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1、基本电工仪表的使用及测量误差的计算一、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。 2. 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。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。以下介绍
2、几种测量指针式仪表内阻的方法。2. 用“分流法”测量电流表的内阻如图1-1所示。A为被测内阻(RA)的直流电流表。测量时先断开开关S,调节电流源的输出电流I使A表指针满偏转。然后合上开关S,并保持I值不变,调节电阻箱RB的阻值,使电流表的指针指在1/2满偏转位置,此时有 IAISI/2 RARBR1 可调电流源 R1为固定电阻器之值,RB可由电阻箱的刻度盘上读得。 图 1-1 3. 用分压法测量电压表的内阻。7 如图1-2所示。 V为被测内阻(RV)的电压表。测量时先将开关S闭合,调节直流稳压电源的输出电压,使电压表V的指针为满偏转。然后断开开关S,调节RB使电压表V的指示值减半。此时有:RV
3、RBR1电压表的灵敏度为:SRV/U (/V) 。 式中U为电压表满偏时的电压值。4. 仪表内阻引起的测量误差(通常称之为方 可调稳压源法误差, 而仪表本身结构引起的误差称为仪表基 图 1-2本误差)的计算。(1)以图1-3所示电路为例,R1上的电压为 R1 1UR1 U,若R1R2,则 UR1 U 。 R1R2 2现用一内阻为RV的电压表来测量UR1值,当RVR1RV与R1并联后,RAB,以此来替代RVR1RVR1 RVR1上式中的R1,则得UR1 U 图 1-3 RVR1 R2 RVR1 RVR1 RVR1 R1 绝对误差为UUR1UR1U( ) RVR1 R1R2 R2 RVR1 R2
4、1R2U 化简后得 U RV(R2 12R1R2R2 2)R1R2(R1R2) U若 R1R2RV,则得U 6 UR1UR1 -U/6 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。(2)伏安法测量电阻的原理为:测出流过被测电阻RX的电流IR及其两端的电压降UR,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,电流表A(内阻为RA)接在电压表V(内阻为RV)的内侧;A接在V的外测。两种线路见图1-4(a)、(b)。由线路(a)可知,只有当RXRV时,RV的分流作用才可忽略不计,A的读数接近于实
5、际流过RX的电流值。图(a)的接法称为电流表的内接法。 由线路(b)可知,只有当RXRA时,RA的分压作用才可忽略不计,V的读数接近于RX两端的电压值。图(b)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。以下举一实例。 在图1-4中,设:U=20V,RA=100,RV=20K。假定RX的实际值为10K。 如果采用线路(a)测量,经计算,A、V的读数分别为2.96mA和19.73V,故RX=19.732.96=6.667(K), 相对误差为:(6.66710)10100=33.3 (%)如果采用线路(b)测量,经计算,A、V的读数分别为1.
6、98mA和20V,故RX=201.98=10.1(K), 相对误差为:(10.110)10100=1 (%) (a) 图1-4 (b)三、实验设备序号名称型号与规格数量备注1可调直流稳压电源030V二路2可调直流恒流源0200mA13指针式万用表MF-47或其它1自备4可调电阻箱099999.91DGJ-055电阻器按需选择DGJ-05四、实验内容1. 根据“分流法”原理测定指针式万用表(MF-47型或其它型号)直流电流0.5mA和5mA档量限的内阻。线路如图1-1所示。RB可选用DGJ-05中的电阻箱(下同)。被测电流表量限S断开时表的读数(mA)S闭合时表的读数(mA)RB()R1()计算
7、内阻RA()0.5 mA5 mA2. 根据“分压法”原理按图1-2接线,测定指针式万用表直流电压2.5V和10V档量限的内阻。被测电压表量限S闭合时表的读数(V)S断开时表的读数(V)RB(K)R1(K)计算内阻RV(K)S(/V)2.5V10V3. 用指针式万用表直流电压10V档量程测量图1-3电路中R1上的电压UR1之值,并计算测量的绝对误差与相对误差。UR2R1R10V(K)计算值UR1(V)实测值UR1(V)绝对误差U相对误差(U/U)100%12V10K50K五、实验注意事项1. 在开启直流稳压电源的电源开关前,应将两路电压源的输出调节旋钮调至最小(逆时针旋到厎),并将恒流源的输出粗
8、调旋钮拨到2mA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。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, 并且都要注意正、负极性与量程的合理选择。4. 实验内容1、2中,R1的取值应与RB相近。5. 本实验仅测试指针式仪表的内阻。由于所选指针表的型号不同,本实验中所列的电流、电压量程及选用的RB、R1等均会不同。实验时应按选定的表型自行确定。六、思考题 1. 根据实验内容1和2,若已求出0.5mA档和2.5V档的内阻,可否直接计算得出5mA档和10V档的内阻?2. 用量程为10A的电流表测实际值为8A的电流时,实际读数为8.1A,求测量的绝对误差和相对误差。七、实验报告1. 列表记录实验数据,并计算各被测仪表的内阻值。2. 分析实验结果,总结应用场合。3. 对思考题的计算。4. 其它(包括实验的心得、体会及意见等)。