做成如图（7-7）所示的多挡形式。各挡的欧姆中心值分别为最低挡欧姆中心值Rg1的X1、X10、X100、X1000等倍数。(7-3)式可以看出。当Rg和Rx同时扩大10”倍时，由于分压比不变，表针指的位置也不变。于是得到欧姆表的读表规则为：图7-7 多量程欧姆表电路图被测电阻值=表盘读数所用挡的扩展倍数10n(n0，1，2，3，4)测量电阻时，按15RX5Rg 选择档位(2)欧姆表应设调零装置上述谈及欧姆表原理时，视电池电动势正为常数。其实这是不可能的。在使用过程中，E会逐渐降低，更何况节新电池的电动势也不一定是准确的1.5V，所以当RX =0时，表针并不指在0刻度，从而造成测量误差。为减小这种误差，欧姆表设立了调零装置。即图（7-6）中的电阻R改用固定电阻和一可调电阻串联代替。当选好挡位测电阻时，应先将两测量表笔短接(即RX0)，调节调零电位器使表针指欧姆零点，而后再接上RX进行测量。 由于调零时的变化以及电池内阻的忽略等原因，会或多或少地改变了欧姆中心值，故使得这种欧姆表难做得十分精确。不过在要求测量精度不高的场合，却方便实用，仍不失为实验室常用的仪表之一。 殴姆表的校准可用电阻箱作为标准电阻。先将两测量端a和b，短接(RX=0)，调节只使表头满偏。然后将电阻箱接人a、b两端，比较电阻箱和改装殴姆表的殴姆中心及其他刻度值，画出R标R测校准曲线。上所述的串联式欧姆表，其输出电流较大，对于不能耐受较大电流的器件(如表头、检流计等)是不能直接测量的(有可能被烧毁)。还有一种电路为并联式欧姆表，其输出电流很小。实验内容与步骤1、实验内容：电流计量程Ig 与内阻Rg的测量（替代法） 步骤：按图7-8接好线路图，将可调电源旋钮逆时针旋转到，打开电源仪器电源开关，闭合开关K到电流计，缓慢升高电压，正到电流计满偏，读出此时数字电流计中的电流值即为I，并记录。图7-8 电流计量程与内阻测量电路 将开关K拨到可调电阻箱RX，改变电阻大小，使中通过的电流与步时一样，读出此时电阻箱上的阻值即为的内阻，并记录该值。2、实验内容：改装量程为1V的电压表步骤：根据公式（7-1），由上步测量出的电流计量程Ig和内阻Rg，算出量程为1V的电压表所串联的电阻值Ru是多少。根据Ru 的大小，按图7-2接好线路图进行改装。根据图7-9进行改装电压表的校准。 图7-9 改装电表校准图在改装表中分别取U=0、0.2、0.4、0.6、0.8、1V，并从校准表中读出相应的值填入下表。改装表测量电压（V）00.20.40.60.81校准表测量电压（V） 根据此表绘出电压校准曲线图 并根据上表定出改装电压表的等级.3、实验内容：改装量程为10mA的电流表步骤根据公式（7-1），由第一步测量出的电流计量程Ig和内阻Rg，算出量程为10mA的电流表所并联的电阻值Ri是多少。根据Ri 的大小，按图7-4接好线路图进行改装。 根据图7-10进行改装电流表的校准。图7-10 改装电流表校准电路图在改装表中分别取I=0、2、4、6、8、10mA，并从校准表中读出相应的值填入下表。改装表测量电流（mA）02468010校准表测量电流（mA） 根据此表绘出电流校准曲线图 并根据上表定出改装电流表的等级. 4、实验内容 串联式欧姆计的改装步骤:按图7-11的线路将电流计改装成串联式欧姆计,并检查无误。（其中E=1.0V，R1=750，RW=750可调电位器）图7-11 串联式欧姆计改装原理图 调零：把RX两端短路，通过调节RW使电流计满偏。 用电阻箱替代RX接入电路，改变电阻箱电阻使电流计偏转一半，求出此时欧姆表的中值电阻。并记录。实验注意事项 1、注意接入改装表电信号的极性与量程大小，以免指针反偏或过量程时出现“打针”现象。2、实验仪提供的标准电流表和标准电压表仅作校准时的标准表。思考题 1、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，试问要过到标准表的数值，改装表的分流电阻应调大还是调小？2、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？3、试说明用欧姆表测电阻，如果表头的指针正好指在满刻度的一半处，则从标尺读出的电阻值就是该欧姆表的内阻值？注:电表等级的计算见本讲义第二章电磁学常用仪器介绍