电表的改装与校准
电表的改装与校准
设计性实验电表的改装一、教学目标•学会测定微安表（表头）的内阻；•熟悉电流表、电压表的构造原理，学会改装电流表、电压表的基本方法。
•掌握校准电流表、电压表的基本方法。
二、重点与难点•重点：测定表头的内阻；改装电流表、电压表的基本方法。
•难点：校准电流表、电压表的基本方法。
三、实验内容•测定表头的内阻；•改装和校准电流表；•改装和校准电压表；•根据上述测量内容绘制数据表；作△I-I x校准曲线和△U-U x校准曲线。
•初步定出改装电流表、电压表的等级。
四、教学方法•采用讨论式、提案式教学方法五、教学过程设计（一）可选用的仪表1.待改装的微安表：量程为1000μA，等级为1.0级2.标准毫安表、标准电压表：各1个，等级为0.5级3.电阻箱：1个，量程为99999.9Ω，等级为0.1级4.滑线变阻器：2个5.直流稳压电源：输出电压约为1.5V6.单刀或双刀开关，导线若干条。
（二）内容1．实验要求将量程为1000μA、精度等级为1.0级的表头改装成量程为10mA的电流表和量程为1V的电压表，要求改装后电表的精度等级不低于1.5级。
2．如何测量微安表（表头）的内阻？测定表头内阻有许多方法，本实验采用代替法测表头的内阻。
按图1所示接线。
G1为待测的微安表头，标准表G2的精度等级要比表头G1高，其量程与表头G1的量程相接近。
开关K1合上，K2打向1，调节变阻器R，使标准表G2的偏转值为n整数格（注意不能超出G1表量程）。
再把K2打向2，调节电阻箱R n（R n代替表头G1），使G2的偏转值仍为n格，此时R n的示值就等于待测表头G1的内阻R g 。
注：R g一定要测量精确（R g：120～180Ω），否则将会直接影响改装表的等级。
3．如何扩大微安表的量程（即改装成毫安表或安培表）？在表头两端并联一个阻值较小的分流电阻R P（如图2），使流过表头的电流只是总电流的一部分。
表头G和R P组成的整体就是电流表。
选用不同阻值的R P能得到不同量程的电流表。
电表的改装和校准
实验6.16 电表的改装和校准1. 实验目的(1) 掌握改装电流表和电压表的原理和方法； (2) 学会校准电流表和电压表。
2. 实验仪器微安表(量程100μA)二个，毫安表(量程15mA)，伏特表(量程15V)，ZX21型旋转式电阻箱，滑线变阻器(0～100Ω)，直流稳压电源(0～15V)，单刀双掷开关各一个。
3. 实验原理在实验工作中，我们往往要用不同量程的电流表或电压表来测量大小悬殊的电流或电压。
例如从几微安到几十安，从几毫伏到几千伏。
但电表厂一般只制造若干规格的微安表和毫安表(通常称为表头)，我们可以根据实际需要，用并联分流电阻或串联分压电阻的方法，把它们改装成不同量程的电流表和电压表。
(1) 扩大微安表的量程若要扩大微安表(或毫安表)的量程，只要在微安表两端并联一个低电阻R s ，(称为分流电阻)即可，如图 6.16-1所示。
由于并联了分流电阻R s ，大部分电流将从R s 流过，这样由分流电阻R s 和表头组成的整体就可以测量较大的电流了。
设微安表的量程I g ，内阻为R g ，若要把它的量程扩大为I 0 ，分流电阻R s 应当多大？当AB 间的电流为I 0时，流过微安表的电流为I g (这时微安表的指针刚好指到满刻度)，流过R s 的电流I s = I 0 - I g ，由于并联电路两端电压相等，故0()g s g g I I R I R -= 0g g s gI R R I I ∴=- (1)通常取I 0= 10I g ，100I g ，… ，故分流电阻R s 一般为R g / 9 ，R g / 99 ，… 。
即：要把表头的量程扩大m 倍，分流电阻应取 1g s R R m =-(2) 把微安表改装成电压表若要把微安表改装成电压表，只要用一个高电阻R m (称为分压电阻)与原微安表串联即可，如图6.16-2所示。
由于串联了分压电阻R m ，总电压的大部分降在R m 上，这样由分压电阻R m 和表头组成的整体就可以测量较大的电压了。
