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

RAARBR1 +IASIsI+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

+RVV+SRBR1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。

R1

（1）以图1-3所示电路为例，R1上的电压为 UR1＝─── 。 R1＋R2

R2UA现用一内阻为RV的电压表来测量UR1值，当RV与R1并联后， VRvR1RVR1

RAB＝───，以此来替代上式中的R1，则得 BRV＋R1

RVR1 图 1-3

────

RV＋R1 －R2 1R2U

U'R1＝────── U 。绝对误差为△U＝U'R1－UR1＝───────────────

2

RVR1 RV(R2 1＋2R1R2＋R2)＋R1R2(R1＋R2) ───＋R2 RV＋R1

U

若 R1＝R2＝RV，则得△U ＝－─ 6

U'R1－UR1 -U/6

相对误差 △U％＝─────×100％＝──×100％＝－33.3% 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=10 KΩ。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）：IR?URvA VRxURvAVRxU20??2.96(mA)

10?20RVRX0.1?RA?10?20RV?RXUR?IR?RVRX10?20?2.96??19.73(V)

RV?RX10?20

?RX?UR19.73??6.666（KΩ） IR2.96相对误差?a?RX?R6.666?10??100%??33.4% R10

电路（b）:IR?U20??1.98(mA)

RA?RX0.1?10 UR?U?20(V) ?RX?相对误差?b?UR20??10.1(KΩ) IR1.9810.1?10?100%?1% 10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 1 2 3 4 5 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 0.5 mA 5 mA S断开时的表读数（mA） S闭合时的表读数（mA） RBR1（Ω） （Ω） 计算内阻RA （Ω） 名称 可调直流稳压电源 可调恒流源 指针式万用表 可调电阻箱 电阻器 型号与规格 0~30V 0~500mA MF-47或其他 0~9999.9Ω 按需选择 数量 二路 1 1 1 备注 自备 HE-19 HE-11 2. 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S断开时表读RB R1 计算内阻RVS 数（V） 数（V） (KΩ) (KΩ) （KΩ） (Ω/V) 2.5V 10V 3. 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。

相对误差 R10V 计算值UR1 实测值U’R1 绝对误差 U R2 R1 (ΔU/UR1)×(KΩ) （V） (V) ΔU 100% 12V 10KΩ 50KΩ

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）。

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