《将微安表改装成多量程电流表并进行初校》.docx
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《将微安表改装成多量程电流表并进行初校》
评分:
大学物理实验设计性实验
实验报告
实验题目:
将微安表改装成多量程电流表并进行初校
班级:
电信06-1班
姓名:
龙三雄学号:
25号
指导教师:
方运良
茂名学院技术物理系大学物理实验室
实验日期:
2007年11月29日
实验11《将微安表改装成多量程电流表并进行初校》
实验提要
实验课题及任务
《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。
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》的整体方案,内容包括:
写出实验原理和理论计算公式,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,按书写科学论文的要求写出完整的实验报告。
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(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)。
实验所用公式及物理量符号提示
⑴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。
⑵将标称量程为
、级别为
级的微安表,改装成
、
双量程电流表。
参考电路如图11-1所示。
⑶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
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。
⑷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
(每个量程校10个点)。
课前拟好数据表据。
评分参考(10分)
⑴正确的写出实验原理和内阻
测量方法,2分;
⑵正确的选用仪器和
、
的计算方法,2分;
⑶写出实验内容及步骤,2分;
⑷计算出
、
的值,完成改装表任务,2分;
⑸电表的校准及等级的标定,2分。
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,要求电子版。
用电子邮件发送到指导教师的电子邮箱里。
参考书籍
《大学物理实验》陆廷济胡德敬陈铭南主编
实验11《〈将微安表改装成多量程电流表并进行初校》
一.实验目的:
1.学会将微安表头改装成5mA.10mA的双量程电流表。
2.学会将数字电压表改装成高精度的电流表。
二.实验仪器:
量程500uA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℅+0.1)mV],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)。
三.实验原理:
1.微安表表头内阻的测定:
惠斯登电桥的基本结构如图
(1)
闭合开关,如果检流计示数为零值,桥路电流Ig=0,达到平衡,从而有Ub=Ud,
I1=I0,于是I1R1=I2R2;
I1=I2R0。
由此得R1/R2=Rx/R0,即Rx=R1Ro/R2……………..
(1)式就是测量电阻的原理公式。
在实验室中,我们把M=R1/R2称为倍率,可根据倍率表中待测阻值范围选择对应的倍率。
称为R0的比较臂相当于一个只有四个进盘的电阻箱。
但需注意以下几点:
(1)操作开关B和D时,应先接通B后接通G。
先断G后断B。
(2)调节电桥平衡时,必须对开关G采用“路接法”,若检流计指针偏向“+”,表示R0需要加大,反之需要减少。
(3)测量完毕后,连接表重新换到“内接上”。
由于外接电源电压U〈=3V,而我们只有3V的电压源,所以需要窜接一个分压电阻。
2.设计标准表
标准表设计的电路如图所示:
其中R的建议阻值为
(n=0、1、2、3、4……)
I=
3.测量微安表满刻度的实际电流值Im.
其电路如图所示:
调节R的阻值,使微安表满偏,此时从标准表算出电流I
4电表的改装并计算并联电阻的阻值:
在研究串.并联电路时可知:
当一用电器两端并联一电阻时.该电阻有分流的作用;如果是串联一电阻时.该电阻有分压的作用,
磁电式电流表是采用并联电阻分流的办法扩大量程的.如图所示,在表头的两端并联一个电阻R.
把微安表改装成电流表所需电阻RS为:
RS=
设电流表扩大后的量程为
与
则有:
R1+R2=
R1=
5.电表的校正及等级评定:
.
其校正电路如图所示:
在校正过程中,调整R2的阻值,使校正点落在扩大量程电表全偏转范围内各个标度值的位置上,确定各校正点的
的值.
计算出各点的误码率f
然后选出
作为计算电表等级的依据
四.实验内容与步骤
1.测电表表表头内阻:
(1)首先调准检流计的机械零点。
(2)根据表头大概阻值,选择倍率值,安排桥臂R0的阻值,使电桥在接近平衡的情况下开始使用。
(3)注意测量时先合B,再合G,先断G,再断B,按下B的时间最好在3-5秒内。
2.测电流表的最大量程IM.
