实验01基本电工仪表的使用及测量误差的计算

实验一基本电工仪表的使用及测量误差的计算一、实验目的1.熟悉实验台上各类电源及各类测量仪表的布局和使用方法。2.掌握指针式电压表、电流表内阻的测量方法。3.熟悉电工仪表测量误差的计算方法。二、原理说明1.为了准确地测量电路中实际的电压和电流，必须保证仪表接入电路后不会改变被测电路的工作状态。这就要求电压表的内阻为无穷大；电流表的内阻为零。而实际使用的指针式电工仪表都不能满足上述要求。因此，当测量仪表一旦接入电路，就会改变电路原有的工作状态，这就导致仪表的读数值与电路原有的实际值＄之间出现误差。这种测量误差值的大小与仪表本身内阻值的大小密切相关。只要测出仪表的内阻，即可计算出由其产生的测量误差。以下介绍几种测量指针式仪表内阻的方法。2.用“分流法”测量电流表的内阻如图1-1所示。A为被测内阻(RA)的直流电流表。测量时先断开开关S，调节电流源的输出电流I使A表指针满偏转。然后合上开关S，并保持I值不变，调节电阻箱RB的阻值，使电流表的指针指在1/2满偏转位置，此时有IA＝IS＝I/2∴RA＝RB∥R1可调电流源R1为固定电阻器之值，RB可由电阻箱的刻度盘上读得。图1-13.用分压法测量电压表的内阻。如图1-2所示。V为被测内阻(RV)的电压表。测量时先将开关S闭合，调节直流稳压电源的输出电压，使电压表V的指针为满偏转。然后断开开关S，调节RB使电压表V的指示值减半。此时有：RV＝RB＋R1电压表的灵敏度为：S＝RV/U(Ω/V)。式中U为电压表满偏时的电压值。4.仪表内阻引入的测量误差（通常称之为方可调稳压源法误差，而仪表本身结构引起的误差称为仪表基图1-2本误差）的计算。VRRVBSR1++ARBRRAAIIIsS++1R1（1）以图1-3所示电路为例，R1上的电压为UR1＝───。R1＋R2现用一内阻为RV的电压表来测量UR1值，当RV与R1并联后，RVR1RAB＝───，以此来替代上式中的R1，则得RV＋R1RVR1图1-3────RV＋R1－R21R2UU'R1＝──────U。绝对误差为△U＝U'R1－UR1＝───────────────RVR1RV(R21＋2R1R2＋R22)＋R1R2(R1＋R2)───＋R2RV＋R1U若R1＝R2＝RV，则得△U＝－─6U'R1－UR1-U/6相对误差△U％＝─────×100％＝──×100％＝－33.3%UR1U/2由此可见，当电压表的内阻与被则电路的电阻相近时，测得值的误差是非常大的。（2）伏安法测量电阻的原理为：测出流过被测电阻RX的电流IR及其两端的电压降UR，则其阻值RX=UR/IR。图1-4（a）、(b)为伏安法测量电阻的两种电路。设所用电压表和电流表的内阻分别为RV=20KΩ，RA=100Ω，电源U=20V，假定RX的实际值为R=10KΩ。现在来计算用此两电路测量结果的误差。(a)(b)图1-4电路（a）：)(96.2201020101.020mARRRRRUIXVXVAR)(73.192010201096.2VRRRRIUXVXVRR666.696.273.19RRXIUR（KΩ）相对误差%4.33%1001010666.6RRRaXRRAVBRvU21AVRxRvVRxARvUU电路（b）:)(98.1101.020mARRUIXAR)(20VUUR1.1098.120RRXIUR(KΩ)相对误差%1%10010101.10b由此例，既可看出仪表内阻对测量结果的影响，也可看出采用正确的测量电路也可获得较满意的结果。三、实验设备序号名称型号与规格数量备注1可调直流稳压电源0~30V二路2可调恒流源0~500mA13指针式万用表MF-47或其他1自备4可调电阻箱0~9999.9Ω1HE-195电阻器按需选择HE-11四、实验内容1.根据“分流法”原理测定指针式万用表（MF-47型或其他型号）直流电流0.5mA和5mA档量限的内阻。线路如图1-1所示。RB可选用HE-19中的电阻箱（下同）。被测电流表量限S断开时的表读数（mA）S闭合时的表读数（mA）RB（Ω）R1（Ω）计算内阻RA（Ω）0.5mA5mA2.根据“分压法”原理按图1-2接线，测定指针式万用表直流电压2.5V和10V档量限的内阻。被测电压表量限S闭合时表读数（V）S断开时表读数（V）RB(KΩ)R1(KΩ)计算内阻RV（KΩ）S(Ω/V)2.5V10V3.用指针式万用表直流电压10V档量程测量图1-3电路中R1上的电压U’R1之值，并计算测量的绝对误差与相对误差。UR2R1R10V(KΩ)计算值UR1（V）实测值U’R1(V)绝对误差ΔU相对误差(ΔU/UR1)×100%12V10KΩ50KΩ五、实验注意事项1.实验台上配有实验所需的恒流源，在开启电源开关前，应将恒流源的输出粗调拨到2mA档，输出细调旋钮应调至最小。按通电源后，再根据需要缓慢调节。2.当恒流源输出端接有负载时，如果需要将其粗调旋钮由低档位向高档位切换时，必须先将其细调旋钮调至最小。否则输出电流会突增，可能会损坏外接器件。3.实验前应认真阅读直流稳压电源的使用说明书，以便在实验中能正确使用。4.电压表应与被测电路并联使用，电流表应与被测电路串联使用，并且都要注意极性与量程的合理选择。5.本实验仅测试指针式仪表的内阻。由于所选指针表的型号不同，本实验中所列的电流、电压量程及选用的RB、R1等均会不同。实验时请按选定的表型自行确定。六、思考题1.根据实验内容1和2，若已求出0.5mA档和2.5V档的内阻，可否直接计算得出5mA档和10V档的内阻？2.用量程为10A的电流表测实际值为8A的电流时，实际读数为8.1A，求测量的绝对误差和相对误差。七、实验报告1.列表记录实验数据，并计算各被测仪表的内阻值。2.计算实验内容3的绝对误差与相对误差。3.对思考题的计算。4.其他（包括实验的心得、体会及意见等）。