实验五欧姆表的设计和组装
一、目的和要求
设计和组装一个多档级欧姆表，要求达到：
1．掌握多档级欧姆表的设计原理和方法；
2．了解欧姆表的测量原理的特点。
二、仪器和设备
量程为1mA的电流表头、1.5V干电池、电阻箱4个、滑线变阻器材1个
三、原理
欲用电表测量电阻（欧姆表），其实质量是测量流过被测电阻的电流值。图1是欧姆表的原理电路
图1
图中Rs为分流电阻，Rd为限流电阻，r为电池内阻，标头内阻为Rg’电表量程为Ig。当接入被测电阻Rx时，电路中电流I为
式中RZ为欧姆表总内阻
当欧姆表短接，被测电阻为0时，电流表中电流达到最大值，表头达到满量程，此时，
由（3）式可见，流过电阻的电流I与RX有一一对应关系。在相应的I处标记以电阻值的大小RX，则电表就成欧姆表了，由上述原理可知欧姆表有下列特点：
当RX=0，a、b端短路，电表指针位于量满程处，与电流表、电压表的零点不同；
当RX→∞，a、b端开路，电表内电流为0，指针不发生偏转；
当RX=RZ时，I=1/2Im指针指在表盘的中心位置，所以RZ又称为中值电阻RC，它是欧姆表的一个重要特征参量。
由（3）式可知，欧姆表的标度尺是反向刻度，而且是非线性的。
直接采用图1电路，电源电压因消耗而发生的变化会给电阻的测量结果带来很大的误差，因此，欧姆表还必须装有另欧姆调节的电位器。如图2所示。这是一种并联式调节线路。零欧姆调节电位器R0时分流电阻RS的一部分。电池用1.5V干电池，新电池可达1.6V。为了充分利用电池又兼顾欧姆表的准确度，设计的准则为：即使电池电压降到1.2V时，欧姆表仍然有足够的准确度。这样，当电阻
电压由1.6V变为1.2V时，我们只须将电位器R0的滑动端P由B移向A端，分流电阻加大，表头支路电阻减小。因此，在被测电阻为0时，流过表头的电流仍能被调到满偏。这种调节电路应使用一阻值较小的R0才能使电池电压的变所引起的误差较小。R0及其他电阻阻值的选择可如下分析：设R0的滑动端P位于A端（此时对应E=1.2V)时,流过Rd的电流为I，分流电阻为RS=RS’+R0，有IgRg=（I-Ig）RS
IRS=Ig（Rg+RS）(4)
P位于B端（对应E=1.6V）时，流过Rd的电流为I'，此时分流电阻为RS'，有
Ig（Rg+R0）=（I’-Ig）RS’
I’RS’=Ig(Rg+R0+RS’)=Ig（Rg+RS）（5）
由（4）、（5）式可得：
I’RS’=IRS(6)
在有一定准确度的情况下，可近似认为在R0调节过程中，回路总电阻变化不大。则有
I’/I=E’/E=1.6/1.2=4/3,代入（6）式得：
RS=4/3RS’（7）
因为RS=RS’+R0所以R0=1/3RS’（8）
根据闭合电路欧姆定律，当P位于A端或B端时，分别有
从图2中可得：
为减小I’/I与E’/E的差异，使RAC=RBC，将（7）式和（8）式代入（9）式，可得：
RS’=Rg（10）
RAC=RBC=4/7Rg（11）
现在剩下Rd如何求得。一般是根据测量需要或根据表头先确定RZ，让后再求得Rd。若给定表头，则Ig、Rg确定，由图2和（10）式确定的RS'，当RX=0时，电池变化过程中，回路总电流I的平均值应为Ig的两倍，即
忽略r，则有：
Rd=RZ-RAC=RZ-4/7Rg（13）
虽然欧姆表刻度从0～∞,但实际只使用中值电阻附近一段区域内（1/5RC～5RC）进行测量。为了适应不同大小电阻的测量需要，欧姆表通常做成多档欧姆中心。这只须改变欧姆表的总内阻即可实现。对于多档级欧姆表，为了读数方便，将相邻两量程的比值取10或100。采用并联不同分流电阻以减小量程。如图3，在相同电源电压下，在基准档的基础上并联某一电阻
使中值电阻将为原来的1/10，量程和倍频均为原来的1/10；若并联某一电阻R2，使中值电阻将为原来的1/100，量程和倍频均为原来的1/100。多档级欧姆表为能共用一条欧姆表尺，一般都以中值电阻为几十欧姆量程为基准档来标定表盘，将这一档标为“×1”，其他档标为“×10”，“×100”，“×1K”等。“×1”档的中值电阻叫欧姆表的表盘中心标度阻值，一般取两位有效数字，如：12、24等。欧姆表的基准中值电阻RZ确定后，表盘的标尺可按下式确定
式中n为对应于RX的表盘格数，nm为表盘的总格数（注意：表盘的原刻度是均匀分格的）。四、实验内容
1．按图2线路和所给定的表头的量程和内阻，正确线则分流电阻RS’和限流电阻Rd及零欧姆电位调节器R0的电阻值；
2．按图3联线，组装一多档级欧姆表，以中值电阻为几十欧姆量程档级为基档级，将这一档标为“×1”，以此标出其他档的档级；
3．按（14）式标定欧姆表刻度表，绘制欧姆表标度尺；
4．实验绘制欧姆表的表面刻度尺，并以电表表盘格数为横坐标，RX为纵坐标，作格数和RX的关系曲线。
5．将实验绘制的刻度表盘标尺与标度尺进行比较。
五、技能要求
1．正确按回路联线；
滑线变阻器R0的正确使用；
掌握线路元件参数的估算（应有简要的计算过程）。
实验五欧姆表的设计和组装 一、目的和要求 设计和组装一个多档级欧姆表，要求达到： 1．掌握多档级欧姆表的设计原理和方法； 2．了解欧姆表的测量原理的特点。 二、仪器和设备 量程为1mA的电流表头、1.5V干电池、电阻箱4个、滑线变阻器材1个 三、原理 欲用电表测量电阻（欧姆表），其实质量是测量流过被测电阻的电流值。图1是欧姆表的原理电路 图1 图中Rs为分流电阻，Rd为限流电阻，r为电池内阻，标头内阻为Rg’电表量程为Ig。当接入被测电阻Rx时，电路中电流I为 式中RZ为欧姆表总内阻 当欧姆表短接，被测电阻为0时，电流表中电流达到最大值，表头达到满量程，此时， 由（3）式可见，流过电阻的电流I与RX有一一对应关系。在相应的I处标记以电阻值的大小RX，则电表就成欧姆表了，由上述原理可知欧姆表有下列特点： 当RX=0，a、b端短路，电表指针位于量满程处，与电流表、电压表的零点不同； 当RX→∞，a、b端开路，电表内电流为0，指针不发生偏转； 当RX=RZ时，I=1/2Im指针指在表盘的中心位置，所以RZ又称为中值电阻RC，它是欧姆表的一个重要特征参量。 由（3）式可知，欧姆表的标度尺是反向刻度，而且是非线性的。 直接采用图1电路，电源电压因消耗而发生的变化会给电阻的测量结果带来很大的误差，因此，欧姆表还必须装有另欧姆调节的电位器。如图2所示。这是一种并联式调节线路。零欧姆调节电位器R0时分流电阻RS的一部分。电池用1.5V干电池，新电池可达1.6V。为了充分利用电池又兼顾欧姆表的准确度，设计的准则为：即使电池电压降到1.2V时，欧姆表仍然有足够的准确度。这样，当电阻
