1.6 實踐項目 基本電工儀表的使用與測量誤差的計算

項目目的

熟悉實驗臺上儀器儀表的使用和布局，熟悉恒壓源與恒流源的使用和布局，掌握電壓表、電流表內電阻的測量方法；會測量電壓表和電流表的內電阻，會計算電工儀表的測量誤差。

設備材料

1）直流數(shù)字電壓表、直流數(shù)字電流表（EEL-06組件或EEL系列主控制屏）。

2）恒壓源（均含在主控制屏上，根據(jù)用戶的要求，配置：雙路0～30V可調）。

3）恒流源（0～500mA可調）。

4）掛箱（含電阻箱、固定電阻及電位器）。

本實驗使用的電壓表和電流表采用帶有表頭組件的表頭（1mA、160Ω）及其由該表頭串、并聯(lián)電阻所形成的電壓表（1V、10V）和電流表（1mA、10mA）。

1.6.1 任務1 用“分流法”測量電流表的內阻

通常，用電壓表和電流表測量電路中的電壓和電流，而電壓表和電流表都具有一定的內阻，分別用R_V和R_A表示。如圖1-26a所示，測量電阻R₂兩端電壓U₂時，電壓表與R₂并聯(lián)，只有電壓表內阻R_V無窮大，才不會改變電路原來的狀態(tài)。如果測量電路的電流I，電流表串入電路，要想不改變電路原來的狀態(tài)，電流表的內阻R_A必須等于零。但實際使用的電壓表和電流表一般都不能滿足上述要求，即它們的內阻不可能為無窮大或者為零。因此，當儀表接入電路時都會使原來的狀態(tài)發(fā)生變化，使被測的讀數(shù)值與電路原來的實際值之間產生誤差，這種由于儀表內阻引入的測量誤差，稱為方法誤差。顯然，方法誤差值的大小與儀表本身內阻值的大小密切相關。

可見，儀表的內阻是一個十分關鍵的參數(shù)。通常用以下方法測量儀表的內阻。

“分流法”測量電流表內阻的原理簡述如下。

設被測電流表的內阻為R_A，滿量程電流為I_m，測試電路如圖1-26b所示，首先斷開開關S，調節(jié)恒流源的輸出電流I，使電流表指針達到滿偏轉，即I=I_A=I_m。然后合上開關S，并保持I值不變，調節(jié)電阻箱R的阻值，使電流表的指針在1/2滿量程位置，即I_A=I_S=I_m/2，則電流表的內阻R_A=R。

本實踐的任務是根據(jù)上述“分流法”原理來測定直流電流表1mA和10mA量程的內阻。

操作步驟及方法如下。

1）實訓電路如圖1-26b所示，其中R為電阻箱，用×1000Ω、×100Ω、×10Ω、×1Ω四組串聯(lián)實現(xiàn)1Ω～10kΩ、分辨率為1Ω的可調電阻，由實驗臺主控屏上的可調恒流源供電。

2）測量量程為1mA電流表的內阻。1mA的電流表直接連接組件中的磁電系表頭。調節(jié)可調恒流源的輸出電流使表頭指針指向滿量程，保持恒流源輸出不變。改變電阻箱的阻值，使表頭指針指向中間位置，記錄電阻箱此時的值。具體測試內容見表1-2，并將實驗數(shù)據(jù)記入表中。

3）測量量程為10mA電流表的內阻。10mA電流表由1mA電流表與分流電阻并聯(lián)而成。調節(jié)可調恒流源的輸出電流使表頭指針指向滿量程，保持恒流源輸出不變。改變電阻箱的阻值，使表頭指針指向中間位置，記錄電阻箱此時的值。電流表內阻測量數(shù)據(jù)見表1-2，并將實驗數(shù)據(jù)記入表中。

1.6.2 任務2 用“分壓法”測量電壓表的內阻

“分壓法”測量電壓表內阻的基本原理簡述如下。

設被測電壓表的內阻為R_V，滿量程電壓為U_m，測試電路如圖1-26c所示。首先閉合開關S，調節(jié)恒壓源的輸出電壓U，使電壓表指針達到滿偏轉，即U=U_V=U_m。然后斷開開關S，并保持U值不變，調節(jié)電阻箱R的阻值，使電壓表的指針在1/2滿量程位置，即

