欧姆表倍率转换原理

多用电表欧姆档倍率切换原理作者：张凤英朱晓安来源：《物理教学探讨》2018年第08期摘要：多用电表欧姆档倍率切换方式，教科书中提供的切换电路与实验室中学生多用表电路有矛盾。

本文通过欧姆表原理、倍率切换原理以及倍率的两种切换方式进行比较，提出各自的优劣，阐述教材处理方式的原因，并提出教学启示和建议。

关键词：欧姆表；电路结构；改装原理；倍率档切换；教学启示中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）8-0050-31 问题的提出在人教版高中物理选修3-1第二章《恒定电流》第8节《多用电表原理》的教学中，遇到学生和部分老师提出如下问题“教材中的多量程多用电表示意中3、4是电阻档，是利用不同电源实现欧姆表档位调节作用的，而实验室中学生万用电表（JO411型）只有两节干电池一个电源，那欧姆表到底是如何实现倍率切换的呢？”（如图1）可以通过电流表量程扩大的方法计算并联电阻。

如图5所示（虚线框内是改装后扩大了量程的电流表），把满偏电流为Ig的表头扩大量程为Ig1的量程计算并联电阻的方法是：表头与电阻R1共同分担需要改装后Ig1的电流，而表头最多只能承担Ig的电流，因此并联电阻R1必须承担Ig1-Ig的电流，电阻R1与表头两边的电压相等，可得：（Ig1- Ig）R1=IgRg得：分别代入不同的Ig1，Ig2，Ig3，Ig4，计算并联电阻分别是：R1=0.50 Ω，R2=5.03 Ω，R3=52.63 Ω，R4=1 000.00 Ω，这样就很方便；如果电源用1.5 V，通过计算可知也是可行的。

如果增加档位×10k，仍然用3 V的电源，按照上述公式计算得出Ig5=0.02 mA，是满偏电流Ig=0.1 mA的1/5 ，无法满足实验要求；如果用1.5 V的电源，电流Ig5=0.01 mA，同理可知这样不可行；如果用22.5 V的电源，Ig5=0.163 mA，则可以满足实验要求；如果所有的档位都用22.5 V的电源，选择×1档位时，Ig1=1.5 A，放电电流太大，需要频繁地更换电池。

欧姆表倍率与内阻的关系
欧姆表是电工常用的电阻测量工具，它的测量原理基于欧姆定律：电流通过导体时，与导体两端的电压成正比，与导体的阻值成反比。

欧姆表的测量范围一般给出了不同的倍率，常见的有×1、×10、×100等，这些倍率的设置与欧姆表的内阻有着密切的关系。

欧姆表的测量原理可以用下面的公式描述：
R = U / I
其中，R为被测电阻的阻值，U为欧姆表两端的电压，I为通过
被测电阻时的电流。

根据欧姆定律，电流I与电压U成正比，即I = U / R0，其中R0为欧姆表的内阻。

因此，将I代入上式，可以得到： R = U / (U / R0) = R0
可见，当被测电阻的阻值等于欧姆表的内阻时，欧姆表的两端电压与内阻无关，仅取决于被测电阻的阻值。

此时，欧姆表的倍率设置不会影响测量结果。

然而，当被测电阻的阻值远大于欧姆表的内阻时，欧姆表的测量结果将产生明显的误差。

此时，欧姆表的测量结果将低于被测电阻的实际阻值，误差大小取决于欧姆表的内阻和倍率设置。

通常情况下，欧姆表的倍率越大，内阻也就越大，测量精度也就越高。

但是，此时欧姆表的灵敏度也会降低，需要用更大的电压来进行测量，以保证测量精度。

因此，为了保证欧姆表的测量精度，应选择合适的倍率，并在测量前进行校准，以减小内阻和倍率设置对测量结果的影响。

同时，在
选择欧姆表时，应根据需要选择不同范围和精度的欧姆表，以满足不同的测量需求。

如何实现欧姆表的不同倍率有这样一道实验题，共有两问，现只讨论其第二问，题目如下：（2）将G 表改装成两种倍率（如“×1”、“×10”）的欧姆表。

现有两种备选电路，如图2和图3所示，则图 （选填“2”或“3”）为合理电路；另一种电路不合理的原因是 ，在合理的电路中，当开关S 合向 端，这时的欧姆表是较大的倍率挡。

答案：图２ 原因：图３中的电路ｃ和ｄ所对应的电源电动势和满偏电流(最大电流)相同，则对应中值电阻相同，即同一种倍率（其它答案意思讲酌情给分）ｂ在考试时，这道题的得分率很低，即使是得分的同学也有很多是随机猜测的。