电压由1.6V变为1.2V时，我们只须将电位器R0的滑动端P由B移向A端，分流电阻加大，表头支路电阻减小。因此，在被测电阻为0时，流过表头的电流仍能被调到满偏。这种调节电路应使用一阻值较小的R0才能使电池电压的变所引起的误差较小。R0及其他电阻阻值的选择可如下分析：设R0的滑动端P位于A端（此时对应E=1.2V)时,流过Rd的电流为I，分流电阻为RS=RS’+R0，有IgRg=（I-Ig）RS IRS=Ig（Rg+RS）(4) P位于B端（对应E=1.6V）时，流过Rd的电流为I'，此时分流电阻为RS'，有 Ig（Rg+R0）=（I’-Ig）RS’ I’RS’=Ig(Rg+R0+RS’)=Ig（Rg+RS）（5） 由（4）、（5）式可得： I’RS’=IRS(6) 在有一定准确度的情况下，可近似认为在R0调节过程中，回路总电阻变化不大。则有 I’/I=E’/E=1.6/1.2=4/3,代入（6）式得： RS=4/3RS’（7） 因为RS=RS’+R0所以R0=1/3RS’（8） 根据闭合电路欧姆定律，当P位于A端或B端时，分别有 从图2中可得： 为减小I’/I与E’/E的差异，使RAC=RBC，将（7）式和（8）式代入（9）式，可得： RS’=Rg（10） RAC=RBC=4/7Rg（11） 现在剩下Rd如何求得。一般是根据测量需要或根据表头先确定RZ，让后再求得Rd。若给定表头，则Ig、Rg确定，由图2和（10）式确定的RS'，当RX=0时，电池变化过程中，回路总电流I的平均值应为Ig的两倍，即
北京交通大学 大学物理实验 设计性实验 实验题目万用表的设计与组装 学院 班级 学号 姓名 首次实验时间 2012年 11 月 6 日指导教师签字
万用表的设计与组装 引言 一实验任务： 分析研究万用表电路，设计并组装一个万用表。 二实验要求： 1．分析常用万用表电路，说明个挡的够功能和设计原理； 2．设计组装并校验具有下列四档功能的万用表。 （1）直流电流挡：量程1.00mA； （2）以自制的1.00mA电流表为基础的直流电压档：量程2.50V。 （3）以自制的1.00mA电流表为基础的交流电压档：量程10.00V。 (4）以自制的1.00mA电流表为基础的电阻档（×100） 电源使用1.5V电池。 3．给出将×100电阻档改造为×10电阻档的电路。 三主要仪器： 表头，导线若干，电阻箱若干，万用表。 四常用万用表电路的分析： 1、图1是简易万用表及欧姆表的实验电路。电流，电阻，电压等被测信号经过输入电路和变换电路后，变成微安级电流，再流经表头，使指针偏转，通过欧姆定律等电学公式的计算转换，从而指示出被测量值
μ A R1 R2R4R3 Rg Ig - + V V mA μA R1 R2 Rg Ig -?110?1 1?1100+ 2、直流电流挡原理如图1-1，在微安电流表头上并联一个适当的分流 电阻R ，从而达到扩充量程的目的。由公式 可知，电流表的量程为原量程的 倍。 μA Rg Ig R 图1 图1-1
直流电压挡原理如图1-2，在表头串联一个适当大的分压电阻，使经过表头的电压降低，扩充了它的量程。由公式 可知，串联一大小为R 的电阻，电表的量程变为原来的 倍。 μA Rg Ig R 3、交流电压挡原理如图1-3，由于表头只能流过直流电，因此测量交流时还需要一个整流电路。万用表中一般采用通过串并联的两个二极管半波整流的形式将交流变为直流。当被测交流电处于正半周时，电流经分压电阻及整流二极管V2流经等效表头，表针偏转；而在被测交流电的负半周。电流直接从二极管V1流过分压电阻。而不经过表头。 当外电路交流电压有效值为10V时，内电路直流电压为4.5V。考虑到二极管自身的电势降0.6/2=0.3V，加在表头上的电压为4.2V。 μA Rg Ig 4、电阻挡原理如图1-4，当两表笔短接时，调节的值，使电流表满偏，有欧姆定律得： 图1-2 图1-3
（一）电流表内阻测量的几种方法 灵敏电流表是用来测定电路中电流强度且灵敏度很高的仪表。它有三个参数：满偏电 流、满偏时电流表两端的电压和内阻。一般灵敏电流表的为几十微安到几毫安， 为几十到几百欧姆，也很小。将电流表改装为其他电表时要测定它的内阻，根据提供的器材不同，可以设计出不同的测量方案。练习用多种方法测定电流表的内阻，可以培养学生思维的发散性、创造性、实验设计能力和综合实验技能。本节课拟谈几种测定电流表内阻的方法。 1. 半偏法 这种方法教材中已做介绍。中学物理实验中常测定J0415型电流表的内阻。此型号电流 表的量程为，内阻约为，实验电路如图1所示。 操作要点：按图1连好电路，断开，闭合，调节变阻器R，使待测电流表G的指针满偏。再将也闭合，保持变阻器R接在电路中的电阻不变，调节电阻箱使电流表G 的指针半偏。读出电阻箱的示值，则可认为。 实验原理与误差分析：认为闭合后电路中的总电流近似不变，则通过电阻箱的电流 近似为。所以电流表内阻与电阻箱的示值近似相等。实际上闭合后电路中的总电流 要变大，所以通过电阻箱的电流要大于，电阻箱的示值要小于电流表的内阻值。为了减小这种系统误差，要保证变阻器接在电路中的阻值，从而使S闭合前后电路中的总电流基本不变。R越大，系统误差越小，但所要求的电源电动势越大。实验中所用电源电动势为8——12V，变阻器的最大阻值为左右。 2. 电流监控法 实验中若不具备上述条件，可在电路中加装一监控电流表，可用与被测电流表相同型号的电流表。电源可用干电池，R用阻值为的滑动变阻器，如图2所示。 实验中，先将断开，接通，调节变阻器R的值，使被测电流表G指针满偏，记下监控表的示值。再接通，反复调节变阻器R和电阻箱，使G的指针恰好半偏， 而的示值不变。这时电阻箱的示值即可认为等于G的内阻。这样即可避免前法造成的系统误差。
