(完整精品)大学物理实验报告之万用表的使用

大学物理实验报告姓名学号学院班级实验日期2017年6月6日实验地点：实验楼B413室实验名称万用表的使用组号第组【实验目的】1.了解万用电表的结构原理。2.学会正确使用万用电表测量电学量。3.掌握数字万用电表的正确使用方法。【实验器材】指针式万用电表、数字式万用电表、电阻箱、电阻两支、直流电源、实验装置板、导线。【实验原理】万用电表是最常见的仪表之一。它可以测量交流电压、直流电压、直流电流和电阻等电学量。虽然万用电表的准确度低，但使用方便。因此，在电学实验、电工测量、电子测量等方面得到广泛使用。万用电表类型很多，但结构上都由表头、转换开关、测量电路三部分组成。变动转换开关，便可选择不同的测量量及量程。有的万用电表还可以测量交流电流、音频功率、阻抗、电容、电感、半导体三极管的穿透电流或直流放大倍数。1.指针式万用电表指针式万用电表是由表头、表盘、表箱、表笔、转换开关、电阻和整流器构成。表头一般为磁电式电流表。它允许通过的最大电流（满偏电流）一般为几微安到几百微安。在它的表盘上，有多种标度尺。转换开关是由一些固定触点和活动触点组成，其作用是使被测对象与表内不同测量线路相接。测量电路是由电阻、整流元件、干电池等组成的，其作用是使表头适用于不同的测量项目和不同的测量范围。对于不同的测量项目，测量线路的结构是不同的。(1)直流电流挡其表头本身就是一个测量范围很小的直流电流表。根据分流原理，表头与电阻并联就可增大测量范围，若表头与不同阻值的电阻并联，就可得到不评分同的量程。并联电阻越小，量程也就越大。图1是多量程直流电流挡原理图。(2)直流电压挡表头本身也是一个量程很小的直流电压表，其量程为Vg=IgRg（Ig为表头满偏电流，Rg为表头内阻）。根据分压原理，表头与不同的电阻串联就能得到不同的量程。图2是多量程电压表原理图。(3)交流电压挡磁电式表头内永久磁体的磁场方向恒定，当通过交流电时，作用在可动部件上的力矩方向将随电流方向的变化而变化。由于表头可动部分惯性较大，它在某一方向力矩作用下，还来不及转动，力矩的方向又发生了变化，这样，表头的指针实际上不可能转动。所以，必须把交流电转换成直流电，才能测量。图3是多量程交流电压表原理图，图中D1、D2为整流元件。(4)电阻挡图4是欧姆表的原理图，它由表头、电池、电阻Ri和调零电阻R0组成。在a、b两端即红、黑两表棒之间可接入待测电阻Rx。测量前，先把两表棒短路即Rx=0。调节调零电阻R0使表头指针指到刻度线右端的满刻度，即欧姆表的零点。此时，电路中的电流（式1）式中Rz=Rg+R0+Ri+r称为欧姆表的综合电阻。这一步骤称为欧姆表的调零。测量未知电阻Rx时，将它接入两表棒之间，则电路中的电流为：（式2）从上式可见，当ε和RZ恒定时，I仅随Rx而变。它们之间有一一对应的关系。如果在刻度线上不同位置刻出相应的电阻值，那么在测量未知电阻时就可以在刻度线上直接读出被测电阻的数值。从式2还可以看出，Rx越大、I越小，表头指针偏转的角度越小，刻度的间隔也越小。当Rx→∞，即a、b间开路，I→0，指针在刻度线左端位置不动，所以刻度线左端的欧姆刻度为∞。当Rx=Rz时，I=ε2Rz=12Ig，指针将在刻度线的中央，所以Rz又称为中值电阻。综上所述，当Rx在0→∞之间变化时，指针将在刻度线右端到左端位置间变化，正好与电流表、电压表的刻度相反。另外，标尺的刻度是不均匀的，Rx越大，刻度越密。读数时必须注意。为了精细地读数，万用电表中欧姆挡都有多种挡次。不同挡次的中值电阻是不同的，不同挡次之间通常采用十进制。具体线路较复杂，不在这里讲述。测量时，究竟应选择哪一挡次，这要看被测电阻的值而定。原则上应尽量选用Rx在该挡次的中值电阻附近。应该指出，由于新旧电池内阻r的变化，或者在换挡使用时，由于电路参数的变化，式1的条件往往不能满足。就是说，当Rx=0时，电路中的电流将不等于Ig,表买的指针并不指在刻度线右端的零欧姆处，产生了系统误差。