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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2. 改装电流计为5mA或10mA量程的毫安计。 根据测得的表头（微安表）量程Ig和内阻Rg以及要改装成的电
流表量程I，算出所需并联的分流电阻Rs的阻值。 按图用0.5级标准毫安表来校准被改毫安计，从0到满量程，以电
改装表按 读数上升 Us1 改装表按 读数下降 Us2 平均值Us =
（Us1+Us2） /2
修正值Us-
Us
3.确定改装毫安计和伏特计的级别。 通常改装表的级别不能高于用来校准的标准表的级别，根据实际
测量与计算结果，向低的级别靠，来确定改装表的等级。
【思考题】
1.校正电流表时发现改装表的读数相当于标准表的读数偏高，试问 要达到标准表的数值，改装表的分流电阻应调大还是调小？
【实验仪器】
THKDG—2型电表改装与校准实验仪，被改装表 量程：Ig=1mA， 内阻Rg为100Ω,如下图
1. 电流计
【实验原理】
电流计的线圈有一定的内阻，用Rg 表示，Ig与Rg是表示电流计特性的两个重要参 数。
电流计只有很小的内阻，只能测量很小的电流。 通过改装，电流计可以改装成毫安表和伏特表。
如果改装后的伏特计量程为V， 就可以算出将此电流计改装成量程 为V的伏特计所需的分流电阻Rs。
电流计改装成伏特表
Rg
Ig G
Rs
V
V Ig Rg Rs
Rs
V Ig
Rg
2.电表级别确定 电表本身产生的误差为仪器基本误差，它依使用者的不同而变
化，因而基本误差也就决定电表所能保证的准确程度。仪器的准 确度等级定义为最大绝对误差与仪表量程比例的百分数。即：
在实际运用电表时，在待测量不超过所选量程的前提下，应力求指针的 偏转要尽可能大一些，只有在测量接近仪表的量程时，才能最大限度达到这 个电表的固有准确度，以减少读数误差。
【实验内容】
1.测定电流计G的量程Ig和内阻Rg
设计测量电路并测定之内阻Rg测量，可以采用替代法、中值法等多种 方法。
替代法：如图所示，当被测电流计接在电路中时，用十进位电阻箱替代 它，而且改变电阻值，当电路中的电压不变时，则电路中的电流亦保持 不变，则电阻箱的电阻值为被测改装电流计内阻。
由右式可知，电流计的量程扩的 越大，分流电阻阻值Rp越小。取 不同的Rp值，可以制成多量程的 电流表。
电流计改装成毫安表
Ig
Rg
G
I
I
Rp
I Ig
V
I I g Rp I g Rg
Rp
I g Rg I Ig
电流计也可改装成伏特计。为了 扩大电压量程可与一高阻Rs串联， 这时两端的电位差V大部分分配在 Rs上，而电流计中所示的数目与所 加电位差成正比。只需选择合适的 高电阻Rs与电流计串联作为分压电 阻，允许比原来IgRg大的电压加到 电流计和与电流计串联的分压电阻 所组成的伏特计上。这就改装成了 一只伏特计，这时电表面板上指示 值就是要按预定要求满刻度值V， 即伏特计量程V的要求来读取数据。
电表的改装 和校准
电学实验首要的注意事项为： 避免电流过大！
采取的预防措施：
1.每次实验前把电源输出旋钮调到最小位 置，电阻旋钮调到最大位置。 2.根据电路图正确地连接线路，注意接入 的极性，避免指针反偏和打针。
【实验目的】
（1）学会掌握电表改装的基本原理和方法，按照实验原 理设计测量电路。 （2）了解电流计的量程Ig和Rg在实验中所起的作用，掌 握测量它们的方法。 （3）掌握毫安表和电压表和欧姆表的改装，校准 和使用 方法，了解电表面上符号的含义。 （4）熟悉电表的规格和用法，了解电表内阻对测量的影 响，掌握电表级别的定义。
电流计可以改装成毫安计，电 流计只能通过很小的电流，为了 扩大电流计的量程，可以选择一 个适当的分流电阻Rp与电流计并 联，允许比电流计量程大的电流 通过，由电流计与电流计并联的 分流电阻所组成的毫安计，这就 改装成一只毫安计，这时电表面 指针的指示值就要按预定的要求 设计满刻度值I，即毫安计量程I 的要求来读取数据。
流计面板为横坐标，标准毫安计读数为纵坐标，用毫米方格纸做 出校准曲线。 计算改装表的级别。
图2 改装毫安计的校准
标准表读 1mA 2mA 3mA 4mA 5mA 6mA 7mA 8mA 9mA 10mA
数Is
改装表按 读数上升 Is1
改装表按 读数下降 Is2
平均值 = （Is1
Is
+Is2）/2
I 修正值Iss
3. 改装电流计为1V量程的伏特表。 改装电流计为1V量程的伏特计，按图（3）用0.5级标准
数字伏特表来校准被改装伏特计。从0至满量程，以电 流计面板读数为横坐标，标准伏特计读数为纵坐标，用 毫米方格纸做出校准曲线
图3 改装伏特计的校准
数据记录表:
标准表 0v 0.1v 0.2v 0.3v 0.4v 0.5v 0.6v 0.7v 0.8v 0.9v 1v 读数Us
2.校正电压表时发现改装表的读数相当于标准表的读数偏低，试问 要达到标准表的数值，改装表的分压电阻应调大还是调小？
最大绝大绝对误m)
k%= 量程（Am ) Χ100%
例如某个电流表量程为1A，最大绝对误差为0.01A，
那么k%= 0.01A Χ100%=1%（级别为1级）
1A
这个电流表的准确度等级就定义为1.0级。反之如果某个电流表的准确度等 级是0.5级，量程为1A，那么最大绝对误差为0.005A。电表的准确度可分为0.1， 0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5等七个等级。其中数字越小，准确度越高。实验室 常采用1.0级，1.5级电表，准确度要求较高的测量用0.5级或0.1级的。