万用表电路的设计与组装 机械工程学院 一、引言 通过设计熟练掌握万用表的组成结构、原理，明确组成万用表的各种电路的优缺点，能根据给定的技术参数，主要是表头灵敏度、内阻、波段开关结构、各档量程要求等，选择合适的电路设计万用表线路。提高学生结合实际综合考虑间题的能力，要求能看懂各种万用表电路图，做到触类旁通，进一步提高学生识图、绘图和计算电路的能力。 二、试验目的 1.了解简单的万用表的简单电路. 2.计算出所有电阻元件的阻值，并进行 组装. 3. 对成功组装的万用表的准确度，电压 灵敏度等性能指标进行测试. 三、MF30型指针万用表的简易实验电路 图1是简易万用表的实验电路。 是微安表头。电流，电阻,电压等 被测信号经过输入电路和变换电路 后，变成微安级电流，再流经表头， 使指针偏转，从而指示出被测量值。 该万用表有四种功能、八个档 级。档级的转换靠单级多位开关中单 级触点位置的改变来实现。B（-）点，接表头负极，是所有测量档的公共接点，通常接黑色表笔。A（+）通常接红色表笔，改变多位开关中单极的位置，可以选择所需的测量功能档。 四、万用表的几个重要参数 1.准确度 万用表示值与被测量真值的一致程度称为万用表的准确度。它反映了测量结果的基本误差的大小。同一块万用表，不同功能档的准确度也不尽相同。 2.表头灵敏度
万用表所用表头的满量程值g I 称为表头灵敏度。g I 一般为2.9— A μ200。值越小，灵敏度越高，万用表的性能也越好。 3. 表头内阻 表头内线圈及上下两层盘丝的直流电阻之和称为表头内阻。万用表表头内阻多在几百到几千欧之间。一般来说，灵敏度越高，内阻越大。但灵敏度相同的表头，内阻也不尽相同。这是因为，在制造相同表头时，所选用的线圈和盘丝的阻值很难做到完全一致。 4. 直流电压灵敏度 直流电压档的内阻V R 与该档满量程电压m U 的比值称为直流电压灵敏度，用V S 表示。可写成 m V V U R S = （1） 电压灵敏度单位是V Ω或V k Ω，简称每伏欧姆数。电压灵敏度越高，万用表的性能也越好。 5. 直流电流档的内阻 电流表内阻的大小决定于表头内阻及分流电阻的大小。对同一块万用表而言，不同档级的电流表，其分流电阻不同，所以内阻也不相同。电流表的内阻越小，质量越好。测电流时，将电流表串联在被测电路中，对被测电路会造成两方面的影响：一是它的阻流作用会改变原电路的工作状态；二是增加了被测电路的功耗。为了减少这两方面的影响，内阻越小越好。 6. 欧姆档的中值电阻 欧姆档的内阻称为该档的中值电阻。已知中值电阻K R 的大小可以确定该档的测量范围。若中值电阻为K R ，则该档的测量范围是41 K R —4K R 之间。 7. 交流电压灵敏度 交流电压档内阻与该档量程之比称为交流电压灵敏度
4.13_数字电表原理及万用表设计与组装 实验_数字万用表 4.13 数字电表原理及万用表设计与组装实验 电表是常用的电学测量仪器.按用途可分为直流电流表、交流电流表、直流电压表、交流电压表、欧姆表、万用表等;这些电表都可通过表头改装而成.表头是基本的电学测量工具,它可分为数字表、指针表等.任何一件仪器在使用前都应该进行校准,特别是在进行精密测量之前,校准是必不可少的.因此校准是实验技术中一项非常重要的技术.本实验通过学习电表的基础知识掌握如何进行电表的改装和 校准,并学习焊接及组装技术. 本实验是利用数字表的工作原理,通过给定的外围线路,让学生设计出直流数字电压表、直流数字电流表、交流数字电压表、交流数字电流表和欧姆表.让学生了解id=“sogousnap0_0”>数字万用表的工作原理、组成和特性等,掌握分压分流、整流滤波、过压过流保护等电路的原理.
了解数字电表的基本原理及常用双积分模数转换 芯1. 片外围参数的选取原则、电表的校准原则以及测量误差来源. 2.了解万用表的特性、组成和工作原理. 3.掌握分压、分流电路的原理以及设计对电压、电流和电阻的多量程测量. 4.了解交流电压、三极管和二极管相关参数的测量. 5.通过数字电表原理的学习,能够在传感器设计中灵活应用数字电表. 1.DH6505数字电表原理及万用表设计实验仪. 2.四位半通用id=“sogousnap0_1”>数字万用表. 3.示波器. 一、数字电表原理 常见的物理量都是幅值大小连续变化的所谓模拟量,指针式仪表可以直接对模拟电压和电流进行显示.而对数字式仪表,需要把模拟电信号转换成数字信号,再进行显示和处理. 数字信号与模拟信号不同,其幅值大小是不连续的,就是说数字信号的大小只能是某些分立的数值,所
多用表的设计与组装 一:实验目的 (1)掌握将一表头改装为双量程电流表和双量程电压表以及欧 姆表的原理和设计方法. (2)学习多用表的组装和欧姆表的标定. 二：实验器材 (1)直流稳压电源(一台) (2)滑线变阻器(100Ω和10kΩ（或5kΩ）各一个) (3)100μA改装表头(一只) (4)0.5级微安表(一只) (5)电流表(一只) (6)电压表(一只) (7)电阻箱（0.1级标准电阻箱10kΩ，100kΩ各一只） (8)干电池(一只) (9)单刀开关(2只) （10）导线若干 （11）3头接线柱（1只） 三:实验原理 (1):用替代法测量表头的内阻Rg 方法：将开关K合向位置1,调整电流I,使改装表指针满偏并记下标准表读数.将开关K合向位置2,调整电阻箱R,使标准表读数达到同样的数值,此时电阻箱示值即为表头内阻Rg.
