实验2 表头参数的测定和应用

摘要很多电子产品中，电容器是必不可少的电子元件，它在电子设备中充当整流器的平滑滤波，电源的退耦，交流信号的旁路，交直流电路的交流耦合等。

固定电容的容量可直接从标称容量上读出，而可调电容的容量则不确定，因此，设计一个简易电容测试仪作为测量工具是有必要的。

电子制作中需要用到各种各样的电容器，它们在电路中分别起着不同的作用。

电容器，通常简称其为电容，用字母C表示。

顾名思义，电容器就是“储存电荷的容器”。

尽管电容器品种繁多，但它们的基本结构和原理是相同的。

两片相距很近的金属中间被某物质（固体，气体或液体）所隔开，就构成了电容器。

两片金属称为极板，中间的物质称为介质。

电容器也分为容量固定的和容量可变的。

但常见的是固定容量的电容，最多见的是电解电容和瓷片电容。

不同的电容器储存电荷的能力是不相同的。

规定把电容器外加1伏特直流电压时所储存的电荷量称为该电容器的电容量。

电容的基本单位为法拉（F）。

但实际上，法拉是一个很不常用的单位，因为电容器的容量往往比1法拉小得多，常用微法（uF），纳法（nF），皮法（pF）（皮法又称微微法）等，它们的关系是1法拉（F）=1000000微法（uF）1微法（uF）=1000纳法（nF）=1000000皮法（pF）.电容器在电子电路中得到广泛的应用，它的容量大小对电路的性有重要的影响，本课题就是设计直读式电容测试仪。

由于单稳态触发器的输出脉冲与电容C成正比，把电容C转化为宽度为tW 的矩形脉冲，经过滤波，经过直流放大器，使表头的刻度值满偏，经过计算从而可以得到电容量的数据，同时可以通过手动实现对档位的改变而测量出不同档位的电容值。

由于单稳态触发器输出的宽度与被测电容Cx的容量大小成比例，即td=1.1RCx，所以先由555构成的多谐振荡器得到方波，方波经过电容滤波后得到尖波，尖波作为单稳态触发器的输入波形，它的输出波使得电流表偏转，用表头指针的偏转大小表示Cx容量大小。

目录一课程设计目的 (3)二电子课程设计任务书 (3)三总体设计方案 (6)四单元电路设计及其原理说明参数计算 (6)4.1 555定时器简介 (6)4.2555定时器构成多谐振荡器 (8)4.3 555定时器构成单稳态触发器 (10)五总体电路 (12)5.1 电路原理图 (12)5.2 电路工作原理 (13)5.3 所需各元器件 (13)六调试波形 (14)七实验总结 (15)八参考文献 (16)一课程设计目的本课程是自动化专业的必不可少的实践教学环节。

评分：大学物理实验设计性实验实验报告实验题目：表头参数的测定班级：姓名：学号：指导教师：梁一机实验日期：2011年12月 5 日实验13 表头参数的测定实验课题及任务《表头参数的测定》实验课题任务是：电流表、电压表和欧姆表等在电学测量中被广泛使用。

它们都有一个共同部件“表头”，表头实际上就是“灵敏的直流电流表”。

表头内阻g R 、量程g I 和等级∆是描述表头的三个重要参数。

学习表头参数测定对生产和应用都有重要的意义。

用箱式电位差计测量表头的参数。

学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《表头参数的测定》的整体方案，内容包括：写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。

设计要求⑴ 通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。

⑵ 设计用箱式电位差计测量表头参数的附加电路，简述测量方法、原理及公式。

⑶ 拟定实验步骤及数据记录表格。

⑷ 测量有关数据，作出校准曲线，计算测量结果。

实验仪器UJ36箱式电位差计、电阻箱、标准电阻、待测表头实验提示⑴ 用电位差计测电流表的内阻设s R 是标准电阻，g R 是待测电流表内阻，请自行设计一电路，用电位差计分别测出电压g U 与s U ，求出g R 。

⑵ 用电位差计校准电流表设s R 为标准电阻，用电位差计可测出s R 上的电压s U ，则流过s R 中电流的实际值为ssR U I =再从电流表上读出电流指示值I ，与0I 进行比较，其差值0I I I -=∆称为电流表指示值的误差。