(1)将元件按电路图连接好,将滑动变阻器调到最大值。
(2)合上开关K,滑动滑动变阻器,使电流表的读数达到最大值。
(3)记录下这时的电压读数。
(4)整理实验仪器。
3.将数字电压表改装成电流表
(1)用导线把电阻箱与电压表并联后,将电阻箱的阻值调到1欧或10的倍数欧即可。
4.将电表表头改装成5mA.10mA量程的电流表
(1)将准备好的仪器(两个滑动变阻器,待测电流表和制作的电流表)与电源按照电路图连接起来.
(2)将两个滑动变阻器调到最大值。
合上开关K,调节R4变阻器,使电路中的校正电表在它的量程范围内偏转。
(3)每个点使电流上升和下降各校正一次(两个量程中各点的误码率不超过2.5%)求出平均值
.
(4)每个量程校10个点,记录表中。
五.数据记录
.
(1)表头参数:
量程:
500微安等级:
0.1读数误差:
10微安内阻Rg:
149.7欧
(2)电表扩大量程(5mA):
量程:
5mA扩大量程倍数:
10Rs:
16.6欧
改装表等级:
1量程:
5mA分度值:
100微安读数误差:
100微安
(3)电表扩大量程(10mA):
量程:
10mA扩大量程倍数:
20Rs:
8.3欧
改装表等级:
1量程:
10mA分度值:
200微安读数误差:
200微安
1.测量电表内阻数据记录:
待测电阻
倍率M
测量次数
1
2
3
4
5
平均
结果
G
0.1
1498
1497
1497
1496
1498
1497
149.7
2.测量Ig数据记录:
测量
次数
1
2
3
4
5
平均
Uv
0.501
0.500
0.500
0.500
0.501
0.5
R
1000
1000
1000
1000
1000
1000
Ig
0.0005
3.校正电表的数据记录:
=
(
+
)
(1)量程为5mA的校正数据记录:
Ix
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
0.048
0.097
0.151
0.201
0.254
0.300
0.354
0.406
0.453
0.503
0.48×1/1000
0.97×1/1000
1.51×1/1000
2.01×1/1000
2.54×1/1000
3.00×1/1000
3.54×1/1000
4.06×1/1000
4.53×1/1000
5.03×1/1000
0.050
0.098
0.151
0.203
0.251
0.301
0..354
0.404
0.452
0.500
0.50×1/1000
0.98×1/1000
1.51×1/1000
2.03×1/1000
2.51×1/1000
3.01×1/1000
3.54×1/1000
4.04×1/1000
4.52×1/1000
5.00×1/1000
0.49×1/1000
0.98×1/1000
1.51×1/1000
2.02×1/1000
2.52×1/1000
3.00×1/1000
3.54×1/1000
4.05×1/1000
4.52×1/1000
5.02×1/1000
0.01×1/1000
0.02×1/1000
-0.01×1/1000
-0.02×1/1000
-0.02×1/1000
0×1/1000
-0.04×1/1000
-0.05×1/1000
-0.02×1/1000
-0.02×1/1000
(2)量程为10mA的校正数据记录:
Ix
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
10.00
0.106
0.201
0.305
0.399
0.503
0.604
0.707
0.805
0.905
1.005
1.06×1/1000
2.01×1/1000
3.05×1/1000
3.99×1/1000
5.03×1/1000
6.04×1/1000
7.07×1/1000
8.05×1/1000
9.05×1/1000
10.05×1/1000
0.103
0.197
0.298
0.397
0.499
0.600
0.708
0.805
0.907
1.002
1.03×1/1000
1.97×1/1000
2.98×1/1000
3.97×1/1000
4.99×1/1000
