实验七 电表改装与校准
电表在电测量中得到广泛的应用，因此如何了解电表和使用电表就显得十分重要。电流计是用来测量微小电流的，它是非数字式测量仪器的一个基本组成部分，我们用它来改装成毫安表﹑电压表和欧姆表。
电表改装与校准是物理与电工的基础实验项目，通过本实验学生可掌握如何将一只小量程的电流计改装成大量程的毫安表或电流表，还可以改装成大量程的电压表。
一、实验目的
1．学习掌握电表改装的基本原理和方法，按照实验原理设计测量线路。 2．了解电流计的量程Ig和内阻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、电压表和欧姆表的改装、校准和使用方法，了解电表面板上符号的含义。
4．学习校准电表的刻度。
5．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。
6．训练按回路接线及电学实验的操作。 7．学习校准曲线的描绘和应用。 二、实验原理
1．电流计
常见磁电式电流计构造如图(2)所示，它的主要部分是放在永久磁场中的由细漆包线绕制成的可以转动的线圈﹑用来产生机械反力矩的游丝﹑指示用的指针和永久磁铁所组成。当电流通过线圈时，载流线圈在磁场中就产生一磁力矩M
磁
，使线圈转动，由于线圈的转动就扭转与线圈转动轴连接的上下游丝，使游丝
发生形变产生机械反力矩M机，线圈满刻度偏转过程中的磁力矩M磁只与电流强度有关与偏转角度无关，而游丝
因形变产生机械反力矩M机与偏转角度成正比。因此 当接通电流后线圈在M磁作用下偏转角逐渐增大，同 时反力矩M机也逐渐增大，直到M磁= M机时线圈就很 快的停下来。线圈偏转角的大小与通过的电流大小成 正比（也与加在电流计两端的电势差成正比），由于 线圈偏转的角度，通过指针的偏转是可以直接指示出 来的，所以上述电流或电势差的大小均可由指针的偏
转直接指示出来。 图2 电流计结构示意图
电流计允许通过的最大电流称为电流计的量程，用Ig表示，电流计的线圈有一定内阻，用Rg表示，Ig与Rg是表示电流计特性的两个重要参数。
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电流计可以改装成毫安计，电流计G只能测量很小的电流，为了扩大电流计的量程，可以选择一个合适的分流电阻Rp与电流计并联，允许比电流计量程Ig
大的电流通过由电流计和与电流计并联的分流电阻所组成的毫安计，这就改装成为一只毫安计，这时电表面板上指针的指示值就要按预定要求设计的满刻度值I，即毫安计量程I的要求来读取数据。
若测出电流计G的Ig与Rg，则根据图2就可以算出将此电流计改装成量程为I的毫安计所需的分流电阻Rp。
由于电流计与Rp并联，则有
IgRg?(I?Ig)Rg (1)Rp?(IgI?Ig)Rg (2)由上式可见，电流量程I扩展越大，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。
电流计也可以改装成伏特计，由于电流计Ig很小，Rg也不大，所以只允许加很小的电位差，为了扩大其测量电位差的量程可与一高阻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Rg与电流计串联作为分压电阻，允许比原来IgRg大的电压加到由电流计和与电流计串联的分压电阻所组成的伏特计上，这就改装成为一只伏特计，这时电表面板上指针的指示值就要按预定要求设计的满刻度值V，即伏特计量程V的要求来读取数据。
如果改装后的伏特计量程为V，则根据图（3）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。
根据欧姆定律，得：
I?Ig(Rg?Rs) (3)Rs?V?Rg (4)Ig由上式可见，电压量程V扩展越大，分压电阻阻值Rs越大。取不同的Rs值，可以制成多量程的电压表。
图3 电流计量程改装原理
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说明：在实际应用中，分流电阻和分压电阻均采用线绕电阻，材料是锰铜丝因其电阻温度系数较小，电阻值较为稳定。在要求不高的场合，也可用金属膜电阻或碳膜电阻代替。本实验仪用可变电阻箱。
2．电表级别确定 在测量电学量时，由于电表本身机构及测量环境的影响，测量结果会有误差。由温度、外界电场和磁场等环境影响而产生的误差是附加误差，可以由改变环境状况而予以消除。而电表本身（如摩擦、游丝残余形变、装配不良及标尺刻度不准确等）产生的误差则为仪表基本误差，它不依使用者不同而变化，因而基本误差也就决定电表所能保证的准确程度。仪表准确度等级定义为仪表的最大绝对误差与仪表量程（即测量上限）比值的百分数。即：
?100%K%= （5）
??量程Am
例如某个电流表量程为1A，最大绝对误差为0.01A，那么
最大绝对误差??m?最大绝对误差??m???100% K% 量程?Am?? 0.01A?100%?1%(级别1.0级)1A这个电流表准确度等级就定义为1.0级。反之，如果知道某个电流表的准确度等级是0.5级，量程是1A，那么该电流表的最大绝对误差就是0.005A。每个仪表的准确度等级在该表出厂前都经检定并标示在盘上，根据其等级就知道这个表的可靠程度。电表的准确度等级按国家质量技术监督管理局规定可分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5等七个等级，其中数字愈小的准确度愈高。由于实验中误差的来源是多方面的，在其它方面的误差比仪表带来的误差还大的情况下，就不应去片面去追求高级别的电表，因为级别提高一级，价格就要贵很多。实验室常用1.0级、1.5级电表，准确度要求较高的测量中则用0.5级或0.1级的。
在实际选用电表时，在待测量不超过所选量程的前提下，应力求指针的偏转尽可能大一些，只有在被测量接近仪表的量程时，才能最大限度达到这个仪表的固有准确度，以减小读数误差。
三、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，可以采用替代法和中值法等多种方法。
替代法：如图(4)所示，将被测电流计接在电路中读取标准表的电流值，然后切换开关S的位置，用十进位电阻箱替代它，并改变电阻值，当电路中的电压不变时，使流过标准表的电流保持不变，则电阻箱的电阻值即为被测改装电流计的内阻。
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