电表的改装与校准
04 电表的校准操作
校准前的准备
确定校准目的
明确电表校准的目标，是为了检测电 表的准确性、调整误差还是为了满足 特定标准。
选择校准设备
根据校准目的选择合适的校准设备， 如标准电阻、标准电流源等。
准备记录工具
准备用于记录校准数据的工具，如笔 记本、测量仪表等。
熟悉电表规格
了解被校准电表的规格、技术参数和 测量范围，以便进行准确的校准。
按照改装方案逐步进行改装操 作，如焊接、接线等。
检查与调试
完成改装后，检查电表是否正 常工作，并进行必要的调试，
确保电表性能符合要求。
改装后的测试与验证
测试精度
通过标准仪器或已知准确 度的电表进行比较测量， 测试改装后电表的测量精 度是否满足要求。
验证范围
在改装后的量程范围内， 测试电表是否能够准确测 量各种电流或电压值。
改装与校准的重要性
提高测量精度
保障用电安全
通过改装与校准，可以修正电表的误差， 提高其测量精度，从而保证计量的准确性 和公正性。
准确的电表能够及时发现电路故障和异常 用电行为，有助于保障用电安全。
降低能源消耗
促进节能减排
通过校准电表，可以更准确地计量电能消 耗，有助于用户合理安排用电计划，降低 能源消耗和碳排放。
家用智能电表的改装与校准需要遵循相关标 准和规范，如《智能电能表技术规范》等， 以确保改装后的电表能够满足家庭用户的计
量需求，同时保障用户的安全和隐私。
案三：实验室电表的改装与校准
实验室电表主要用于科学研究、教学和实验等领域， 需要具备高精度、高稳定性和可重复性等特点。因此 ，实验室电表的改装与校准要求较高。改装主要包括 定制化的电路设计、传感器配置和数据处理模块等。 校准则需要使用精密可调的标准信号源进行测试，确 保电表的误差和线性度等指标达到要求。
电表的改装与校准
实验原理
设改装后的电流表量程为I，则有
I-IgRsIgRg RsIIg-R Ig g
若 I=nIg，则有Rs=Rg/(n-1)。 当表头的量程Ig和Rg确定后，根据所需扩大量
程的倍数n，就可以计算出所需并联的分流电阻Rs。
实验原理
2. 毫安表改装伏特表 毫安表的电压量程为IgRg，虽可直接测量电压，
电表的改装与校准
实验原理
1. 电流表扩大量程
使表针偏转到满刻度所需的电流Ig称为表 头（电流）的量程，Ig越小表头的灵敏度越高。 表头内线圈的电阻Rg一般很小，欲用表头测量 超过其量程的电流，就必须扩大它的量程。
实验原理
扩大量程的方法是在表头上并联一个分流电阻 Rs，如下图所示。图中虚线框内由表头和分流电阻 Rs组成的整体就是改装后的电流表。
实验内容及步骤
0.10
0.05 0
-0.05 -0.10
△IX/mA
2.00
4.00
6.00
8.00
电流表校正曲线
10.00 IX/mA
实验内容及步骤
电流表校正数据表格
单位 mA
分流电阻 RS: 计算值
Ω 实验值
Ω
IX
IS
△IX= IS- IX
实验内容及步骤
2. 将5mA的电流表改装成量程为10V的电压表 （选作）
(2mA)。这时表头示值正好等于电阻箱R3 的读数， 实验按下表格要求测量3次。
I/mA Rg/Ω Rg/Ω
测量表头内阻数据表
实验内容及步骤
2. 将5mA的表头改装成量程为10mA的电流表
实验内容及步骤
a)根据测出的表头内组Rg，求出分流电阻Rs（计 算值）。将电阻箱调到Rs后，图中的虚线框即 为改装后的10mA电流表。
电表的改装和校准
2 2
测量微安表内阻电路图
1Leabharlann 222重复测量5次，取平均。
2
数值就是 A 的内阻。
1
2. 把微安表改装成毫安表（扩大量程）
将微安表扩大量程改装成 毫安表，需要在微安表的两端并 联电阻（分流）。 设微安表量程为 I 0 ，内 阻为 r0 ，要改装后的毫安表 量程扩大n倍。 根据欧姆定律， 改装后的毫安表 校验标准表
电表的改装和校准
实验目的：
1. 学习电表内阻的测量方法；
2. 掌握改装电表和校验电表的原理和方法；
3. 学习在实验中正确使用电路图。
实验内容及原理