6.00×1/1000
7.08×1/1000
8.05×1/1000
9.07×1/1000
10.02×1/1000
1.04×1/1000
1.99×1/1000
3.02×1/1000
3.98×1/1000
5.01×1/1000
6.02×1/1000
7.07×1/1000
8.05×1/1000
9.06×1/1000
10.04×1/1000
-0.04×1/1000
0.01×1/1000
-0.02×1/1000
0.02×1/1000
-0.01×1/1000
-0.02×1/1000
-0.07×1/1000
-0.05×1/1000
-0.06×1/1000
-0..04×1/1000
六.数据处理
4.将测量电表内阻数据代入
(1)△R=1/5(R1+R2+R3+R4+R5)
=1/5(1498+1497+1497+1496+1498)≈1497(欧)
再由
Rg=△RM=1497×0.1=149.7(欧)
(2)将测量Ig数据代入
△Ig=△Uv/△R
而△Uv=1/5(Uv1+Uv2+Uv3+Uv4+Uv5)=1/5(0.501+0.500+0.500+0.500+0.501)
≈0.500(伏)
所以由△Ig=△Uv/R(其中R=1000(欧))
=0.500/1000=0.500×1/1000(安)
(3)将Ig=0.500×1/1000(安)Rg=149.7(欧)
代入公式:
R1+R2=Im·Rg/I5-Im和R1=Im(Rg+R2)/I10-Im
得:
R1+R2=(0.500×1/1000×149.7)/(5×1/1000-5×1/10000)---
(1)
和R1=5×1/10000×(149.7+R2)/(10×1/1000-5×1/10000)-------
(2)
由
(1)和
(2)得到:
R1=R2≈8.3(欧)
5.将量程为5mA的校正数据处理:
(1)由Is=Us/R其中R=100(欧)
可知:
I(升)1=U(升)1/R=0.048/100=0.48×1/1000(安)
I(降)1=U(降)1/R=0.050/100=0.50×1/1000(安)
同理可求得:
I(升)2=0.97×1/1000(安)I(降)2=0.98×1/1000(安)
I(升)3=1.51×1/1000(安)I(降)3=1.51×1/1000(安)
I(升)4=2.01×1/1000(安)I(降)4=2.03×1/1000(安)
I(升)5=2.54×1/1000(安)I(降)5=2.51×1/1000(安)
I(升)6=3.00×1/1000(安)I(降)6=3.01×1/1000(安)
I(升)7=3.54×1/1000(安)I(降)7=3.54×1/1000(安)
I(升)8=4.06×1/1000(安)I(降)8=4.04×1/1000(安)
I(升)9=4.53×1/1000(安)I(降)9=4.52×1/1000(安)
I(升)10=5.03×1/1000(安)I(降)10=5.00×1/1000(安)
(2)再根据
I
s=1/2(Is升+Is降)
可求得:
I
s1=1/2(0.48×1/1000+0.50×1/1000)=0.49×1/1000(安)
同理可求得:
I
s2≈0.98×1/1000(安)I
s3=1.51×1/1000(安)
I
s4=2.02×1/1000(安)I
s5≈2.52×1/1000(安)I
s6≈3.00×1/1000(安)I
s7=3.54×1/1000(安)I
s8=4.05×1/1000(安)I
s9≈4.52×1/1000(安)
I
s10=5.02×1/1000(安)
(3)由△I=Ix-Is
可求得:
△I1=Ix1-Is1=0.50×1/1000-0.49×1/1000=0.01×1/1000(安)
同理可求得;△I2=0.02×1/1000(安)△I3=-0.01×1/1000(安)△I4=-0.02×1/1000(安)△I5=-0.02×1/1000(安)△I6=0×1/1000(安)△I7=-0.04×1/1000(安)△I8=-0.05×1/1000(安)△I9=-0.02×1/1000(安)△I10=-0.02×1/1000(安)
(4)由误码率f=△I/Im
