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实验一 基本电工仪表的使用及测量误差的计算实验一 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 _RA+ARBIAISS_+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。 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：RVRBR1 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：RVRBR1 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。 +R1RVV+SRBR1RVV+SRB+R1以图1-3所示电路为例，R1上的电压为 R1 1 UR1 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 R2RVR1 RV与R1并联后，RAB，以此来替代 RVR1 UARVR1 RVR1 上式中的R1，则得U'R1 U R 图1 1-3 RVR1 R2 B RVR1 RVR1 RVR1 R1 绝对误差为UU'R1UR1U( ) RVR1 R1R2 R2 RVR1 R2 1R2U 化简后得 U RV(R2 12R1R2R2 2)R1R2(R1R2) U 若 R1R2RV，则得U 6 VRv U'R1UR1 -U/6 相对误差 U×100×10033.3% 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。 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接在电压表V的内侧；A接在V的外测。两种线路见图1-4、。 由线路可知，只有当RXRV时，RV的分流作用才可忽略不计，A的读数接近于实际流过RX的电流值。图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=19.73÷2.96=6.667(K), 相对误差为：÷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(K), 相对误差为：÷10×100=1 (%) + -+- RARAA+A-URVVRX+-UVRVRX (b) 图1-4 三、实验设备 序号 1 2 3 4 5 四、实验内容 1. 根据“分流法”原理测定指针式万用表直流电流0.5mA和5mA档量限的内阻。线路如图1-1所示。RB可选用DG09中的电阻箱。 S断开时的表S闭合时的表RBR1计算内阻RA 被测电流表量限 读数 读数 0.5 mA 5 mA 2. 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 2.5V S闭合时表读数 S断开时表读数 RB (K) R1 (K) 计算内阻RV S (/V) 名称 可调直流稳压电源 可调恒流源 指针式万用表 可调电阻箱 电阻器 型号与规格 030V 0500mA MF-47或其他 09999.9 按需选择 数量 二路 1 1 1 备注 DG04 DG04 自备 DG09 DG09 10V 3. 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。 实测值相对误差 R10V 计算值UR1 绝对误差 U R2 R1 UR1 (U/U)×(K) U (V) 100% 12V 10K 50K 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，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。 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. 其他。