改装表头
参考表头
1. 测量待改装表头内阻 方法 —— 取代法
要测改装表头 A 的内阻， A 将它和参考表头 串联，在 两端加一定的电压，使 偏 A 转为某一值，然后 将 A 换为电阻箱 R ，保持原 电压不变，调节 R 使 A 的示 数达到原来的数值，则 R 的
I 0 r0 (n 1) I 0 Rs
根据实验要求先计算并联电阻值
20 30 40 50 当原表 A读数分别为 10 A、 A、 A、 A、 A
1
Rs
r0 n 1
改装毫安表读数应为多少？
3. 把微安表改装成伏特表
改装后的伏特表 将微安表改装成伏特表， 需要将微安表与一高值电阻串联 （分压）。 根据欧姆定律， 改装后的伏特表电压V与通过 A1 电流I的关系为： 校验标准表
准确度等级%=
最大示值差 量程 100%
注意事项
1.电路连接中注意电表的正负极，不要接反。 2.电路中划线变阻器起限流分压的作用，应先调到分压 最大的一端。 3.校准时先确定零点，再校准量程，然后校准刻度。
电表的改装与校准
4 测定R1和R2的阻值，并装配成安培表和伏 特表 5 调整改装成的安培表和伏特表的满量程， 并对分度进行校准。 要求：画出电路图，拟出操作计划，列出 校准结果表格，测出结果，并作出校准曲 线。 提示：以被校表的读数与标准表的读数的 差为纵坐标，以被校表的指示值为横坐标 做校准曲线。
注意事项
1.接通电源前，应检查滑线变阻器的滑键 是否在安全位置。 2.调节电阻箱时，防止电阻值从9到0的突 然减小。 3.记录时注意有效数字位数。
电表的改装和校准
简单设计性实验
任务
将一个表头改装成一个能测量0-100mA的 安培表和一个能测量0-3V的伏特表
目的
初步培养学生能根据要求，设计简单实验 的独立工作能力 巩固电学基本仪器的使用
பைடு நூலகம்纲
首先应知道表头的满度 电流Ig和内电阻Rg,算 出分流电阻R1和分压电 阻R2。再装配成安培表 和伏特表，经校准后可 供使用。
报告内容
1 实验名称、目的与任务 2 分项列出仪器清单，包括型号规格 3 分项列出计算公式，电路图，数据表格。
参考步骤
1 用比较的方法测定表头的满度电流Ig 要求：画出电路图，拟出操作计划，测出结果。 提示：将表头和标准微安表相串联，改变通过 表头的电流强度，使表头指针偏转到满刻度为止。 2 测定表头的内电阻Rg 要求：画出电路图，拟出操作计划，测出结果。
提示：（1）当表头指针偏转到满刻度时，如果在 表头上并联一个阻值和表头内阻Rg相等的电阻， 则表头的偏转将减小一半。注意这时应保持总电 流不变。---半值法 （2）让微安表和表头串联并使微安表的示 值较大，再让微安表和电阻箱串联并且微安表的 示值仍为同一个值，就认为表头的内阻和电阻箱 的阻值相同—替代法 3 计算出表头改装为安培表时的分流电阻R1和伏 特表时的分压电阻R2。 要求：列出计算公式，算出结果。
电表的改装与校准
保持单刀双掷开关同时闭合两个回路，调节变阻箱阻值为1/99倍微安表内阻，此时可视为初步完成电表改装，校准电流表，调节两个变阻箱，使得当表头指向最大示数时万用表测得电流值为10mA，此时即完成改装。
【数据处理与结果】（画出数据表格、写明物理量和单位，计算结果和不确定度，写出结果表达式。注意作图要用坐标纸）
3)预习报告要按实验设计的要求写好，经与教师讨论后再进行实验。
【实验内容】
将100mA表头改装成10mA表头,并作校准曲线。
注意！R串同时起到保护电表作用，应预先接入电阻，并防止误拨入“0”档。
先将电路如上图连接：
测量出微安表头达到最大示数时的电流值，调节变阻箱，使电路中的电流值和微安表头达到最大示数时的电流值相等，此时认为变阻箱阻值即为表头内阻。
【实验目的】
1、掌握将Μa表改装成较大量程的电流表的原理和方法。
2、学会校准电表。
【实验原理】（原理概述，电学。光学原理图，计算公式）
电流表的量程Ig它具有表头电阻Rg，所以具有满度电压Ug=IgRg。改装电表的过程实际上是欧姆定律在电路中的应用——被测电流I>Ig时，采用并联电路，让一部分电流I’分流；被测电压I>Ug时，采用串联电路，让一部分电压承加到外加串联电阻上。
