电表的改装与校准(二)——将表头改装为伏特表、欧姆表;校正改装后的电表备课讲稿

电表的改装与校准（二）
———— 将表头改装为伏特表、欧姆表；校正改装后的电表
【实验目的】
1、了解磁电式电表的基本结构；
2、掌握电表的校准方法，学会作校准曲线。

【实验仪器】
二、电表的改装
（1）将表头改装为安培表 （2）将表头改装为伏特表
表头的满度电压很小，一般为零点几伏。

为了测量较大的电压，在表头上串联电阻0R ，如图6所示，使超过表头所能承受的那部分电压降落在电阻0R 上。

表头和串联电阻0R 组成的整体就是伏特表，串联的电阻0R 称为扩程电阻。

选用不同大小的0R ，就可以得到不同量程的伏特表。

设改装后的电压表量程为U ，当表头满刻度时有：00(
1)(1)g g g g
U U U
R R n R I U -=
=-=- 式中，n 为电压表的扩程倍数。

可见，要将表头测量的电压扩大n 倍时，只要在该表头上串联阻值
为(1)g n R -扩程阻值0R 。

表头的g I 、g R 事先测出，根据需要的电压表量程，由上式即可算出应串联的电阻值。

一般地，由于电压表量程U 远大于表头的量程g U ，串联电阻0R 会远大于表头内阻g R 。

（3）将表头改装为欧姆表
最简单一种电路如图7所示。

设待改装表的内阻为g R ，量程为g I 。

电源电动势E 与固定电阻1R （称为限流电阻）、可变电阻P R （称为调零电阻）串联。

x R 为被测电阻，测量时将其接在A 、B 两点之间。

由闭合电路的欧姆定律可知，接入x R 后，表头所指示的电流：1x g P x
E
I R R R R =
+++
当E 、1g P R R R ++的值一定时，x R 的一个值与x I 的一个值相对应，即与表头指针的一个偏转角相对应，所以表面可以按电阻值来划分刻度。

现在来看三个特殊的刻度：
（1）当0x R =时，即A 、B 间短路，调节使电路中的电流1g g P
E
I R R R =
++。

此时电流强度最大，表头指针应指在满刻度。

g R 和E 是给定的，P R 是可调节的。

如果没有1R ，
电流可能超过而使表头损坏，所以1R 起限制表头电流不能超过g I 的作用，故称为限流电阻。

（2）当x R =∞时，即A 、B 间断路，电路中电流为零，所以表头指针停留在最初的刻度上，这个刻度就是电阻为∞时的刻度。

（3）当1x g P R R R R =++时，即当待测电阻值恰等于电阻挡内部电阻值时，电流
12()2
g g P I E
I R R R =
=++
此时，表头指针应该刚好指在表面正中央位置，这个刻度表示的电阻值1g P R R R R =++，称为电阻挡的欧姆中心（或中值电阻），用Z R 表示，即1Z g P R R R R =++。

式中Z R 是由综合内阻1g P R R R ++确定的。

而综合内阻可以随需要决定，也就是说可以根据需要来选定。

万用表大多数采用12Ω和24Ω来作为电阻挡刻度的欧姆中心。

综上所述，图7所示电路原则上可以测量0~∞范围内所有阻值。

依据被测电阻x R 与电流值x
I 的对应关系，可将表头的标度尺按已知电阻值划分刻度，就可以直接用来测量电阻。

因为x R =∞时，
0x I =。

表头指针在零位；x Z R R =时，2
g
x I I =
，表头指针在正中央；0x R =时，x g I I =，表头指针
在量程g I 处。

所以，欧姆表的刻度为反向刻度，且刻度是不均匀的，电阻x R 越大刻度间隔越密。

三、电表的校准
电表扩程后，要经过校准才可以使用。

所谓校准就是使被校电表与标准电表同时测量一定的电流（或电压），看其指示值与相应的标准值（从标准电表读出）相符的程度。

校准的结果得到电表各个刻度的绝对误差。

选取其中最大的绝对误差除以量程，即得该电表的标称误差。

即：100%%α=
⨯≤最大绝对误差
最大相对误差量程
根据标称误差的大小，将电表分为不同的等级，即为K 。

例如：若0.5% 1.0%<≤标称误差，则该电表的等级为1.0级。

其中0.1α=±、0.2±、0.5±、 1.0±、 1.5±、 2.5±、 5.0±是电表的等级。

根据最大相对误差的大小就可以定出电表的等级。

例如：标准某电压表，其量程为0~30V ，若该表在12V 处的误差最大，其值为0.12V ，试确定该表属于哪一级？
100%0.12
100%0.4%0.5%30
=
⨯=
⨯=<最大绝对误差
最大相对误差量程
因为0.20.40.5<<，故该表的等级属于0.5级。

电表的标准结果除了用等级表示外，还常用标准曲线表示。

即以被校电表的指示值xi I 为横坐标，以校正值i I ∆（i I ∆等于标准电表的指示值si I 与被校表相应的指示值xi I 的差值，即i si xi I I I ∆=-）为纵坐标，两个校正点之间用直线段连接，根据校正数据作出呈折线状的校正曲线（不能画成光滑曲线）。

在以后使
用这个电表时，根据校准曲线可以修正电表的读数。

【实验步骤】
1、将量程为1mA 的表头扩程为10mA 电流表，并参考图9进行校准。

2、将表头改装为0~1V 的电压表，并参考图10进行校准。

3、将表头改装为欧姆表，并绘制欧姆表表盘。

【数据记录与处理】
1、电流表的改装和校准 （选择标准表的20mA 量程） 被校表读数
()g I mA
被校表扩程后的理论值
()x I mA
标准电流表读数()S I mA
()S x I I I mA ∆=-
最大相对误差
电表精度等级
大→小
小→大
平均 0.3
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
2、电压表的改装和校准（1）改装
（2）校准
3、欧姆表的改装
思考题
1、校正电流表时，如果发现改装的毫安表读数总是高于标准电流表的读数，分流电阻应调
大还是调小?为什么?
2、校正电压表时，如果发现改装的电表读数总是低于标准电压表的读数，分压电阻应调大
还是调小?为什么?。