(2):将表头改装成双量程电流表: 方法:在表头两端并联两串联电阻Rs1和Rs2,表头及Rs1和Rs2组成的整体就是电流表. 并联电阻: ○1
○ 2 (3):将表头改装成双量程电压表 方法:在表头上串联两电阻Rp1, Rp2使超过表头所能承受的那部分电压降在电阻Rp1, Rp2上.表头和电阻Rp1, Rp2组成的整体就是电压表. ○ 3
○4 (4):电表的误差和校准: 为了减少改装表的误差,对改装表在量程范围内选取若干点校准测量,根据校准结果绘制校准曲线,通过校准曲线可以确定改装电表的准确度等级. 电表的准确度等级分为:0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0七个等级. Is为标准表读数,Ix为改装表读数. (5)欧姆表设计: Rt为调零电阻,R0为限流电阻,E为干电池,Rx为待测电阻.接入Rx 后:Ix= E/ (Rg + Rt + R0 + Rx) ，当E和Rg+ R0 + Rt的值一定时, Rx与Ix 的值一一对应,因此,将电表刻度盘按电阻值来划分刻度(非均匀刻度),即构成欧姆表.零电阻(ab短接)对应于电流最大值;当干电池经使用电
实验4 电表设计与制作 本实验属于设计性实验，请同学们自行查阅资料完成设计性实验报告。 【实验目的】 1． 掌握改装电表的原理和校准电表的方法。 2． 学会设计单量程电表（直流电流表、直流电压表）。 3． 学习用万用表检查电路故障的方法。 【仪器用具】 HG61303型数字直流稳压电源、GDM-8145型数字万用表、滑线变阻器、FBZX21型电阻箱、C31-V 型电压表、C31-A 型电流表、FB715型物理设计性实验装置、可调电阻及导线若干 【实验原理】 1. 将微安表头改装成较大量程的电流表 将微安表头改装成较大量程的电流表时，表头与分流器并联，被测电流的一部分流过分流器，一部分流经表头，由表头直接指示，这样，由表头和分流器组成的整体就可量度较大的电流。最简单的单量程电流表的原理图如图4-1所示，分流器只有一个电阻1R 。为方便计算，图中加入了一附加的可调电阻0R ，使表头G 与0R 串联起来，构成了一量限为g I 、等效内阻为g r '的表头（本实验要求调节0R 使得 k Ω8.10=+='R r r g g ）。如果要将量程为g I 的表头改装成量程 为1I 的电流表，分流电阻1R 的计算公式为： g g g I I r I R -'?= 11 （4-1） 如果要将微安表改装成有m 个量程（分别为1I ，2I ，…）的电流表，则分流器中应有m 个电阻，选用分流器中不同阻值的分流电阻，可以得到不同量程的电流档。按照欧姆定律，可计算出各个分流电阻的阻值。 2. 将微安表头改装成电压表 将微安表头改装成电压表时，表头与分压器串联，被测电压的一大部分降落在分压器上，一小部分降落在表头上，这样，由表头和分压器组成的整体就可量度较大的电压。最简单的单量程电压表的原理图如图4-2所示，分压器只有一个电阻2R ，如果要将量程为g I 、等效内阻为g r ' （k Ω8.10=+='R r r g g ）的表头改装成量程为1U 的电压表，分压电阻2R 的计算公式为： g g r I U R '-= 1 2 （4-2） 如果要将微安表改装成有n 个量程（分别为1U ，2U ，…）的电压表，则分压器中应有n 个电阻，选用分压器中不同阻值的分压电阻，可以得到不同量程的电压档。按照欧姆定律，可计算出各个分压电阻的阻值。 图4-1 微安表头的扩程方法 图4-2 改装电压表的方法
[预习资料] 设计组装欧姆表 实验原理： 1．欧姆表的原理 根据调零方式的不同，欧姆表可分为串联分压式和并联分流式两种．其原理电路如图（a ）和图（b ）所示． 由图知 )1(X Z R R E I += 式中Z R 为欧姆表的总内阻．对于图（a ）：3R R R R W g Z ++=，图（b ）： 3)//(R R R R R W G g Z ++=．当欧姆表短路（即0=X R ），电路中电流为最大值Z m R E I = ．设 计时，应使表头满偏（即欧姆表调零，可通过调节W R 得到，所以W R 称作欧姆表的调零电阻）．将Z m R E I = 代入（１）式可得 )2(m X Z Z I R R R I += 可见Ｉ与X R 有一一对应的关系，如果表头的标度尺预先按已知电阻值来刻度，就可用来直接测量电阻了．由（２）式可知，I 与X R 成非线性，且
??? ????= ==∞===m Z X X m X I I R R I R I I R 21,0,,0 Z R 称作欧姆表的中值电阻．所以欧姆表的标度尺是反向非均匀的，且X R 越大，刻度间隔 愈密． 2. 欧姆表的量程挡可由其中值电阻的数量级来设定：通常将数量级为千欧姆的中值电阻Z R 的欧姆表设定为100?R 挡，。数量级为几百欧姆的中值电阻Z R 的欧姆表设定为 10?R 挡，数量级为几十欧姆的中值电阻Z R 的欧姆表设定为1?R 挡。 3. 欧姆表参数的调整：设计好的欧姆表其参数要在实验中作出调整然后才能进行校准。调整的原则是在标准条件下，组装表的满偏（外接电阻0=x R ，时，表头指示满偏）和半偏（外接电阻z x R R =时，表头指示半偏）条件均得到满足；调整方法是先由半偏条件改变调零电阻R w 滑动触头位置，再由满偏条件调整0R 的值，经过若干循环后，最终0R 的值可同时满足满偏和中偏条件(注意，此调整方法若改变调整顺序，则调整最终不收敛，即经过若干循环后，最终0R 的值不可同时满足满偏和中偏条件。) 4．欧姆表的扩程 两种方法： （１）并联不同的分流电阻以减小量程： 如图２所示，在相同的电源电压下，在基准档的基础上，并联一电阻1R ，使回路电流增大为原来的10倍，中值电阻降为原来的1/10，欧姆表此时量程和倍率都变为原来的1/10；若并联一电阻2R ，使回路电流增大为原来的100倍，中值电阻降为原来的1/100， 欧姆表此