I
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
10.00
Is
0.884
1.859
2.838
3.812
4.806
5.816
6.810
7.845
8.957
10.000
Is'
0.884
电表改装和校正
标准表量程选10mA
用电箱 取100Ω
（Ⅱ）校准零点和量程
未接通电源前，调零点 调节器使两表指针指零。
接通电源,调节 R和Rs ， 两表要同时满偏。
（Ⅲ）校准刻度 ：移动滑动变阻器R
先下行：满偏→零 数据
后上行：零→满偏 数据
必须调 到100.0
改装表格数 0.0 10.0 20.0
标 下行
准
表 格
2、步骤：
（Ⅰ）线路图：为了改变欧姆表量程，采用 P-93电路图（图3－10）：
电阻箱 30Ω
11KΩ
电阻箱
1.5V
注意：当Rg＋RΩ 》RS 时, R中≈Rs＝30Ω
（Ⅱ）计算 RΩ 上下限： 上限（理论值）： 下限：
1.65 Rmax I g Rg
R min=R i＝11kΩ
取 R0（预置值）＝Rmax－Rmin＝5.5k－Rg
（1）计算分流电阻Rs 表头满标度电流 Ig=100μA
改装表量程 I＝10mA 设表头内阻 Rg 若 I＝nIg ， 则分流电阻（理论值）
Rs＝Rg/（n－1）＝Rg /（100－1)
（2）电流表的校准（P93 图3-11）
用电阻箱取 分流电阻的
（(Ⅰ)
K改＝2.5，K标/K改<1/3
理论值
所以 K标 取0.5级,
必须调 到100.0
标准表读数
二、将表头改装成欧姆表
1、欧姆表的工作原理
将表头与可变 电阻 R0 ，固定电阻Ri ，电池 串联起来，就构成了一个 简单的欧姆表。
当接上外电阻 Rx 时， I＝E/（Rg＋R0＋Ri＋ Rx）。可见，当E、R0、Ri、Rg 一定时，I 与 Rx
一一对应，但不是简单的线性关系。因此，欧姆 表面板上的刻度值是不均匀的。
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电表的改装与校准
电流计表头一般只能测量很小的电流和电压，若要用它来测量较大的电流和电压，就必须对其进行改装来扩大其量程。
改装成电阻表或者交流电表等，都是由表头加一些元件组合而成的。
各种多量程表（包括多用途的万用表）就是用这种办法制作的。
[实验目的］
1.掌握扩大电表量程的原理和方法。
2.学会用实验方法测定电流计表头的内阻。
3.学会对改装表进行校正和测绘校正曲线，并能理解电表准确度等级的含义。
[实验仪器］
微安表头，电阻箱，滑线变阻器，稳压电源（或电池），标准电压表，标准电流表等。
[实验原理]
电流计表头，也叫微安表，它的工作原理在前面《电磁学实验》中已讲过，请参看《磁电式电表原理》一段的讲述。
它有两个重要的参数，一个是量程I g ，一般为几十微安到几百微安，是指针偏满度的最大测量电流值；另一个是内阻R g ，它是U 形磁铁的极掌的圆洞形磁场中可转动线圈的电阻阻值，该阻值大小一般为几百欧到几千欧，该线圈的转轴上装有表针，可指示转角大小。
所以μA 表只能测很小的电流和电压，要想测较大的电流、电压、电阻或者其它量，就必须加一些元件进行改装、校准和刻度，而变成一个新量程和新功能的电表。
为了说明它的精确度，还要进行测量和计算，按国家颁布布的七个等级标准确认新改装表的等级。
1.电流表的扩大量程
如欲用μA 表测量超过其量程的电流表，就必须扩大其量程。
扩大量程的方法是在电表两端并联一个分流电阻R s ，如图7-1所示，图中虚线框内的μA 表和R s 组成了一个新的电流表，设新表量程为I ，则当流入电流为I 时，由于流入
原μA 表的最大电流只能为I g ，所以I －Ig 的电流必须
从分流电阻Rs 上流过。
由欧姆定律知
I g R g = (I －Ig)R s
式中，Rg 是μA 表的内阻，分流电阻
