文档介绍：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。误差的大小与仪表本身内阻的大小密切相关。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 1-1
3. 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. 仪表内阻引起的测量误差(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。
(1)以图1-3所示电路为例,R1上的电压为
R1 1
UR1=─── U,若R1=R2,则 UR1=─ U 。
R1+R2 2
现用一内阻为RV的电压表来测量UR1值,当
RVR1
RV与R1并联后,RAB=───,以此来替代
RV+R1
RVR1
────
RV+R1
上式中的R1,则得U'R1=────── U 图 1-3
RVR1
───+R2
RV+R1
RVR1
────
RV+R1 R1
绝对误差为△U=U'R1-UR1=U(─────—- ────)
RVR1 R1+R2
───+R2
RV+R1
-R2 1R2U
化简后得△U=─────────────────
RV(R2 1+2R1R2+R2 2)+R1R2(R1+R2)
U
若 R1=R2=RV,则得△U =-─
6
U'R1-UR1 -U/6
相对误差△U%=─────×100%=──×100%=-%
UR1 U/2
由此可见,当电压表的内阻与被则电路的电阻相近时,测量的误差是非常大的。
(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。实际测量时,有两种测量线路,即:相对于电源而言,①电流表A(内阻为RA)接在电压表V(内阻为RV)的内侧;②A接在V的外测。两种线路见图1-4(a)、(b)。
由线路(a)可知,只有当RX<<RV时,RV的分流作用才可忽略不计,A的读数接近于实际流过RX的电流值。图(a)的接法称为电流表的内接法。
由线路(b)可知,只有当RX>>RA时,RA的分压作用才可忽略不计,V的读数接近于RX两端的电压值。图(b)的接法称为电流表的外接法。
实际应用时,应根据不同情况选用合适的测量线路,才能获得较准确的测量结果。以下举一实例。
在图1-4中,设:U=20V,RA=100Ω,RV=20KΩ。假定RX的实际值为10KΩ。
如果采用线路(a)测量,经计算,A、,故
RX=÷=(KΩ), 相对误差为:(-10)÷10×100=- (%)
如果采用线路(b)测量,经计算,A、,故
RX=20÷=(KΩ), 相对误差为:(-10)÷10×100=1 (%)
(a) (b)
图1-4
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
DG04
2
可调恒流源
0~500mA
1
DG04
3
指针式万用表
MF-47或其他
1
自备
4
可调电阻箱
0~
1
DG09
5
电阻器