将微安表改装成多量程电流表

将微安表改装成多量程电流表 实验10 《将微安表改装成多量程电流表并进行初校》 实验提要 实验课及任务 《将表头改装成多量程电流表》实验课题任务是:利用所给的仪器，结合所学的知识，把表头改装成、双量程电流表，完成电表改装电路所需仪器与校正电路。 5mA10mA 学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《将表头改装成多量程电流表》的整体，内容包括:写出实验原理和理论计算，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，，写出完整的#实验#，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。 实验仪器 量程500,A的微安表一块，电阻箱(0.1级)三个，惠斯登电桥、数字电压表[精度(0.08%U+0.1)]、3V直流稳压电源、开关各一个、滑线变阻器两个(高值、低值各一个)。 mV 实验所用公式及物理量符号提示 ? 测微安表内阻时，电桥用外接电源并须降压使用，以免测量时微安表过载。 ? 将标称量程为500,A、级别为级的微安表，改装成、双量程电流表。参考1.55mA10mA电路如图11-1所示。 RRIIRR? 先测量微安表的内阻和满刻度的电流实际值。用实际测出的和算出和ii2MM1 RRRRRI的数值。实验中、用电阻箱。课前推导出计算、的公式，画好测、的电路图。 i2211M ? 以数字万用表的电压档作为标准表，两个滑线变阻器串联 起来接入电路中，自己拟定校表电路，初校改装好的电表。对改装 表的要求是:两个量程中各点的误码率均不超过(每个量程2.5% 校10 个点)。课前拟好数据表据。 提交整体设计方案时间 学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整 体设计方案，要求用纸质版(电子版用电子邮件发送到指导教师的 电子邮箱里)供教师修改。 参考书籍 《大学物理实验》陆廷济 胡德敬 陈铭南 主编 原始数据 实验日期:2009.12.7 表头参数 1 量程: 等级度: 读数误差: 内阻: 改装的电流表的参数 2 参 扩大量分流电分度值 数 量 程 程倍数 阻() () ,mA 5mA 10mA 3 表头内阻测量值记录 电阻 RRRRR1 2 3 4 5 R 阻值() , 改装电流表校正数据 4 电流表 5mA I() mAx U(V) s(升) U(V) s(降) U(V) s(平均) I (平均) ΔI() mA 电流表 10mA I() mAx U(V) s(升) U(V) s(降) U(V) s(平均) I (平均) ΔI() mA 指导教师: 2 将微安表改装成多量程电流表并进行初较 实验目的 1 掌握惠斯登电桥的原理及特点，会使用惠斯登电桥测量电表电阻。 2 掌握扩大量程的原理和方法。 3 掌握多量程电表的改装方法。 4 学会对改装电表进行校正并绘校正曲线，能理解电表准确等级的含义。 实验仪器 量程的微安表一块，电阻箱(0.1级)三个，惠斯登电桥、数字电压表[精度500,A (0.08%U+0.1)]、3V直流稳压电源、开关各一个、滑线变阻器两个(高值、低值各mV 一个)。 实验原理 1 惠斯登电桥的原理 惠斯登电桥的原理性电路如图1所示，4个电阻R、R、R和R联成一个四边形1234 ，每条边称为电桥的一个“桥臂”，在对角a和c之间接上工作电源E，在对角线abcd bd上再接上检流计G。电桥的“桥”就是指bd这条对角线而言;它的作用是将桥两端的电位直接进行比较。电源接通后，bd两点的电位一般并不相同，因此检流计中有电流通过，指针必然偏转。测量时若适当调节桥臂电阻，可使桥上没有电流通过(I=0)，g检流计指零，此时称为电桥平衡。 电桥平衡时， U,UI,II,I ，， bd1x2s 于是 U,IR,U,IR ad11ab22 U,IR,U,IR cd1xcb2S 将两式相除，得4个桥臂电阻的关系为 RR12图1 惠斯登电桥原理 , RRxs 因此待测电阻R，可表示为 x R1R,R,MR (1) xssR2 (1)式称为电桥的平衡条件。式中，R 、R称为比例臂电阻，其比值M称为倍率，12 R称为比较臂电阻。若M(或R 、R)和R已知，待测电阻R就可由(1)式求出。 S12Sx 调节电桥平衡有两种方法:对滑线式电桥，是保持R不变，通过调节R/R的比值s12 3 使电桥平衡;对箱式电桥，是保持R/R不变，通过调节R使电桥平衡。 