找出所测值中的最大误差m I ∆，按下式确定电流表级别α。

100⨯∆=量限mI α 为了使被校准的电流表在校准后有较高的准确度，电位差计与标准电阻的准确度等级，必须比较校准的电表的级别高。

课程名称：大学物理实验化工系化学工程与工艺化工3班缪文龙实验名称：设计性实验——表头参数的测定实验日期：09.12.23一、实验目的：1．掌握电位差计基本原理和使用方法2．学习表头参数（内阻R g 、灵敏度I g 、准确等级）的测定方法二、仪器：UJ-31型定位差计（17.1mV和171mV两个量程）、标准电池（t=20℃时，其电动势为1.0186V）、数字灵敏电流计、六位电阻箱（0～99999.9Ω）、精密稳压电源（约6V，两组输出）、标准电阻（约10Ω）、μＡ表头（I g ≈500μＡ，140Ω≤R g ≤340Ω）。

三、简单原理与实验内容：电位差计只能测低值电动势（或电压），若要测直流电流，必须配置标准电阻。

如图1所示，在该电路中，R0为标准电阻，用电位差计测出其两端的电压，则流过表头的标准电流为表头级别的定义为：其中是诸多I =I0-I中数值最大的一个，I为电流表面板示值。

级别表示电流表精确度，分为七级（0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0）级别越小，精度越高。

图1 表头参数的测量电路1.表头等级的测定：按电路图1连线，调节R使表头示值从小到大分别为100，200，，500 μＡ，用电位差计依次测出相应的U x值，对电流表的每一个示值I，求出相应的I0，找出。

例如计算得出=0.5%，则该电表的级别为0.5级。

通过校准曲线由定义求出。

注意事项：应合理选择电阻R0的阻值，要求：①电阻R0上的电位差小于17.1mV ②流过R0的电流要小于该电阻的额定电流③电位差计选用17.1 mV量程2.表头内阻R g 的测定：将一已知电阻R0与表头串联，当稳恒电流流过R0 及表头时，用电位差计分别测出R0和表头两端的电压U1和U2，便可计算出表头内阻的阻值R g =U2* R0/U1，调节R改变U1、U2的值，获得几组数据后取R g 的平均值。

注意事项：R0的阻值和电流大小要选择合适，除考虑电位差计的量程(测U1选用17.1 mV，测U2选用171mV)和电阻的额定电流外，应尽可能使得测量结果有较高准确度。

电表改装与校准实验讲义电流计（表头）由于构造的原因，一般只能测量较小的电流和电压。

如果要用它来测量较大的电流和电压，就必须进行改造，以扩大其量程。

万用表的原理就是对微安表头进行多量程改装而来。

[实验目的]1、测量表头内阻及满度电流2、掌握将1mA 表头改成较大量程的电流表和电压表的方法，学会校准电流表和电压表的基本方法。

3、设计一个R 中=1500Ω的欧姆表，要求E 在1.3~1.6V 范围内使用能调零（选做） [实验仪器]DH4508型电表改装实验仪1台。

[实验原理]1、表头的主要参数的测定表头(毫安表、电流计)的主要参数：量程和内阻。

量程是指针偏转满刻度时可测的最大电流值g I ，也称满偏电流。

表头的线圈有一定内阻，用g R 表示。

测量内阻g R 的方法很多，本实验采用替代法。

替代法：如图1所示。

当被改电流计(表头)接在电路中时，选择适当的电压E 和W R 值使表头满偏，记下此时标准电流表的读数a I ；不改变电压E 和W R 的值，用电阻箱13R 替代被测电流计，调节电阻箱13R 的阻值使标准电流表的读数仍为a I ，此时电阻箱13R 的阻值即为被测电流计的内阻g R 。

W图1 2、改装为大量程电流表在表头两端并联一个分流电阻P R ，可以扩大毫安表的量程。

如图2所示，由表头和并联电阻P R 组成的整体（图中虚线框住的部分）就是改装后的电流表。

并联分流电阻大小 g P g gI R R I I =-如需将量程扩大n 倍，不难得出分流电阻P R 的大小为1g P R R n =- (1)3、改装为电压表为了测量较大的电压，可以给表头串联一个较大的电阻S R ，这种由表头和串联电阻S R 组成的整体就是改装后的电压表。

如果要将表头改装成量程为U 的电压表，由图3可得S R 的大小为 S gUR R =- （2）图 2 图 34、改装为欧姆表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。