电表改装与校准实验(FB308A型电表改装与校准实验仪)
实
验
讲
义
山东大学物理实验中心研制
杭州精科仪器有限公司
实验一、指针式电表改装与校准
电表在电学测量中有着广泛的应用，因此如何了解电表和使用电表就显得十分重要。电流计（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或电压，就必须进行改装，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，在电路的测量和故障检测中得到了广泛的应用。
【实验目的】
1．测量表头内阻Rg 及满度电流Ig 。
2．掌握将A 100μ表头改成较大量程的电流表和电压表的方法。
3．设计一个Ω=k 10R 中的欧姆表，要求E 在V 6.1~35.1范围内使用能调零。
4．用电阻器校准欧姆表，画校准曲线，并根据校准曲线用组装好的欧姆表测未知电阻。
5．学会校准电流表和电压表的方法。
【实验原理】
常见的磁电式电流计主要由放在永久磁场中的由细漆包线绕制的可以转动的线圈、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磁M ，使线圈转动并带动指针偏转。线圈偏转角度的大小与线圈通过的电流大小成正比，所以可由指针的偏转角度直接指示出电流值。
1. 测量电流表的量程Ig 和内阻Rg ：
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 是两个表示电流计特性的重要参数。
测量内阻Rg 常用方法有：
(1)半值法(又叫中值法)：
测量原理图见图1。当被测电流计接在电路中时，使电流计满偏，再用十进位电阻箱与电流计并联作为分流电阻改变电阻值即改变分流程度，当电流计指针指示到中间值，且
总电流强度仍保持不变，显然这时分流电阻值就等于电流计的内阻。
(2)替代法：
测量原理图见图2。当被测电流计接在电路中时，用十进位电阻箱替代它，且改变电阻值，当电路中的电压不变时，且电路中的电流亦保持不变，则电阻箱的电阻值即为被测电流计内阻。替代法是一种运用很广的测量方法，具有较高的测量准确度。
2．改装指针式微安表为较大量程电流表：
由电阻并联规律可知，在表头两端并联上一个阻值适当的电阻2R ，如图3所示，可
使表头不能承受的那部分电流从2R 上分流通过。这种由表头与并联电阻2R 组成的“整体”（图中虚线框住的部分）就是改装后的电流表。如需将量程扩大n 倍，则不难得出： )1n /(R R g 2-= (1)
图3为扩流后的电流表原理图。用电流表测量电流时，电流表总是串联在被测电路中，所以要求电流表应具有较小的内阻。只要在表头上并联阻值不同的分流电阻，便可制成多量程的电流表。
3．改装指针式微安表为电压表：
一般表头能承受的电压很小，不能直接用来测量较大的电压。为了测量较大的电压，可以给表头串联一个阻值适当的电阻M R ，如图4所示，使表头上不能承受的那部分电压降落在电阻M R 上。这种由表头和串联电阻M R 组成的“整体”就是电压表，串联的电阻M R 叫做扩程电阻。选取不同大小的M R ，就可以得到不同量程的电压表。由图4可求得扩程电阻值为： g g
M R I U R -= （2） 实际的扩展量程后的电压表原理见图4, 用电压表测电压时，电压表总是并联在被测电路上。为了不致因为并联了电压表而改变电路中的工作状态，要求电压表应有较高的内阻。
4．改装指针式微安表为欧姆表：
用来测量电阻大小的电表称为欧姆表。根据调零方式的不同，可分为串联分压式和并
联分流式两种。其原理电路如图5所示。
图中E 为电源，3R 为限流电阻，W R 为调“零”电位器，X R 为被测电阻，g R 为等效表头内阻。图（b ）中，G R 与W R 一起组成分流电阻。