12s 用电桥法测电阻的突出优点是: 用电桥法测电阻，只要检流计足够灵敏，且选用标准电阻作为桥臂;通过与标准电阻相比较，即可确定待测电阻是标准电阻的多少倍。由于制造高精度的电阻并不困难，所以电桥法测电阻可达到很高的准确度。 电桥电路中，不用电压表、电流表，只用—只检流计作指零装置，并不要求提供读数，只要检流计灵敏度足够高。对准确度高低并无苛求。 惠斯登电桥的灵敏度 2 所谓电桥平衡从理论上将应该是I=0，但实验中往往I小到难以驱动检流计指针g g 偏转，或其偏转小到难以使人察觉到，以至我们仍认为电桥是平衡的，这样会给测量带来误差，该误差大小取决于电桥灵敏度的高低。 电桥灵敏度S的定义是: ,n,n S== (2) ,R,Rx0 RRx0 表示电桥平衡后，R的相对改变量?R/R所引起的检流计指针有?n的偏转格数。xxx S值越大，电桥越灵敏，对电桥平衡的判定就越准确，由此带来的误差越小。 本实验所用QJ23型惠斯登电桥，面板布局如图2所示。电桥的结构形式基本类同，只是将4个十进位电阻器串联成R;R、R也由8只特定阻值的标准电阻组成，通过调Sl2 节a点位置使倍率M分成7档(×0.001、×0.01、×0.1、×1、×10、×100、×1000)。测量时，应根据被测电阻的阻值选取倍率，以保证R有4位读数。该电桥测量范围为1,S6 9.999×10Ω，基本量限为10~9999Ω。在基本量限以内，用内部电源和检流计时，该电桥的准确度等级为0.2级。测量时仪器的允许误差为: ,R,0.2%,R xmax R式中为电桥读数的满刻度值。该电桥还可以外接电源和检流计，以提高其灵敏max 4 度。 3 微安表满偏电流的测量 用惠斯登电桥测出微安表内阻R后，把一个电g 压表并联在U上，测出R的电压U，即可以求出满ggg 额电流I。其原理图如图3所示 g I = U/ R (3) ggg 4扩大电表量程的方法 磁电式电流表是采用并联电阻分流的方法扩大量程的。在表头两端并联一个电阻 R,若表头的满度电流为I，内阻为R,干路中电流为I,可以看出通过表头的电流是Isgg的一部分，且表头两端的电压与电阻R两端的电压相同。 s 设电流表扩大后的量程为I，是I的n倍 g I=(I-I)R=(n-1)IR ggsgs 于是分流电阻的阻值为 RgR, (4) sn,1 RgR, 即在表头的两端并联一个阻值为的电阻，就sn,1能使表头的电流量程扩大n倍。 本实验将500,A量程的微安表分别扩大为、5mA ，扩大倍数分别为10倍，20倍。 10mA 则所需并联的电阻分别为 Rs= R+ R=R/9 (5) 12g1 Rs= R=(R+R)/19 (6) 1g22 R= R= R/18 (7) 12g 5 改装电流表的校正 电表在扩大量程或改装后，需要用标准表进行校正。校正目的:评定该表在扩大 量程或改装后是否仍符合原电表准确度的等级;绘制校正曲线，以便于对扩大量程或改变后的电表能准确读数。 本实验用比较法进行校正:将待校正的电表与级别较高的标准表进行比较，校正电路图如5。校正点应选在扩大量程的电表的全偏转范围各个标度值位置上，确定各校正点的?I=I-I值。这样不仅可与等级度误差?，而且xs仪可作?I,I曲线，供使用时作读数修正。 x 实验内容与操作步骤 5 1 用惠斯登电桥测5组表头电阻，并计算不确定度。 2 将微安表改装成、双量程电流表. 5mA10mA (1)根据实验室给定的微安表量限Ig，内阻Rg以及要改装成的电流表量限I、1I,用公式Rs=Rg/(n—1)算出所需并联的2个分流电阻RsRs的阻值。 21、2 (2)从实验室自备电阻箱上取相应的电阻值，与表头并联组成电流表。将改装的电流表按图5所示接好电路。 (3)经检查电路正确后接通电源，调节滑线变阻器改变电路中的电流，使改装表读数从0增加到满刻度，然后再减到0，同时记下改装表与标准表相应电流的读数。 (4)以改装表的读数I为横坐标，ΔI为纵坐标，在坐标纸上作出电流表的误差校正曲线。 