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1、实验一实验一 基本电工仪表的使用及测量误差的计算基本电工仪表的使用及测量误差的计算一、实验目的一、实验目的1. 熟悉实验台上各类电源及各类测量仪表的布局和使用方法。熟悉实验台上各类电源及各类测量仪表的布局和使用方法。2. 掌握指针式电压表、电流表内阻的测量方法。掌握指针式电压表、电流表内阻的测量方法。 3. 熟悉电工仪表测量误差的计算方法。熟悉电工仪表测量误差的计算方法。二、原理说明二、原理说明1. 为了准确地测量电路中实际的电压和电流，必须保证仪表接入电路后不会改变被测为了准确地测量电路中实际的电压和电流，必须保证仪表接入电路后不会改变被测电路的工作状态。这就要求电压表的内阻为无穷大；电流表
2、的内阻为零。而实际使用的指电路的工作状态。这就要求电压表的内阻为无穷大；电流表的内阻为零。而实际使用的指针式电工仪表都不能满足上述要求。因此，当测量仪表一旦接入电路，就会改变电路原有针式电工仪表都不能满足上述要求。因此，当测量仪表一旦接入电路，就会改变电路原有的工作状态，这就导致仪表的读数值与电路原有的实际值之间出现误差。误差的大小与仪的工作状态，这就导致仪表的读数值与电路原有的实际值之间出现误差。误差的大小与仪表本身内阻的大小密切相关。只要测出仪表的内阻，即可计算出由其产生的测量误差。以表本身内阻的大小密切相关。只要测出仪表的内阻，即可计算出由其产生的测量误差。以下介绍几种测量指针式仪表内阻
3、的方法。下介绍几种测量指针式仪表内阻的方法。2. 用用“分流法分流法”测量电流表的内阻测量电流表的内阻如图如图 1-1 所示。所示。A 为被测内阻为被测内阻(RA)的直流电流的直流电流表。测量时先断开开关表。测量时先断开开关 S，调节电流源的输出电流，调节电流源的输出电流 I使使 A 表指针满偏转。然后合上开关表指针满偏转。然后合上开关 S，并保持，并保持 I 值不值不变，调节电阻箱变，调节电阻箱 RB的阻值，使电流表的指针指在的阻值，使电流表的指针指在 1/2满偏转位置，此时有满偏转位置，此时有 IAISI/2 RARBR1 可调电流源可调电流源R1为固定电阻器之值，为固定电阻器之值，RB可
4、由电阻箱的刻度盘上读得。可由电阻箱的刻度盘上读得。 图图 1-13. 用分压法测量电压表的内阻。用分压法测量电压表的内阻。如图如图 1-2 所示。所示。 V 为被测内阻为被测内阻(RV)的电压表。的电压表。测量时先将开关测量时先将开关 S 闭合，调节直流稳压电源的闭合，调节直流稳压电源的输出电压，使电压表输出电压，使电压表 V 的指针为满偏转。然后的指针为满偏转。然后断开开关断开开关 S，调节，调节 RB使电压表使电压表 V 的指示值减半。的指示值减半。此时有：此时有：RVRBR1电压表的灵敏度为：电压表的灵敏度为：SRV/U (/V) 。 式式中中 U 为电压表满偏时的电压值。为电压表满偏时
5、的电压值。4. 仪表内阻引起的测量误差（通常称之为方仪表内阻引起的测量误差（通常称之为方 可调稳压源可调稳压源 法误差，法误差， 而仪表本身结构引起的误差称为仪表基而仪表本身结构引起的误差称为仪表基 图图 1-2本误差）的计算。本误差）的计算。如图如图 1-2 所示。所示。 V 为被测内阻为被测内阻(RV)的电压表。的电压表。测量时先将开关测量时先将开关 S 闭合，调节直流稳压电源的闭合，调节直流稳压电源的输出电压，使电压表输出电压，使电压表 V 的指针为满偏转。然后的指针为满偏转。然后断开开关断开开关 S，调节，调节 RB使电压表使电压表 V 的指示值减半。的指示值减半。此时有：此时有：RV
6、RBR1电压表的灵敏度为：电压表的灵敏度为：SRV/U (/V) 。 式式中中 U 为电压表满偏时的电压值。为电压表满偏时的电压值。+_RAIARBR1IS+_ASVRRVBSR1+VRRVBSR1+（1）以以图图1-3所所示示电电路路为为例例， R1上上的的电电压压为为 R1 1 UR1 U，若，若 R1R2，则，则 UR1 U 。R1R2 2现用一内阻为现用一内阻为 RV的电压表来测量的电压表来测量 UR1值，当值，当 RVR1 RV与与 R1并联后，并联后，RAB，以此来替代，以此来替代 RVR1RVR1RVR1 上式中的上式中的 R1，则得，则得 UR1 U 图图 1-3RVR1R2R
7、VR1RVR1 RVR1 R1绝对误差为绝对误差为UUR1UR1U( )RVR1 R1R2R2RVR1R2 1R2U化简后得化简后得 URV(R2 12R1R2R2 2)R1R2(R1R2)U 若若 R1R2RV，则得，则得U 6UR1UR1 -U/6相对误差相对误差 U10010033.3% UR1 U/2由此可见，当电压表的内阻与被则电路的电阻相近时，测量的误差是非常大的。由此可见，当电压表的内阻与被则电路的电阻相近时，测量的误差是非常大的。 （2）伏安法测量电阻的原理为：测出流过被测电阻）伏安法测量电阻的原理为：测出流过被测电阻 RX的电流的电流 IR及其两端的电压降及其两端的电压降 U