欧姆表使用前先要调“零”点，即a 、b 两点短路，（相当于0R X =），调节W R 的阻值，使表头指针正好偏转到满度。可见，欧姆表的零点是就在表头标度尺的满刻度(即量限)处，与电流表和电压表的零点正好相反。
在图（a ）中，当a 、b 端接入被测电阻X R 后，电路中的电流为：
（3）
对于给定的表头和线路来说，g R 、W R 、3R 都是常量。由此可见，当电源端电压E 保持不变时，被测电阻和电流值有一一对应的关系。即接入不同的电阻，表头就会有不同的偏转读数，X R 越大，电流I 越小。短路a 、b 两端，即0R X =时：这时指针满偏。
(4) 当3W g X R R R R ++= 时： (5)
这时指针在表头的中间位置，对应的阻值为中值电阻，显然3W g R R R R ++=中。
当∞=X R （相当于a 、b 开路）时，0I = ，即指针在表头的机械零位。
所以欧姆表的标度尺为反向刻度，且刻度是不均匀的，电阻R 越大，刻度间隔愈密。如果表头的标度尺预先按已知电阻值刻度，就可以用电流表来直接测量电阻了。
并联分流式欧姆表利用对表头分流来进行调零的，具体参数可自行设计。
欧姆表在使用过程中电池的端电压会有所改变，而表头的内阻g R 及限流电阻3R 为常X 3W g R R R R E I +++=g 3
W g I R R R E I =++=g
X 3W g I 2
1R R R R E I ?=+++=
量，故要求W R 要跟着E 的变化而改变，以满足调“零”的要求，设计时用可调电源模拟电池电压的变化，范围取V 6.1~35.1即可。
【实验仪器】
A 308F
B 型电表改装与校准实验仪1台、附专用连接线等。
【实验内容】
1． 用中值法（半值法）或替代法测出表头的内阻g R ：
（1）中值法测量g R 可参考图6接线。工作电压量程可放在)V 10 or V 2(，先将E 调至
V 0，接通E 、W R ，被改装表和标准电流表后，先不接入电阻箱R （虚线不连接）
，调节电压E 或调节串联限流电阻W R ，使指针式改装表头满偏，记住此时标准表的读数，该电流值即为改装表头的满度电流，A ______I g μ=；再接入电阻箱R （图中虚线所示）。改变R 数值，使被测表头指针从满度值A 100μ降低到一半A 50μ处。由于电阻箱的接入，可能使总电流略有变化，这时候再稍微调节E 或W R ，使标准电流表的读数保持不变。则Ω==_______R R g 。
（2）替代法测量g R 可参考图7接线。工作电压量程可放在)V 10
or V 2(，先将E 调至V 0，接通E 、W R ，被改装表和标准电流表后，调节E 或W R 使改装表头满偏，记录
标准表的读数，此值即为被改装表头的满度电流，A ______I g μ=；再断开接到改装表 头的接线，转接到电阻箱R （图中虚线所示），调节R 使标准电流表的电流保持刚才记 录的数值。这时电阻箱R 的数值即为被测表头内阻Ω==________R R g 。
2．将一个量程为A 100μ的指针式表头改装成mA 1（或自选）量程的电流表：
（1）根据电路参数，估计工作电压E 值大小，并根据公式①计算出分流电阻R 的大致数值并把电阻箱R 调节到该数值。
（2）参考图8接线，工作电压量程选择 V 2，先将E 调至V 0，标准电流表量程为mA 2，检查接线正确后，调节E 或变阻器W R ，使改装表指到满量程，标准电流表指示mA 1，
仔细微调W R 和R 的数值，同时满足改装表满度及标准电流表要求。注意：W R 作为限流电阻，阻值不应调至最小值（必要时可适当调节工作电压）。
（3）这时可以开始记录标准表和改装表的读数。先记录满度值，每隔mA 2.0逐步递减直
至零点，再按原间隔逐步递增到满量程，逐一记入表1。
表1 将A 100μ指针式表头改装成mA 00.1的直流电流表数据记录 改装表读数（mA ）