《欧姆表》教学说明 上海南汇中学郭庆超 设计主体思路： 体验一个过程 制作一个产品 提炼一种方法 设计这堂课时，对教材的分析及处理，对教学模式和教学策略设计的指导思想本堂课所用的教材是上海科学技术出版社出版的高中物理必修课（试用本）教材，教学面向全体学生，教材体现了基础性和时代性的结合，知识性和发展性的统一。本节课使用的教学素材是高中二年级第一学期第九章C部分——《多用表的使用》，这一节内容在上海市一期课改教材中没有突出欧姆表的内部结构，主要突出欧姆表的使用，而二期课改试用本为了配合实验探究过程先让学生初步了解欧姆表的内部结构，然后讲欧姆表的使用，对将来选修物理的同学再重点讲闭合电路的欧姆定律在欧姆表中的应用。而在设计教学时我发现在欧姆表的结构探究活动中，“关联、对应”思想方法的提炼，对学生的发展具有现实的积极意义，所以设计时先学习欧姆表的结构，再学习欧姆表的应用，在学生体验设计欧姆表的过程中，重点提炼出“关联、对应”的思想方法，拓展了教材的内容。所以本节课的设计处理，符合教材落实课程标准要求下的再创造这一定位，也符合二期课改“用教材去教，而不是去教教材”思想。 当然这节课学生设计的欧姆表只是一个简易的测量仪表，而且它的测量范围较小，但是通过简易欧姆表的设计过程让学生体验和学习了一种学习方式——探究式学习，同时由设计成果的局限性分析，也会激发学生进一步研究的动机。教学策略设计的指导思想是采用教师指导下学生“自主、合作、探究”的教学模式，力求引导学生转变学习方式。 对体现“以学生发展为本”的设想和做法 1、从测量电阻的便利性入手、由伏安法测量电阻的不方便，到通过启发寻找新方法去测量，培养学生敢于否定、敢于求新的科学精神，这种精神对其以后的学习和工作具有积极的影响。 2、整个教学过程以学生体验实验过程、感悟思想方法为主。学习过程中学生间的合作与交流、实验过程中的经历与体验，对学生探究能力的提升和学习方式的转变具有一定的积极意义，符合学生可持续发展的需求。 3、学习过程中提炼出的“对应、关联”的思想方法应用广泛，对将来走向社会从事研究、解决工作难题的学生来说，此思想方法的学习和应用都符合其自身发展的内在需求。期望体现的教学特点和达到的教学目标 1、通过展示情景、引出问题、提供素材和活动参与，体现教师的启发、引导和指导作用；通过学生学习过程中的交流、对探究过程的体验和对学习的总结与评价，体现学生学习过程中的“自主、合作、探究”。 2、通过民主的课堂教与学，从伏安法测电阻的分析入手到“关联、对应”思想方法的提炼及展开，培养学生的问题意识和方法意识。
设计和组装欧姆表 【实验目的】 1. 初步培养学生根据实验要求，设计简单实验的独立工作能力。 2. 通过设计和组装欧姆表及其定标，使学生加深了解欧姆表的原理和结构，以便正确合理的使用 欧姆表。 【实验要求】 1． 将mA I g 1=的表头设计并组装成100?R 档的串、并式欧姆表。要求:1、“001?R ”档欧姆表的中值 电阻范围Ω0010≤Z R ≤Ω0015；2、所设计并组装的欧姆表在工作电源V V 65.1~03.1范围能机械调零。 2． 在实验中调试出并式欧姆表限流电阻0R 和电源电压max min ~E E 的实验值。 3． 对并式欧姆表进行定标，并制作出欧姆表表盘。 4． 在实验中调试出串式欧姆表中值电阻z R 和电源电压max min ~E E 的实验值。 5． 测出“100?R ”档串式和并式欧姆表在工作电源为1.35V 时的中值电阻，由此分析两种方式欧姆表 的优劣。 【原理的相关提示】 参见教材230228P P - 【仪器列表与已知条件】 DH4508型电表改装与校准实验仪简介 DH4508型电表改装与校准实验仪的已知参数： Ig=1mA; Rg=155Ω；R G =300Ω；Rw=680Ω。
【设计举例】 思路：根据实验室提供仪器的已知参数，选择满足设计要求的串、并式欧姆表的中值电阻z R ，并计算出相应的限流电阻0R 的设计值和电源电压max min ~E E 调节范围的理论值。 1 、串式欧姆表Ω?100档的电路图见图1： 图1 串式欧姆表电路图 图2 并式欧姆表电路图 设电池新时的电动势为max E ，寿命终了时的电动势为min E ，定标时的电动势为0E ，相应电 动势下的中值电阻分别记为max z R 、min z R 、z R 则有： Ω== 15000 g z I E R （理论值） g g w z I E R R R R max 0max = ++= （1） g g z I E R R R min 0min = += （2） 由（1）、（2）式得V I R E E E g w 68.0min max =?=-=? 取V E E E 16.134.05.120min =-=?- =，则V E E E 84.134.05.12 0max =+=?+= 由（2）式得：Ω=-= 1005min 0g g R I E R 综上所述：当中值电阻取Rz=1500Ω时，电源电压的调节范围V 84.1~16.1比设计要求的大，故满足设计要求。 2、并式欧姆表Ω?100档的电路图见图2： 设电池新时的电动势为max E ，寿命终了时的电动势为min E ，定标时的电动势为0E ，相应电动势下
《设计和组装欧姆表》实验数据处理的参考 1、 实验前的参数设计。 设计要求: 将量程mA I g 1=、内阻Ω=155g R 的毫安表组装成中值电阻Ω1100（即Ω?100挡）的并式欧姆表。已知：G R =300Ω、调零电阻Ω=680w R 、定标时的电动势V E 5.10=,给出限流电阻0R 的设计值和满足调零电阻w R 能够正常调零范围（ Ω680~0）时，电池电动势的最大变化范围（Emin~Emax ）的理论值。 设计方法： 并式欧姆表Ω?100档的电路图见图1： 图1 并式欧姆表电路图 设电池新时的电动势为max E ，寿命终了时的电动势为min E ，定标时的电动势为0 E ，相应电动势下的中值电阻分别记为max z R 、min z R 、z R ，回路最大总电流分别记为(max)m I 、(min) m I 、m I 由0 0R R I E I g g m -= 结合z m R E I 0=