U_V=U_m=U_m/2

則電壓表的內阻

R_V=R

本實踐的任務是根據(jù)“分壓法”原理來測定直流電壓表1V和10V量程的內阻。

操作步驟及方法如下。

1）實訓電路如圖1-26c所示，其中R為電阻箱，用×1000Ω、×100Ω、×10Ω、×1Ω四組串聯(lián)實現(xiàn)1Ω～10kΩ、分辨率為1Ω的可調電阻。

2）1V直流電壓表用電磁表頭和電阻串聯(lián)組成。由實驗臺主控屏上可調恒壓源供電，調節(jié)可調恒壓源的輸出電壓使表頭指針指向滿量程，保持恒壓源的輸出不變，改變電阻箱的阻值，使表頭指針指向中間位置，記錄電阻箱此時的值。具體測試內容見表1-3，并將實驗數(shù)據(jù)記入表中。

3）10V直流電壓表也用電磁表頭和電阻串聯(lián)組成。由實驗臺主控屏上可調恒壓源供電，調節(jié)可調恒壓源的輸出電壓使表頭指針指向滿量程，保持恒壓源的輸出不變，改變電阻箱的阻值，使表頭指針指向中間位置，記錄電阻箱此時的值。電壓表內阻測量數(shù)據(jù)見表1-3，并將實測數(shù)據(jù)記入表中。

1.6.3 任務3 方法誤差的測量和計算

在圖1-26a電路中，由于電壓表的內阻R_V不為無窮大，在測量電壓時引入的方法誤差計算如下。

R₂上的電壓為，若R₁=R₂，則U₂=U/2

現(xiàn)用一內阻R_V的電壓表來測U₂值，當R_V與R₂并聯(lián)后，，以此來代替上式的R₂，

則得

絕對誤差為

若R₁=R₂=R_V，則得ΔU=U/6

相對誤差為

1．操作步驟及方法

1）實訓電路如圖1-26a所示，其中R₁=R₂=300Ω，電源電壓U=10V（可調恒壓源）。

2）用直流電壓表10V檔量程測量R₂上的電壓U₂之值，將實測數(shù)據(jù)記入表1-4中。

3）計算測量的絕對誤差和相對誤差，將方法誤差的測量與計算數(shù)據(jù)記入表1-4中。

2．注意事項

1）實驗臺上的恒壓源、恒流源均可通過粗調（分段調）波動開關和細調（連續(xù)調）旋鈕調節(jié)其輸出量，并由該組件上的數(shù)字電壓表、數(shù)字毫安表顯示其輸出量的大小。在啟動這兩個電源時，應顯示其輸出電壓或電流調節(jié)旋鈕置零位，待實驗時慢慢增大。

2）恒壓源輸出不允許短路，恒流源輸出不允許開路。以后的實訓中都要注意這一點。

3）電壓表并聯(lián)后測量，電流表串入后測量，并且要注意極性與量程的合理選擇。

3．思考題

1）根據(jù)已知表頭的參數(shù)（1mA、160Ω），計算出組成1V、10V電壓表的倍壓電阻和1mA、10mA電流表的分流電阻。

2）若根據(jù)圖1-26b和圖1-26c已測量出電流表1mA檔和電壓表1V檔的內阻，可否直接計算出10mA檔和10V檔的內阻？

3）用量程為10A的電流表測實際值為8A電流時，儀表讀數(shù)為8.1A，求測量的絕對誤差和相對誤差。

4）圖1-27a和圖1-27b為伏安法測量電阻的兩種電路，被測電阻的實際值為R，電壓表的內阻為R_V，電流表的內阻為R_A，求兩種電路中被測電阻R的相對誤差。

4．項目報告

1）根據(jù)表1-2和表1-3的數(shù)據(jù)，計算各被測儀表的內阻值，并與實際的內阻值相比較。

2）根據(jù)表1-4的數(shù)據(jù)，計算測量值的絕對誤差和相對誤差。

3）回答思考題。