标准表读数（mA ）
误差I ?（mA ） 递减时 递增时
平均值 20.0
40.0
60.0
80.0
00.1
坐标，在直角坐标纸上画出电流表的校正曲线，并根据两表最大误差的数值定出改装表的准确度等级。
（5）重复以上步骤，将A 100μ 表头改成mA 10表头，可按每隔mA 2测量一次（可选做）。
（6）将电阻Ω=k 3R G 和表头串联，构成一个新的表头，重新测量一组数据，并比较串联电阻前后对扩流电阻的大小有何异同（可选做）。
3．将一个量程为A 100μ 的指针式表头改装成V 5.1（或自选）量程的电压表：
（1）根据电路参数估计E 的大小，根据式②计算扩程电阻M R 的阻值，可用电阻箱R 进行实验。按图9进行连线，先调节R 值至最大值，再调节E ；用标准电压表监测到V 5.1时，再调节R 值，使改装表指示为满度。于是V 5.1电压表就改装好了。
（2）用数显式电压表作为标准表来校准改装的电压表：
调节电源电压，使改装表指针指到满量程（V 5.1）,记下标准表读数。然后每隔V 3.0逐步减小改装读数直至零点，再按原间隔逐步增大到满量程，每次记下标准表相应的读数于表2：
表2将A 100μ指针式表头改成量程为V 5.1的直流电压表数据记录
坐标，在坐标纸上作出电压表的校正曲线，并根据两表最大误差的数值定出改装表的准确度等级 。
（4）重复以上步骤，将A 100μ指针式表头改成量程为V 10的直流电压表，可按每隔V 2测量一次（可选做）。
（5）将电阻G R 和表头串联，构成一个新的表头，重新测量一组数据，并比较扩程电阻有何异同（可选做）。
4．将一个量程为A 100μ 的指针式表头改装成欧姆表并标定表面刻度(非线性) ：
（1）根据表头参数g I 和g R 以及电源电压E ，参照图5选择W R 为Ωk 7.4，3R 为Ωk 10
（2）按图10进行连线。调节电源V 5.1E =，短路a 、b 两接点，调W R 使表头指示为零。如此，欧姆表的调零工作即告完成。
（3）测量改装成的欧姆表的中值电阻。如图10中虚线所示，将电阻箱R （即X R ）接于欧姆表的a 、b 测量端，调节R ，使表头指示到正中（满度值的一半），这时电阻箱R 的数值即为该欧姆表的中值电阻，Ω=________R 中 。
（4）取电阻箱的电阻为一组特定的数值Xi R ，读出相应的偏转格数。利用所得读数xi R 、div 绘制出改装欧姆表的标度盘（可选做）。
表3 V ________E =，Ω=________R 中 )(R Xi Ω
中R 51 中R 41 中R 31 中R 21 中R 中R 2 中R 3 中R 4 中R 5 偏转格数
（div ）
档，调节V 1E =左右，先将W R 逆时针调到低，调节E 直至表头满偏，记录1E 值；接着将W R 顺时针调到低，再调节E 直至表头满偏，记录2E 值，21E ~E 值就是欧姆表的电源使用范围。
*（6）按图5（b ）进行连线，设计一个并联分流式欧姆表并进行连线、测量。试与串联分压式欧姆表比较，有何异同（可选做）。
【思考题】
1．测量电流计内阻应注意什么？是否还有别的办法来测定电流计内阻？能否用欧姆定律来进行测定？能否用电桥来进行测定？
2．设计Ω=k 10R 中的欧姆表，现有两只量程A 100μ的电流表，其内阻分别为Ω2500和Ω1000，你认为选哪只比较好？
3．若要求制作一个线性量程的欧姆表，有什么方法可以实现？
实验二、数字式电表改装与校准
数字式电表在电子、电工测量中有着愈来愈多的应用，因此了解数字式电表的基本结构，从而更好地掌握和使用数字式电表具有十分重要的意义。数字式电表的表头是一只量程较小的毫伏表,一般只能测量较小的电压，如果要用它来测量较大的电压、电流或扩充