因此测量前必须通过调零，以改变R0的阻值来满足式1的要求，从而达到I与Rx的函数关系式2不变的目的。2.数字式万用电表数字式万用电表是根据模拟量与数字量之间的转换来完成测量的，它能用数字把测量结果显示出来。其原理方框图如图5所示，主要包括直流电压变换器、模－数转换器、计数器、显示器和逻辑控制电路等部件。直流电压变换器的作用是把被測量（如电流、电阻等）变换为电压；模－数转换器则是把电压转换为数字量；计数器可对数字量进行运算，再把结果经过译码系统送往显示器进行数字显示；逻辑控制电路主要对整机进行控制及协调各部件的工作，并能使其自动重复测量。【实验步骤】1.准备(1)观察万用表，仔细观察万用表板面，认清各标度尺的意义，并弄清“转换开关”和欧姆“调零”旋钮的作用。(2)注意指针是否指“0”。若不指“0”,调节“机械调零”旋钮，使指针指向“0”。(3)接好表笔（红表笔应插人标有“＋”号的孔）。(4)根据待测量的种类（交流或直流电压、电流或电阻等）及大小，将“选择开关”拨到合适的位置。若不知待测量的大小，应选择最大量程（或倍率）先行试测。若指针偏转程度太小，可逐次选择较小量程（或倍率）。2.测量(1)测出图6实验板所给的电阻Rl、R2、R3、R4的阻值。(2)测出实验板所给的半导体二极管Dl、D2的正、反向电阻阻值。（黑表笔为正电压端）(3)观察电解电容的漏电电流（用“1K”挡）。(4)把直流电源调至5V左右（不得超过6V)，并把实验板接到电源上，注意正、负端（红接正、黑接负），将开关合上（打在ON处），红色灯泡即“亮”。将万用电表转换开关置于直流电压挡（DC10V)，测出此时灯泡两端的电压值。(5)将开关断开（打在OFF处），灯泡熄灭，将万用电表转换开关置于直流电流挡(DC5OOmA),将红表笔接“1”,黑表笔接“2”,灯泡变亮，测出此时的直流电流值。(6)重复（1)～（5)步骤测出五组数据记录在表中。(7)用数字式万用电表重复上述实验。【数据记录与处理】一、交流电压测量记录abcK+-6V100Ω200100Ω100ΩB200Ω200100Ω100ΩB100Ω200100Ω100ΩBabcK~6V200Ω200100Ω100ΩB图一图二表一用万用表测量图一中的电压项目Uab(V)Ubc(V)估算值测量值量程二、直流电流、电压的测量记录表二用万用表测量图二中的电压及电流项目Uab(V)Ubc(V)I(mA)估算值测量值量程三、电阻的测量记录表三测量不同电阻箱的阻值RXR1R2R3R4标称值(KΩ)测量值(KΩ)倍率【原始实验数据粘贴处】【思考题】1．万用表可以用来测量哪些物理量？什么是电表的接入误差？一般万用表,分成用来测电阻的欧姆档；测量直流电流的直流安培档；测量直流电压的直流伏特档；测量交流电流的交流安培档；测量交流电压的交流伏特档以及测量大电流的专用插口。（故万用表可以用来测量电阻、交直流电压、电流。）作伏特计/安培计测电压/电流时，因为内阻并不是无限大/零，会在电路上产生分流/分压，使电压/电流与接入前产生差异，此接入影响所造成的结果就称接入误差。（万用表接入电路，增加了电路总电阻，导致总电流的减少，形成接入误差。）2．万用表的欧姆档有什么特点？测量电阻时应注意些什么？万用表的欧姆档为非线形分布；不同档位有不同的中值电阻；不同档次之间通常采用十进制；由内部电池提供工作电流，不允许在电路通电时用欧姆档测量电阻。测量电阻时首先要调零；根据待测电阻阻值确定档位；指针在中1/3区域时读数比较准确；不能在闭合电路情况下进行测量，否别测量结果是错误的。测量完成后，不能将万用表置于欧姆档。3．在测量电压或电流时，如果不能估计被测值的大小，测量时怎样操作才能保证安全？电压表测量的电压不能超过电压表的量程，电压表测量的电压过大，不仅会烧坏电压表，还会使指针打弯；为了防止该现象发生，可以用试触的方法判断所测电压的范围，并且防止烧坏电压表，试触时选择大量程试触。