g g g s R I I I R -=，令n I I g =称为量程的扩大倍数，则分流电阻为
g s R n R 1
1-= （7—1） 当确定μA 表的参量I g 和R g 后，根据所要扩大量程的倍数n ，就可算出需要并联的分流电阻R s ，实现电表的扩程。
同一电表，并联不同的分流电阻R s ，就可得到不同量程的电流表。
2.μA 表改装成电压表
图 7-1
如欲用量程为I g ，内阻为R g 的μA 表测量电压，其
电压量程仅为V g =I g R g ，一般在0.01～0.1V 量级，显然
是很小的。
若要用它测量较大的电压，则可采用如图7-2
所示，串联分压电阻R m 的方法来实现。
虚线框中的μA
表和R m 组成一只量程为V m 的电压表，该电压表的总内阻为g m g m I V R R =+，分压电阻为 g g
m m R I V R -= （7—2） 在计算R m 时，通常先计算将量程为I g 的μA 表改装成1V 的电压表所需要的总内阻，它等于g
I 1，称为每伏欧姆数，这是一个很重要的参量；当需要将电表改装成量程为V m 的电压表时，只要将V m 乘以每伏欧姆数，然后减去电表内阻R g ，就可确定分压电阻R m 的大小。
同一μA 表串联不同的分压电阻R m ，就可得到不同量程的电压表。
3.改装表的校准
电表在扩大量程或改装后，还需要进行校正。
校正的目的是：（1）评定该表在扩大量程或改装后准确度的等级；（2）绘制校正曲线，以便于对扩大量程或改装后的电表能准确读数。
所谓准确度等级是国家对电表规定的质量指标，它以数字形式标明在电表的表盘上，如标明为S 级（S 为0.1,0.2,0.5,1,1.5,2.5,5等七个中的一个），则各点的最大示值误差Δ仪=量程×S%。
常用的简便的校准方法就是比较法，将待校表与级别较高的标准表进行比较。
对扩大量程后的电流表可用标准电流表进行校准，线路如图7-3所示。
校准点应选在扩大量程后的电表的全偏转范围内各个标度值的位置上，确定各校正点的ΔI = I x －I s 值。
这样不仅可与等级度误差Δ仪作比较，以判定各校正点的ΔI 是否超过Δ仪，而且可作ΔI －I x 曲线，供使用时对读数作修正。
对改装后的电压表则用标准电压表进行校准，线路如图7-4所示。
校正点同样应选择在改装表的所有标度值的位置上，确定各校正点的ΔV=V x －V s 值，与等级度误差Δ仪作比较，并作ΔV －V x 曲线。
图 7-2
mA
图7-3 图7-4
4.欧姆表的改装与校定刻度
（1）由给定表头的I g、R g及电源电压变化范围（设为 1.3v~1.6v），计算限流电阻R（=R s+R′）数值的变化范围。
（2）选一固定电阻，使其阻值R s等于R的下限值；再选一个电位器（或电阻箱），使其阻值R′等于或略大于R的上下限值之差。
将它们与电源、表头连接电路，就成为一个欧姆表。
电路自己设计。
（3）将欧姆表两极短路（R x=0），调节R′，使表头指针指向满刻度。
（4）用电阻箱作R x接到欧姆表两极间，在电阻箱上取几个特定的整数值R si（即把电阻箱取值做为标准值，从0开始改变阻值），记下表头指针相应的刻度d i，利用这一组数据给欧姆表进行读数标度。
（5）调电阻箱使电流I= 0.5Ig，这时电阻箱的值，即为中值电阻值。
[注意事项]
应严格遵守电学实验操作规程。
[预习思考题]
1.电表扩大量程的方法和条件是什么？
2.电表的每伏欧姆数有什么意义，它有何用处？现有某电表，其I g=100μA，R g=1kΩ，欲将它改装成量程为100V的电压表，计算R m。
3.为何要校准电表？方法特点是什么？
4.各电路中变阻器R1起什么作用？开始时活动端应放在什么位置？R2起什么作用？应如何正确调节？
5.能否用μA表再加一些元件设计一个电阻表，注意设计倍率(×1，×10，×100，×1K)，并用标准电阻即电阻箱从0Ω到∞对电阻表进行刻度。
[分析讨论题]
1.能否缩小电表的量程？
2.扩展多量程电流表时，有几种电路方式？比较其优劣。
3.设想测量电表内阻的各种方法。