学生普遍觉得无从下手，不知如何分析，究其原因，是对“改装成两种倍率（如“×1”、“×10”）的欧姆表”不理解，不知如何实现欧姆表的不同倍率。

要解决欧姆表的不同倍率问题则需要先回顾一下欧姆表的测量原理。

欧姆表是测量电阻的仪表，其测量原理图如右下图所示。

它是由电流表表头、直流电源、电位器和红、黑二表笔串联而成。

虚线框内是欧姆表的内部结构（简化），则r+R 0+ R g 即为欧姆表的内阻R 内。

当被测电阻R x 接入电路后，通过表头的电流x g R R R r E I +++=0即 )(0R R r IE R g x ++-= 由上式可知，对给定的欧姆表，I 与R x 有一一对应的关系，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，事先在刻度盘上直接标出欧姆值。

由欧姆表的原理可以看出，与电流表或电压表不同，欧姆表的刻度有以下三个显著特点：（1）、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“0Ω”的数值，因为我们总可以选择R 0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I g 。

(2)、磁电式电流表及电压表的刻度是均匀的，欧姆表的刻度却很不均匀，越向左边越密。

欧姆表的倍率调档原理欧姆表的倍率调档原理是一种电表测量电压、电流、容值和电阻的重要技术，它是一种以除法原理对测量时的参数进行调整以使测量结果更准确的技术。

一般来讲，欧姆表可以提供多种倍率，如1x、10x甚至100x等，它把原始测量值放大或缩小，以达到测量结果的希望值。

一、欧姆表的倍率调档原理1、原理概述欧姆表的倍率调档原理是通过将电压、电流、容值或电阻等电能量参数进行重新调整以达到精确测量所需要的过程。

调整过程通常采用一个放大器，将较低的量程（最大值）转变为较高的量程（最大值）来实现。

例如，当欧姆表最大量程为30V时，用户可以使用20倍的倍率调档，从而把测试电压调档至30V，这就使得对高于30V的电压进行测量成为可能。

2、倍率调档的作用（1）将测量量程放大或缩小：可以通过调整倍率，把较低的量程放大成更高的量程，或者把较高的量程缩小成更低的量程。

（2）减小测量磁场对精度的影响：有时由于外磁场对测量精度有影响，这时可以使用倍率调档，把磁场影响减小到可接受的范围。

（3）维护欧姆表测量精度：欧姆表的测量精度取决于最大测量量程，通常最大测量量程不能超过欧姆表最大量程值的20倍。

因此，使用倍率调档可以保证欧姆表的测量精度不受外界影响。

二、倍率调档的两种模式（1）倍率调档模式倍率调档模式是指在倍率调整的过程中，主被测物的比值在变换过程中不变的一种模式。

例如，把最大量程为10V的测量要素用20倍的倍率调档，那么最大测量量程则由10V放大至20V，这种形式中主物被测物的比值没有发生变化，只是将最大量程放大至可测量的范围而已，因此这种模式也叫做非变速模式。

（2）变速调档模式这种模式是指通过set/reset方法把两者之间的比值放大或缩小，而不改变两者之间的比例，以达到被测物和基准物在不同量程下调整测量结果。

例如，把最大量程为10V的测量要素用4倍的倍率调档，那么最大测量量程则从10V缩小至4V，这种形式中主物被测物的比值发生了变化，但被测物和基准物之间的比例不受影响，因此这种模式也叫做变速模式。

欧姆表的原理及使用
欧姆表，全称欧姆特式电阻表，是一种用于测量电阻值的仪器。

它的原理基于欧姆定律：I = U/R，即电流等于电压除以电阻。

欧姆表通常由一个电动机和一个检测电路组成。

检测电路包括一个量程选择开关，一个电阻测量开关和一个电阻计量表（通常是机械式的，典型的包括D'Arsonval 电表和Weston 电表）。

当欧姆表的测试针接触被测试物体时，电流会流过测量物体，同时也流过电阻计量表。

因为绝大部分电欧姆表都是通过直接读数方式来显示电阻值，所以欧姆表的显示值和被测量物体之间不会产生干扰电压等。

使用欧姆表时，首先选择适当的量程，然后将测试针分别连接到被测物体的两个端点上，读取欧姆表显示的电阻值即可。

需要注意的是，欧姆表只能用于测量直流电，不能用于测量交流电，并且在使用时要避免测试针短路、过度照射和避免高压电源的电击等问题。