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电流表的使用与测量误差的计算

2014-3-26 10:14:17 点击:2953 来自:admin

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              
     IA=IS=I/2                                 
    ∴ RA=RB∥R1                                                
    R1为固定电阻器之值,RB可由电阻箱的刻度盘上读得。         

3. 用分压法测量电压表的内阻。
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=RB+R1电压表的灵敏度为:S=RV/U (Ω/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(通常称之为方法误差, 而仪表本身结构引起的误差称为仪表基本误差)的计算。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=RB+R1电压表的灵敏度为:S=RV/U (Ω/V) 。 式中U为电压表满偏时的电压值。

(1)以图1-3所示电路为例,R1上的电压为 
      R1                          1
UR1=─── U,若R1=R2,则 UR1=─ U 。
   R1+R2                       2
现用一内阻为RV的电压表来测量UR1值,当
RVR1
RV与R1并联后,RAB=───,以此来替代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,①电流表A(内阻为RA)接在电压表V(内阻为RV)的内侧;②A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RX<<RV时,RV的分流作用才可忽略不计,A的读数接近于实际流过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RX>>RA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=100Ω,RV=20KΩ。假定RX的实际值为10KΩ。
    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=19.73÷2.96=6.667(KΩ),     相对误差为:(6.667-10)÷10×100=-33.3 (%)
如果采用线路(b)测量,经计算,A、V的读数分别为1.98mA和20V,故
RX=20÷1.98=10.1(KΩ),     相对误差为:(10.1-10)÷10×100=1 (%)

五、实验注意事项
1.在开启DG04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),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。

 

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