可求得:
f1=∣△I1∣/Im=(0.01×1/1000)/5.00×1/1000=0.002
同理可求得:
f2=0.004f3=0.002f4=0.004f5=0.004f6=0f7=0.008f8=0.01f9=0.004f10=0.004
再由标准度等级的定义和公式
S=(△I)max/Im×100%
可知:
此改装电表的标准度的等级1。
6.将量程为10mA的校正数据处理:
(1)由Is=Us/R其中R=100(欧)
可知:
I(升)1=U(升)1/R=0.106/100=1.06×1/1000(安)
I(降)1=U(降)1/R=0.103/100=1.03×1/1000(安)
同理可求得:
I(升)2=2.01×1/1000(安)I(降)2=1.97×1/1000(安)
I(升)3=3.05×1/1000(安)I(降)3=2.98×1/1000(安)
I(升)4=3.99×1/1000(安)I(降)4=3.97×1/1000(安)
I(升)5=5.03×1/1000(安)I(降)5=4.99×1/1000(安)
I(升)6=6.04×1/1000(安)I(降)6=6.00×1/1000(安)
I(升)7=7.07×1/1000(安)I(降)7=7.08×1/1000(安)
I(升)8=8.05×1/1000(安)I(降)8=8.05×1/1000(安)
I(升)9=9.05×1/1000(安)I(降)9=9.07×1/1000(安)
I(升)10=10.05×1/1000(安)I(降)10=10.02×1/1000(安)
(2)再根据
I
s=1/2(Is升+Is降)
可求得:
I
s1=1/2(1.06×1/1000+1.03×1/1000)≈1.04×1/1000(安)
同理可求得:
I
s2=1.99×1/1000(安)I
s3≈3.02×1/1000(安)
I
s4=3.98×1/1000(安)I
s5=5.01×1/1000(安)I
s6=6.02×1/1000(安)I
s7≈7.08×1/1000(安)I
s8=8.05×1/1000(安)I
s9=9.06×1/1000(安)
I
s10≈10.04×1/1000(安)
(3)由△I=Ix-Is
可求得:
△I1=Ix1-Is1=1.00×1/1000-1.04×1/1000=-0.04×1/1000(安)
同理可求得;△I2=0.01×1/1000(安)△I3=-0.02×1/1000(安)△I4=0.02×1/1000(安)△I5=-0.01×1/1000(安)
△I6=-0.02×1/1000(安)△I7=-0.08×1/1000(安)
△I8=-0.05×1/1000(安)△I9=-0.06×1/1000(安)
△I10=-0.04×1/1000(安)
(4)由误码率f=△I/Im
可求得:
f1=∣△I1∣/Im=(0.04×1/1000)/10.00×1/1000=0.004
同理可求得:
f2=0.001f3=0.002f4=0.002f5=0.001f6=0.002f7=0.008f8=0.005f9=0.006f10=0.004
再由标准度等级的定义和公式
S=(△I)max/Im×100%
可知:
此改装电表的标准度的等级1。
七.实验结果表达:
电表按要求已经改装。
经校正后,我们知道量程为5mA的电流表的标准度等级为1。
量程为10mA的电流表的标准度等级为1。
校正图如下:
八.实验结论与心得:
电表的改装与校正设计虽不算难,但在求R1,R2的表达式的时候遇到点困难,
经过老师几次检查与提示才搞出来。
几乎整个设计都是一个人做的,(虽然大部
分结果是跟搭档经过讨论才得出的)也知道它的实在性。
操作的较顺利,一个
午就做完了。
以前做的物理实验设计大部分都是抄书上的,老师还会讲,这样我
们做完了之后一点感觉都没。
什么都没学到。
做设计性实验虽然要发时间,但收
获多,所以我觉得学校应该一个学期让我们少做几个实验,但每个实验都必须我
们自己设计与操作。
这样自己即使学的不多,但心里却很塌实。
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- 关 键 词:
- 将微安表改装成多量程电流表并进行初校 微安 改装 多量 电流表 进行