电表实验报告

佛山科学技术学院实验报告课程名称实验项目专业班级姓名学号指导教师成绩日期年月日【实验任务】采用闭路抽头转换电路，设计一个（1mA、10mA、5V、10V）U/I两用电表。写出改装电表的设计思想，画出多量程的电路设计图（例如：图25-2所示），分析I1、I2、U1、U2各是什么量程，以及相关的理论根据和数据计算要预先做出来。电表扩程后，其校准数据及校准曲线应能客观反映其准确程度。【实验仪器】100μA（或50μA）表头，直流稳压电源，滑线变阻器（或电位器），电阻箱，0.5级0～7.5V～15V伏特表（或数字电压表），0.5级0～1mA～15mA毫安表（或数字电流表），四档转换开关，单刀双掷开关，导线等。磁电式表头的内部构造如图25-1所示。永久磁铁的两个磁极上连着圆筒形的极掌(N、S磁极)，极掌之间有圆柱形铁芯，使极掌与铁芯间的空隙具有强磁场，且使磁场以圆柱的轴为中心作辐射状分布。在铁芯和极掌间空隙处放有长方形线圈，它可以绕铁芯的轴旋转。线圈转轴上附有一根指针。当电流通过线圈时，线圈受电磁力矩而偏转，直到与游丝的反扭力矩平衡，则线圈的转角稳定。转角的大小与所通过的电流大小成正比，电流方向不同，偏转方向也不同，这是磁电式电表表头的基本特征。表头的主要规格有：(1)满度电流：指针偏转指到满刻度时，线圈所通过的电流值，也称电流灵敏度。以Ig表示，一般表头满度电流为微安级。(2)内阻：主要是长方形线圈的电阻，以Rg表示，表头内阻由几十欧姆到数千欧姆，表头满度电流Ig越小，内阻Rg越大。【实验设计原理（要求及提示）】1．改装多量程的电流表原理要求：画出多量程电流表的设计电路图，设表头并联R1、R2分流电阻后，改装的电流量程为I1、I2，分析哪个量程大？哪个量程小？并出方程、推导出各分流电阻的计算公式。图25-2U/I两用多量程电表U2IgI2I1U1RH1RH2GRgRS2RS1（公共端）标度盘指针零点调整螺钉游丝长方形线圈铁芯极掌（a）（b）永久磁铁图25-3多量程电流表IgI2I1GRg(公共端)RSR2R1原理提示：将表头作（单量程）电流扩大的方法是在表头两端并联一个分流电阻。使超量程部分的电流从分流电阻上流过，而表头仍保持原来允许流过的最大电流Ig。并联不同的分流电阻，可以得到不同量程的电流表。2．改装多量程的电压表原理要求：画出多量程电压表的设计电路图，设等效电流计I'g串联RH1、RH2分压电阻后，改装的电压量程为U1、U2，分析哪个量程大？哪个量程小？并列出方程、推导出各分压电阻的计算公式。原理提示：微安表头本身能测量的电压Ug=IgRg是很低的。为了能测量较高的电压，可在表头上串联一个分压电阻，这时表头不能承受的那部分电压将降落在分压电阻上，而表头上仍为原来的量值Ug。串联不同的分压电阻，可以得到不同量程的电压表。本实验是在已改装好的多量程直流电流表基础上，改装多量程直流电压表。把已改装好的多量程直流电流表等效为一个（如图25-4中虚线框所构成的I'g、R'g）电流计，然后串联不同的分压电阻扩程多量程的电压表。在图25-4虚线框内，等效电流计的量程I'g=I2、内电阻2121RRRRRRRggg。电流计的gI1称为每伏欧姆数（Ω/V），它表示在1V电压作用下，使电流计指针作满标度偏转时，电压表必须有的内阻值（每伏欧姆数）等于电流计的电流灵敏度I'g的倒数，gI1也称为电流计的直流电压灵敏度。它表明电压表的内阻与相应量程之比是一个常数。知道电流计的每伏欧姆数，就可以方便地计算出电压表扩程所要串联的分压电阻的阻值，也可以方便地计算多量程电压表各量程的内阻（内阻=每伏欧姆数×量程）。电流计灵敏度越高（即I'g越小），每伏欧姆数就越大，电压表扩程所需串接的分压电阻就越大，扩程后的电压表内阻也就越大，测量时对电路的影响就越小。3．电表的校准电表扩程后要经过校准方可使用。方法是将改装表与一个标准表进行比较，当两表通过相同的电流（或电压）时，若待校准表的读数为Ix，标准表的读数为I标，则该刻度的修正值为ΔIx＝I标－Ix。将该量程中的各主刻度都校准一遍，可得到一组Ix、ΔIx（或Ux、ΔUx）值，将相邻两点用直线连接，整个图形呈折线状，即得到Ix－ΔIx（或Ux－ΔUx）曲线，称为校准曲线，如图25-5所示，以后使用这个电表时，就可以根据校准曲线对各读数值进行修正，从而获得较高的准确度。根据电表改装的量程和测量值的最大绝对误差，可以计算改装表的最大引入误差，即%%100a量程最大绝对误差最大引入误差其中α=0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0是国家按仪表准确度分类的七个等级，所以根据仪表最大引入误差的大小就可以定出仪表的等级。