实验数据记录 1 表头参数 量程: 等级度: 1.5 读数误差: 0.0075 内阻:157.2 500,A,mA 2 改装的电流表的参数 参 扩大量分流电分度值 数 量 程 程倍数 阻() () ,mA 5mA10 17.5 0.1 10mA20 8.7 0.2 3 表头内阻测量值记录 电阻 RRRRR1 2 3 4 5 R 阻值() 157.1 157.2 157.2 157.2 157.3 157.2 , 4 改装电流表校正数据 电流表 5mA I0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 x () mA U0.051 0.099 0.149 0.195 0.243 0.290 0.340 0.388 0.440 0.486 s(升) (V) U0.051 0.100 0.149 0.195 0.243 0.290 0.339 0.387 0.441 0.486 s(降) (V) U0.051 0.100 0.149 0.195 0.243 0.290 0.340 0.388 0.441 0.486 s(平均) (V) I 0.51 1.00 1.49 1.95 2.43 2.90 3.40 3.88 4.41 4.86 (平均) () mA ΔI -0.01 0 0.01 0.05 0.07 0.10 0.10 0.12 0.09 0.14 () mA 6 电流表 10mA I1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 x () mA U0.102 0.200 0.297 0.392 0.488 0.586 0.684 0.780 0.880 0.978 s(升) (V) U0.101 0.202 0.296 0.394 0.492 0.585 0.683 0.779 0.879 0.978 s(降) (V) U0.102 0.201 0.297 0.393 0.490 0.586 0.684 0.780 0.880 0.978 s(平均) (V) I1.02 2.01 2.97 3.93 4.90 5.86 6.84 7.80 8.80 9.78 (平均) () mA ΔI -0.02 -0.01 0.03 0.07 0.10 0.14 0.16 0.20 0.20 0.22 () mA 数据处理 R=( R+R+R+R+R)/5=(157.1+157.2+157.2+157.2+157.3)/5=157.2() ,g12345 R?R=?(0.2% +0.02)=?(0.2%×157.2+0.02)= ?0.3344() ,instg 3B类分量 u=?R/C=?0.3344/??0.19() ,inst n11222A类分量 S== (157.1,157.2)，0，0，0，(157.3,157.2)(R,R)x,i2n,1,1i =0.07() , n1220.0049，0.0361所以总不确定度 U==?0.2() (R,R)，(,R/3),R,iinstn,1,1iR=(157.2?0.2) ,g 电流表等级度为: 5mA ,IS=×100=(0.14/5.00)×100=2.8 Im 由于2.5,2.8,5 所以电流表等级度为5 5mA 电流表等级度为: 10mA ,IS=×100=(0.22/10.00)×100=2.2 Im 由于1.5,2.2,2.5 所以电流表等级度为2.5 10mA 7 5mA改装电流表的校正曲线图 0.150.14 0.12 0.10.10.10.09ΔI ( )0.07 0.050.05 0.0100-0.01 Ix(mA)-0.05 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 10mA改装电流表的校正曲线图 0.25 0.220.20.20.2 0.160.150.14ΔI ( ) 0.10.1 0.070.050.03 0-0.01-0.02 -0.05Ix(mA) 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 实验结果表达 R=(157.2?0.2) ,g 实验总结 这次设计性实验可谓受益匪浅。从一开始到图书馆查阅资料与上网查阅相关实验，学会运用图书馆资源，浏览有用信息。中途与师兄师姐交谈时也会谈到有关设计性实验的问题，加强对实验操作及数据处理的认知。其次消化理解，靠自己的能力亲自设计，当中研究的有关仪器的用法，电路的接法，需要测量的数据及等各种各样需要考虑的因素。这充分锻炼了我的创新能力。接下来在老师于细节的指导上，更感受到细心，周密思考对科学实验的重要性。实验中，锻炼了实际操作能力。对word文档的使用让我巩固了计算机基础知识的运用。 8 实验时，由于电压表量程选大了，导致读数的小数点后为数不正确。不过即使发现并重新读取数据。还有因微安表不能达到0刻度于是换了一个。总之，实验中遇到的问题都能较好解决，锻炼了处理问题的能力。 整个实验全方面培养了我的综合素质，其中与老师的帮助是分不开的。给我指出多处细节问题，使我得到很好解决。 9