z g g R E R I E R /000-= ? (1) 由图1可看出，当m in E E =时，I 最小，此时就把调零电阻调到最大，以减小调零电阻所在支路的分流，确保通过表头的电流为g I 。同理, 当m ax E E =时，I 最大，此时就把调零电阻调到零，以增大调零电阻所在支路的分流，确保通过表头的电流为g I ，故从电阻关系有： g z g g g m g g w G I R E R I I I R I R R -= -= +min min (min) 和) /(*)(0m in g w G g w G z R R R R R R R R ++++=得： g g w G g w G g g w G I R R R R R R R E R I R R -++++= +)) /(*)((0min (2) g z g g g m g g G I R E R I I I R I R -= -= max max (max) 和 ) /(*)(0m ax g w G G w g z R R R R R R R R ++++=得 g g w G G w g g g G I R R R R R R R E R I R -++++= ) /(*)(0max （3） 把已知参数mA I g 1=、 Ω=155g R 、G R =300Ω、Ω=680w R 、V E 5.10 =代入(1)、（2）、（3）式得三个关于m ax m in 0,,E E R 的方程，解此方程（用matlab 软件求解）得V E V E R 6509.1,2973.1,3.986m ax m in 0==Ω=。此设计值满足欧姆表在
电阻的测量 、欧姆表的测量原理： ① 欧姆表是测量电阻的仪表。 右图的欧姆表的测量原理图。 虚线方框内是 欧姆表的内部结 构（简化），它包含表头G 、直流电源 （常用干电池）及电阻 R （调零电阻及其它如保护 电阻等的总电阻）；当被测电阻R x 接入 电路后，通过表头的电流 I ------------------ R r R G R x 其中￡为干电池两端的电压（测量时基本不 变）。由上式可知，对给定的欧姆表， I 与R x 红笔 R x 在刻度盘上直接标出欧姆值。 ② 欧 姆表的刻度特点。与电流表和电压表不同，欧姆表的刻度有下面三个显著特点： A 、 电流表及电压表的刻度越向右数值越大， 欧姆表则相反，这是由于R 越小I 越大造成的。每 个欧姆表刻度盘的最右端都可标以 “ 0? ”的数值，因为总可以选择 R ?的值以保证当R x =0时 流过表头的电流恰好等于它的满刻度电流（满偏电流） i Gm 。B 、磁电式电流表及电压表的刻 度是均匀的，欧姆表的刻度却是很不均匀， 越向左边越密。这是因为刻度的疏密程度取决于 上式中的电流I 随R x 的变化规律。C 电流表及电压表的刻度都是从 0到某一确定的值，因 此每个表都有一个确定的量程。但欧姆表的刻度却总是从 0到欧姆。 ③ 欧姆表的中值电阻。因为当 R x =0时表头电流等于 它的满刻度电流 i Gm ,所以把R x =0 ■G R G 有 --- 对应的关系，所以由表头指针的位置可以知道 R x 的大小。为了读数方便，可以事先
及I = I Gm 代入上式就有：Lm R r R G ,再将此式除以上式得： I I Gm R 甩 r , (R r (R R G ) r R x R G ）是一定的，所以每个 R x 值都对应一个确定的 Gm 这个数值是很有实际意义，正是它唯一地决定着表针的位置。例如，当 =1时，l = l Gm ，表针指最右端；当 =1/2时，表针指在刻度盘的中心处，等等。可 Gm 以这样理解：每个 R x 值决定一个 个欧姆表不同的（R r 甩）值，同一 R x 就对应不同的 们的刻度情况就不一样。 反之，只要两个欧姆表的（R 住）值相等，它们的刻度情况就完全 相同（可以共用一个刻度盘）。欧姆表的（R r 叫做它的中值电阻（简称中值），因为 当R x R r R G 时，由上面关系式可得: 12 ，表针恰指正中。换句话： 中 Gm 值电阻唯一地决定了欧姆表的刻度 。中值电阻一经确定，刻度盘的刻度便将全盘定局。 值 值又决定一个表针位置。如果两 ，即对应不同的表针位置，它 m 值，而每个 Gm
目录 引言 (2) 实验方案： (2) ............................................................................................................. 错误！未定义书签。二：直流电压档 . (3) 三：交流电压档 (4) 四：电阻档 (4) 实验内容 (5) 实验步骤 (5) 一：制作可调电压的直流电源 (5) 二：制作量程1.00mA直流电流表并校验 (6) 三：制作量程2.50V的直流电压表并校验 (7) 四：制作量程10.0V交流电压表并校验 (8) 五：制作×100挡的欧姆表并校验 (10) 万用表使用说明 (11) 参考资料 (11)
万用表的设计与组装 姓名：高闯学号：10211064 学院：电子信息工程学院班级：通信1003 引言 实验任务： 分析研究万用表电路，设计并组装一个万用表。 实验要求： 1．分析常用万用表电路，说明个挡的够功能和设计原理； 2．设计组装并校验具有下列四档功能的万用表。 （1）直流电流挡：量程1.00mA； （2）以自制的1.00mA电流表为基础的直流电压档：量程 2.50V。 （3）以自制的1.00mA电流表为基础的交流电压档：量程 10.00V。 （4）以自制的1.00mA电流表为基础的电阻档（×100）电源使用1.5V电池。 主要仪器： 表头，导线若干，电阻箱若干，万用表。 实验方案： 用给定的表头通过与相应的电阻进行串并联可以组装成有直流
