基本电工仪表的使用与测量误差的计算.docx
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基本电工仪表的使用与测量误差的计算
基本电工仪表的使用与测量误差的计算
基本电工仪表的使用与测量误差的计算
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
R11
UR1=───U,若R1=R2,则UR1=─U。
R1+R22
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
RV+R1
RVR1
────
RV+R1
上式中的R1,则得U’R1=──────U
RVR1
───+R2
RV+R1
RVR1
────
RV+R1R1
绝对误差为△U=U’R1-UR1=U(─────—-────)
RVR1R1+R2
───+R2
RV+R1
-R21R2U
化简后得△U=─────────────────
RV(R21+2R1R2+R22)+R1R2(R1+R2)
U
若R1=R2=RV,则得△U=-─
6
U’R1-UR1-U/6
相对误差△U%=─────×100%=──×100%=-33.3%
UR1U/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,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(%)
(a) (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
0~30V
二路
DG04
2
可调恒流源
0~500mA
1
DG04
3
指针式万用表
MF-47或其他
1
自备
4
可调电阻箱
0~9999.9Ω
1
DG09
5
电阻器
按需选择
DG09
四、实验内容
1.根据“分流法”原理测定指针式万用表(MF-47型或其他型号)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DG09中的电阻箱(下同)。
被测电流表量限
S断开时的表读数(mA)
S闭合时的表读数(mA)
RB(Ω)
R1(Ω)
计算内阻RA
(Ω)
0.5mA
5mA
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
S闭合时表读数(V)
S断开时表读数(V)
RB
(KΩ)
R1
(KΩ)
计算内阻RV(KΩ)
S
(Ω/V)
2.5V
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U’R1之值,并计算测量的绝对误差与相对误差。
U
R2
R1
R10V
(KΩ)
计算值UR1
(V)
实测值U’R1
(V)
绝对误差
ΔU
相对误差
(ΔU/U)×100%
12V
10KΩ
50KΩ
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较小(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较小。
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较小。
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(包括实验的心得、体会及意见等)。
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- 基本 电工仪表 使用 测量误差 计算