例如：校准某电压表，其量程为0—15伏，若该表在12伏处的误差最大，其值为-0.12伏，试图25-5校准曲线示意图ΔI（mA）|ΔIx|maxIx（mA）图25-4多量程电压表U2RgI'gR2U1RH1RH2GIgR'gR1(公共端)确定该仪表属于哪一级？%0.1%8.0%1001512.0%100量程最大绝对误差最大引入误差因为0.50.81.0，故该仪表的等级属于1.0级。【实验设计与步骤】一、100uA表灵敏度和内阻的测定测量前，先把与表头串联的可变电阻器（如果有的话）旋到电阻值为零处（逆时针旋尽）。1、100uA表和标准表参数记录(1)100uA表头参数表头准确度等级a：；量程：标称值IguA，实测值IguA（2）标准表参数电表准确度等级：级，量程：（3）电阻箱型号：2、用替代法测量电表内阻（如图1所示）测量原理：当K在1时标准表上的电流值与K在2时标准表上的电流值一样时，说明被测表头内阻Rg=Rn（电阻箱），测量时要注意Rn初始值设置为最大。通电前，先把电源分压电路的可变电阻R的动触头C置于输出电压为零处！！3、测量数据记录和处理标准表标尺整数格读数I80100被测表头内阻Rg（Ω）被测表头内阻平均值（Ω）二、1mA、10mA两档直流电流表设计就图2设计电路，计算分压电阻值，搭接电路。RgIgIIgRP11=（1）1221PPRIIR=（2）(注意：上面计算的Ig、Rg应是实测值)R1=,R2=。三、改装的1mA、10mA两量程电流表的校准检测1、标准电流表参数量程：mA；准确度等级：。2、校准设计量程值并记录有关测量数据I1(1mA)图2两量程电流表设计电路R2R1RP2RP1Ig，Rg+-I2(10mA)-I1I2R2R1RP2RP1Ig，Rg+-标准表REIG，RG+-标准表RE++ABCBAC12标准表被测表RnRE图1表头参数Ig、Rg测量K++ABC（1）先置电源分压电路的可变电阻R的动触头于输出电压为零处（如图3）；（2）如图3，连接线路；（3）先校准10mA量程。缓慢旋转R，增大分压值，使改装表满偏，读出标准电流表的数值，如果不等于设计值（10mA），则应调节分流电阻（调R1还是R2？调大还是调小？）得到分流电阻的校准值RP2校准，并作记录。（4）再校准1mA量程。根据设计计算式（2），应有校准校准1212PPRIIR，把RP2校准代入计算得到RP1校准，再由211PPRRR，把RP2校准和RP1校准代入计算得到校准1R。（5）重复（3）（4）几次，直到两量程值校准为止，得到R1、R2的准确校准值。记录于下表3、数据记录表格（1）电流量程校准表一设计电流表量程校准分流电阻R1（Ω）R2（Ω）理论计算值校准后的校准值（2）电流量程内读数校核表二校正改装电流表量程内读数的测量数据1mA量程改装表标尺读数IX(mA)0.200.400.600.801.00标准电流表相应读数IS(mA)ΔIX=IS-Ix(mA)准确度等级四、5V、10V两量程直流电压表设计把设计好的两量程电流表等效为一个新的表头,然后设计加上分压电阻构成设计要求的多量程的V/I两用表。（如右图4所示）1、计算等效表头的参数IG、RG：校准校准校准校准（21211)(,)1RRRRRRRmAIIggGG2、计算分压电阻阻值，搭接电路。GGHRIVR22，GHIVVR212五、改装的5V、10V两量程直流电压表的校准检测1、标准电压表参数量程：mA；准确度等级：。2、校准设计量程值并记录有关测量数据（1）先置电源分压电路的滑动电阻R的动触头与输出电压为零处（如图5）；（2）如图5，连接线路；级?100%1max1IIaI1IgRgR2R1I2+--RG+-V2V1RH2RH1IG图4图3两量程电流表校准（3）先校准5V量程。缓慢旋转R，增大分压值，使改装表满偏，读标准电压表的数值，如果不等于设计值（5V），则应调节分压电阻（调RH1还是RH2？，调大还是调小？）得到分压电阻的校准值RH校准，并作记录。3、数据记录表格（1）电压量程校准表三设计电压表量程校准（2）电压量程内读数校核表四校正改装电压表量程内读数的测量数据5V量程改装表标尺读数UX(V)1.002.003.004.005.00标准电压表相应读数US(V)ΔUX=US-Ux(V)准确度等级%?%100%max量程UUaX六、绘制1mA和5V量程内的校正曲线分压电阻RH1（Ω）RH2（Ω）理论计算值校准后的校准值实验报告内容：一.实验目的二.实验仪器（仪器名称、型号、参数、编号）三.实验原理（原理文字叙述和公式、原理图）四.实验步骤五、实验数据和数据处理六.实验结果七.分析讨论（实验结果的误差来源和减小误差的方法、实验现象的分析、问题的讨论等）八.思考题+REKRH1ABC改装电压表++IG、RGV标准电压表图5校准5V电压表的电路图RH2V2V1-