电压、电流档的万用表。通过整流滤波电路可以组装成有交流电压档的万用表。该表头的内阻为（），偏电流为（）。 表头满偏电流较小，不能直接测量较大电流。因此需要小电阻分流。分流电路如图（a）。设直流电流档的量程为I。并联电阻为。由欧姆定律的 (1) G (a) 由公式（1）可以求得的理论值是 二：直流电压档 由于表头内阻较小，满偏电流也很小。因此满篇电压也很小则需串联一个较大的电阻分压。设直流电压档的量程为串联电阻为由欧姆定律得U=I (2) 其电路图如图（b）
、欧姆表的测量原理: ① 欧姆表是测量电阻的仪表。 右图的欧姆表的测量原理图。 虚线方框内是欧姆表的内部结 构（简化），它包含表头 G 、直流电源；（常用干电池）及电阻 （调零电阻及其它如保 护电阻等的总电阻）；当被测电阻R x 接入 电路后，通过表头的电流 I R ° + r + R G + R x 在刻度盘上直接标出欧姆值。 ② 欧姆表的刻度特点。与电流表和电压表不同，欧姆表的刻度有下面三个显著特点： A 、 电流表及电压表的刻度越向右数值越大，欧姆表则相反，这是由于 R x 越小I 越大造成的。 每个欧姆表刻度盘的最右端都可标以“ 0? ”的数值，因为总可以选择 R ?的值以保证当 R x =0 时流过表头的电流恰好等于它的满刻度电流（满偏电流） i Gm 。B 、磁电式电流表及电压表的 刻度是均匀的，欧姆表的刻度却是很不均匀， 越向左边越密。这是因为刻度的疏密程度取决 于上式中的电流I 随R x 的变化规律。C 、电流表及电压表的刻度都是从 0到某一确定的值， 因此每个表都有一个确定的量程。但欧姆表的刻度却总是从 0到：：欧姆。 ③ 欧姆表的中值电阻。因为当 R x =0时表头电流等于 它的满刻度电流 I Gm ,所以把R x =0 及1 = 1 Gm 代入上式就有：I Gm ，再将此式除以上式得 电阻的测量 其中￡为干电池两端的电压（测量时基本不 变）。由上式可知，对给定的欧姆表， I 与R x 红笔 有—对应的关系，所以由表头指针的位置可以知道 R x 黑笔 R x 的大小。为了读数方便，可以事先 R G R-
R Q + r + R G I _. i R G r (^ R G ) r R x （^ r R G ）是一定的，所以每个 R x 值都对应一个确定的 这个数值是很有实际意义，正是它唯一地决定着表针的位置。例如， I Gm I I Gm
实验原理与操作 实验目的 1．了解多用电表的构造和原理，掌握多用电表的使用方法。2．会使用多用电表测电压、电流及电阻。 3．会用多用电表探索黑箱中的电学元件。 实验原理 1．外部构造 (1)转动选择开关可以使用多用电表测量电流、电压、电阻等。 (2)表盘的上部为表头，用来表示电流、电压和电阻的多种量程。 2．欧姆表原理 (1)内部电路简化如图。 (2)根据闭合电路欧姆定律
①当红、黑表笔短接时，I g ＝E R g ＋R ＋r ②当被测电阻R x 接在红、黑表笔两端时， I ＝ E R g ＋R ＋r ＋R x ③当I 中＝1 2I g 时，中值电阻R 中＝R g ＋R ＋r 实验器材 多用电表、电学黑箱、直流电源、开关、导线若干、小灯泡、二极管、定值电阻(大、中、小)三个。 实验步骤 1．观察多用电表的外形 认识选择开关对应的测量项目及量程。 2．机械调零 检查多用电表的指针是否停在表盘刻度左端的零位置。若不指零，则可用小螺丝刀进行机械调零。 3．插入表笔 将红、黑表笔分别插入“＋”、“－”插孔。 4．测量小灯泡的电压 按如图甲所示连好电路，将多用电表选择开关置于直流电压挡，测小灯泡两端的电压。 5．测量小灯泡的电流 按如图乙所示连好电路，将选择开关置于直流电流挡，测量通过小灯泡的电流。
6．用多用电表测电阻的步骤 (1)调整定位螺丝，使指针指向电流的零刻度。 (2)选择开关置于“Ω”挡的“×1”，短接红、黑表笔，调节欧姆调零旋钮使指针指向电阻的零刻度，然后断开表笔，再使指针指向∞刻度处。 (3)将两表笔分别接触阻值为几十欧的定值电阻两端，读出指示的电阻值，然后断开表笔，再与标定值进行比较。 (4)选择开关改置“×100”挡，重新进行欧姆调零。 (5)再将两表笔分别接触标定值为几十千欧的电阻两端，读出指示的电阻值，然后断开表笔，与标定值进行比较。 (6)测量完毕，将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡。 7．研究二极管的单向导电性：利用多用电表的欧姆挡测二极管两个引线间的电阻，确定正负极。 8．探索黑箱内的电学元件
大学物理实验报告 班级___________________ 实验日期_______年____月____日 姓名________学号_______ 教师评定_____________________ 实验二十七多用表的设计与组装 【实验目的】 (1)掌握将一表头改装为双量程电流表和双量程电压表以及欧姆表的原理和设计方法 (2) 学习多用表的组装和标定. 【实验器材】 干电池一只、直流稳压电源、滑线变阻器:100Ω和10kΩ、100μA 改装表头、直流微安表(标准表)、直流毫安表(标准表)、直流电压表(标准表)、电阻箱两只、单刀开关两个 【实验要求】 电流计表头并联或串联一个电阻可将其分别改装成大量程的电流表或电压表.。用类似方法还可设计出其他用途的电表或多用途的电表。 (1) 电路设计 ①分别画出将表头改装成双量程电流表、双量程电压表和不带量程变换的欧姆表电路图, ②画出具有上述功能的多用表电路图，写出相应的计算公式. (2) 实验操作 ①测量表头内阻Rg和满偏电流Ig. ②根据实验条件计算电流量程分别为1mA 、2 mA,电压量程分别为1V 、2V的多用表的各电阻元件阻值(3位有效数字)。 ③组装一个具有上述功能的多用表。 (3) 数据处理 ①以0.5级电流表作为标准表，画出双量程电流表的两条校准曲线。 ②计算改装表的准确度等级;对改装欧姆表进行定标.。 ③分析讨论误差产生的原因。 【实验提示】 （1）表头内阻的测定。 进行多用表设计时，必须知道表头内阻Rg的大小。表头内阻的测定方法有很多，常用的方法有标准表法、半偏法、电桥法、替代法。 （2）欧姆表的原理。 图5是欧姆表的原理电路图，表头的内阻为Rg，满偏电流为 Ig，E为电源电动势，它与固定电阻R0，可变电阻Rt串联， Rx是被测电阻，测量时将它接在a，b两点之间。由闭合电路 欧姆定律知，接入Rx后: Ix= E/ (Rg + Rt + R0 + Rx) 当E和Rg+ R0 + Rt的值一定时,Rx与Ix的值一一对应,因此, 表面可按电阻值来划分刻度。. （3）点阻挡的调零问题。; 由于电池经过一段时间的使用以后，电动势下有所降,电阻显著