8、R，则其阻值，则其阻值 RX=UR/IR。实际测量时，有两种测量线路，即：相对于电源而言，。实际测量时，有两种测量线路，即：相对于电源而言，电流电流 表表 A（内阻为（内阻为 RA）接在电压表）接在电压表 V（内阻为（内阻为 RV）的内侧；）的内侧；A 接在接在 V 的外测。两种线路见的外测。两种线路见 图图 1-4（a） 、 （b） 。 由线路（由线路（a）可知，只有当）可知，只有当 RXRV时，时，RV的分流作用才可忽略不计，的分流作用才可忽略不计，A 的读数接的读数接 近于实际流过近于实际流过 RX的电流值。图（的电流值。图（a）的接法称为电流表的内接法。）的接法称为电流表的内接法。由线
9、路由线路(b)可知，只有当可知，只有当 RXRA时，时，RA的分压作用才可忽略不计，的分压作用才可忽略不计，V 的读数接近于的读数接近于 RX两端的电压值。图（两端的电压值。图（b）的接法称为电流表的外接法。）的接法称为电流表的外接法。实际应用时，应根据不同情况选用合适的测量线路，才能获得较准确的测量结果。以实际应用时，应根据不同情况选用合适的测量线路，才能获得较准确的测量结果。以 下举一实例。下举一实例。在图在图 1-41-4 中，设：中，设：U=20VU=20V，RA=100=100，RV=20K=20K。假定。假定 RX的实际值为的实际值为 10K10K。如果采用线路如果采用线路(a)(
10、a)测量，经计算，测量，经计算，A A、V V 的读数分别为的读数分别为 2.96mA2.96mA 和和 19.73V19.73V，故，故RX=19.732.96=6.667(K),K), 相对误差为：（相对误差为：（6.66710）10100=33.3 (%)如果采用线路如果采用线路(b)(b)测量，经计算，测量，经计算，A A、V V 的读数分别为的读数分别为 1.98mA1.98mA 和和 20V20V，故，故RX=201.98=10.1(K),K), 相对误差为：（相对误差为：（10.110）10100=1 (%)RRAVBRvU21+ +- -U UR R R RR RA A- -+
11、 +V VA AV VX X+ +- -U UR R R RR RA A- -+ +V VA AV VX X（a a） (b)(b)图图 1-41-4 三、实验设备三、实验设备序号序号名称名称型号与规格型号与规格数量数量备注备注1可调直流稳压电源可调直流稳压电源030V二路二路DG042可调恒流源可调恒流源0500mA1DG043指针式万用表指针式万用表MF-47 或其他或其他1自备自备4可调电阻箱可调电阻箱09999.91DG095电阻器电阻器按需选择按需选择DG09四、实验内容四、实验内容1. 根据根据“分流法分流法”原理测定指针式万用表（原理测定指针式万用表（MF-47 型或其他型号）直
12、流电流型或其他型号）直流电流 0.5mA和和 5mA 档量限的内阻。线路如图档量限的内阻。线路如图 1-1 所示。所示。RB可选用可选用 DG09 中的电阻箱（下同）中的电阻箱（下同） 。被测电流表量限被测电流表量限S 断开时的表断开时的表 读数（读数（mA）S 闭合时的表闭合时的表 读数（读数（mA）RB（ ）R1（ ）计算内阻计算内阻 RA （）0.5 mA5 mA2. 根据根据“分压法分压法”原理按图原理按图 1-2 接线，测定指针式万用表直流电压接线，测定指针式万用表直流电压 2.5V 和和 10V 档量档量限的内阻。限的内阻。被测电压表被测电压表 量量 限限S 闭合时表读闭合时表读
13、数（数（V）S 断开时表读断开时表读 数（数（V）RB (K ) )R1 (K)计算内阻计算内阻 RV（K）S S (/V)(/V)2.5V10V3. 用指针式万用表直流电压用指针式万用表直流电压 10V 档量程测量图档量程测量图 1-3 电路中电路中 R1上的电压上的电压 UR1之值，并之值，并 计算测量的绝对误差与相对误差。计算测量的绝对误差与相对误差。UR2R1R10V (K)计算值计算值 UR1 （V）实测值实测值 UR1 (V)绝对误差绝对误差 U相相对对误误差差 ( (U/U)100 %12V10K50K五、实验注意事项五、实验注意事项1.在开启在开启 DG04 挂箱的电源开关前，
14、应将两路电压源的输出调节旋钮调至最小（逆时挂箱的电源开关前，应将两路电压源的输出调节旋钮调至最小（逆时针旋到厎）针旋到厎） ，并将恒流源的输出粗调旋钮拨到，并将恒流源的输出粗调旋钮拨到 2mA 档，输出细调旋钮应调至最小。接通电档，输出细调旋钮应调至最小。接通电源后，再根据需要缓慢调节。源后，再根据需要缓慢调节。2.当恒流源输出端接有负载时，如果需要将其粗调旋钮由低档位向高档位切换时，必当恒流源输出端接有负载时，如果需要将其粗调旋钮由低档位向高档位切换时，必须先将其细调旋钮调至最小。否则输出电流会突增，可能会损坏外接器件。须先将其细调旋钮调至最小。否则输出电流会突增，可能会损坏外接器件。3. 电压表应与被测电路并接，电流表应与被测电路串接，电压表应与被测电路并接，电流表应与被测电路串接， 并且都要注意正、负极性并且都要注意正、负极性与量程的合理选择。与量程的合理选择。