实验五 欧姆表的设计和组装 一、目的和要求 设计和组装一个多档级欧姆表，要求达到： 1．掌握多档级欧姆表的设计原理和方法； 2．了解欧姆表的测量原理的特点。 二、仪器和设备 量程为1mA 的电流表头、1.5V 干电池、电阻箱4个、滑线变阻器材1个 三、原理 欲用电表测量电阻（欧姆表），其实质量是测量流过被测电阻的电流值。图1是欧姆表的原理电路图。 图1 图中R S 为分流电阻，R d 为限流电阻，r 为电池内阻，标头内阻为R g ’电表量程为I g 。当接入被测电阻R X 时，电路中电流I 为 X g R R E I += （1） 式中RZ 为欧姆表总内阻 r R R R R R R d S g S g g +++= （2） 当欧姆表短接，被测电阻为0时，电流表中电流达到最大值，表头达到满量程，此时，I m =E/R Z ， m X Z Z I R R R I += （3） 由（3）式可见，流过电阻的电流I 与R X 有一一对应关系。在相应的I 处标记以电阻值的大小R X ，则电表就成欧姆表了，由上述原理可知欧姆表有下列特点： 当R X =0，a 、b 端短路，电表指针位于量满程处，与电流表、电压表的零点不同； 当R X →∞，a 、b 端开路，电表内电流为0，指针不发生偏转； 当R X =R Z 时，I=1/2I m 指针指在表盘的中心位置，所以R Z 又称为中值电阻R C ，它是欧姆表C
的一个重要特征参量。 由（3）式可知，欧姆表的标度尺是反向刻度，而且是非线性的。 直接采用图1电路，电源电压因消耗而发生的变化会给电阻的测量结果带来很大的误差，因此，欧姆表还必须装有另欧姆调节的电位器。如图2所示。这是一种并联式调节线路。零欧姆调节电位器R 0时分流电阻R S 的一部分。电池用1.5V 干电池，新电池可达1.6V 。为了充分利用电池又兼顾欧姆表的准确度，设计的准则为：即使电池电压降到1.2V 时，欧姆表仍然有足够的准确度。这样，当电阻电压由1.6V 变为1.2V 时，我们只须将电位器R 0的滑动端P 由B 移向A 端，分流电阻加大，表头支路电阻减小。因此，在被测电阻为0时，流过表头的电流仍能被调到满偏。这种调节电路应使用一阻值较小的R 0才能使电池电压的变所引起的误差较小。R 0及其他电阻阻值的选择可如下分析： 设R 0的滑动端P 位于A 端（此时对应E=1.2V)时,流过R d 的电流为I ，分流电阻为R S =R S ’+R 0，有 I g R g =（I-I g ）R S IR S =I g （R g +R S ） (4) P 位于B 端（对应E=1.6V ）时，流过Rd 的电流为I'，此时分流电阻为R S '，有 I g （R g +R 0）=（I ’-I g ）R S ’ I ’R S ’=I g (R g +R 0+R S ’)=I g （R g +R S ） （5） 由（4）、（5）式可得： I ’R S ’=IR S (6) 在有一定准确度的情况下，可近似认为在R 0调节过程中，回路总电阻变化不大。则有I ’/I=E ’/E=1.6/1.2=4/3,代入（6）式得： R S =4/3R S ’ （7） 因为 R S =R S ’+R 0 所以 R 0=1/3R S ’ （8） 根据闭合电路欧姆定律，当P 位于A 端或B 端时，分别有 AC d R R E I += BC d R R E I +=’’ 图2
实验十五 简易万用表的设计与制作 万用表是常用的测量工具，主要是由直流计及若干电阻构成。由于万用表具有具有多用途用方便等优点，有着广泛的应用。本实验主要熟悉万用表的设计及校正。 一 实验目的 1． 了解万用表测量电压、电流以及电阻的基本原理。 2． 掌多量程万用表的制作方法。 二 实验原理 万用表主要由磁电式电流计以及一系列电阻构成。由磁 电式电流计和不同阻值的分流电阻可构成不同量程的电流 表，同样，磁电式电流计和不同阻就构成了不同量程的电压 表。电流计允许通过的最大电流称为电流计量程，用g I 表示， 电流计线圈有一定的电阻称为电流计内阻，用g R 表示。量程 g I 与内阻g R 是电流计特性的两个重要参数。 要将磁电式电表改装成量程为I 的电流表，只需在 电表表头两并联一分流电阻，分流电阻阻值按一下公式 计算：)/(g g g s I I I R R -?=。 并联不同的分流电阻可 构成不同量程的电流表，如图1所示电流表有四个不同 量程。 如果要将电流计改装成量程为U 的电压表，则电 流计需串联一分压电阻，分压电阻阻值按如下公式计算：g g x R I U R -=。串联不同的分压电阻，得到不同 量程的电压表，如图2所示。 如果要将表头改成欧姆表，可由图3说明原理， 开始短接a 、b 两端，调节电阻R ’使得电流计满刻度，此时：' R R E I g O +=，则当x R 接入回路后，回路电流为：x g x R R R E I ++=（E 为电池电动势，g R 为表头内阻，x R 为待测电阻）。 所以，一旦E 、g R 、R ’确定后，回路电流仅由x R 决定。当'R R R g x +=时， 2 o x I I =，此时电流表指针指向刻度线中点，这时的电阻x R 称为欧姆表的中值电阻。由此方法可在电流计面板上刻度以显示不同的阻值电阻x R 。由于x I 与x R 呈非线性关系，所以欧姆表刻度为非均匀刻度，另外，实际是作为电源的电池也 非恒定，所以欧姆表还需作零欧姆调整，实际电路中应增加零欧姆调整电位器。 如果要扩大欧姆表量程，可以采用一下两种方法，一是电流计两端并联不 同的分流电阻，二是可提高电源电压。 三 实验内容