电表功能，就必须进行改装，以达到扩大量程及扩展功能的目的。数字式万用表的原理就是对数字式电压表头进行多量程改装而来，只不过实际应用的数字式万用表结构更复杂一些，功能亦更强。数字式万用表在电路的测量和故障检测中得到了广泛的应用。
【实验目的】
1． 掌握将mV 200数字式表头改装成较大量程的电压表的方法；
2． 掌握将mV 200数字式表头改装成较大量程的电流表的方法；
3． 设计一个量程为Ω2000~0的欧姆表；
4． 用电阻箱校准欧姆表，画校准曲线，并根据校准曲线用组装好的欧姆表测未知电阻；
5． 学会校准电压表和电流表的方法。
【实验原理】
众所周知，指针式电表表头一般为一只磁电式微安级电流表。与指针式电表不同，常见的数字式电表表头是一只量程较小的毫伏表，一般只能测量较小的电压 。通常被测电压是模拟量，输入电压经过分压电路后，再通过模数转换电路，把被测的模拟量转换成相应的数字量，最后经译码电路输出到数码显示器，显示出被测电压数值。这说明，数字式电表在测量电量时，最终需要把被测量转换成电压值才能进行测量。
1．用数字式表头改装电压表：
一般数字式表头本身即是直流电压表，但能承受的电压很小，A 308FB 型数字式电表改装与校准实验仪选用的改装表头是一只mV 200的数字式电表，不能用来测量较大的电
压。为了测量较大的电压，可以给表头串联一个阻值适当的电阻b R ，使表头上不能承受的那部分电压降落在电阻b R 上，这种由表头和串联电阻b R 组成的整体就是电压表。但是，由于数字式表头的内阻很高，本实验仪的表头内阻约为ΩM 100，如果要把表头改装成V 10的电压表，则需要串联的电阻b R 将高达ΩM 5000，太高的电阻阻值不易做准确，而且电表阻值太高容易受外界干扰，所以仪器中实际采用图1电路。
g a g 2b U R )U U (R ?-= （1）
实际的扩展量程后的电压表原理见图1。电压表测电压时，电压表总是直接并联在被测电路上。为了避免并联了电压表而改变电路中的工作状态，注意电压表应有较高的内阻。
2．用数字式表头改装电流表：
由于数字式电流表其实质是把电流值转换为电压值后再进行测量，所以改装原理图见图3, 把一个适当阻值的固定电阻S R 并联在改装表头的两端，当被测电流在S R 上产生电压降，表头测得的电压值与电流成正比，从而可得到所测的电流值。
3．用数字式表头改装欧姆表：
（1） 当参考电压选择在mV 100时，此时选择Ω=k 47int R ，测试的接线图如图5所示，图中W D 是提供测试基准电压，而t R 是正温度系数（PTC ）热敏电阻，既可以使参考电压低于mV 100，同时也可以防止误测高电压时损坏转换芯片，所以必需满足0R X =时，mV 100Vr ≤。由前面所述的7107ICL 的工作原理，存在：
()())R Rx Rs /(Rs V d V r V r V r t ++?=--+= （2）
()()()t R Rx Rs /Rx V d IN IN IN ++?=--+= （3）
由前述理论V r /IN N /N 12=有： S 12X R )N /N (R ?= （4）
所以从上式可以得出电阻的测量范围始终是：)(R 2~0S Ω 。
（2）当参考电压选择在V 1时，此时选择Ω=k 470int R ，测量电路可以用图6实现，此电路仅供有兴趣的同学参考，因为它不带保护电路，所以必需保证V 1Vr ≤。在进行多量
程实验时，为了设计方便，我们的参考电压都将选择为mV 100。在图5中，当2 ,1端接入标准电阻s R 后，比如取Ω=10R n ，调节恒流源的输出电流，使改装表指示值等于10，此时保持恒流源输出电流不变。由于恒流源输出电流恒定不变，则被测电阻的阻值与改装表的电压值成正比，于是改装表就可以作为欧姆表使用了。测量时，把开关K 合到2，改装表显示的数值即为被测电阻的电阻值。本实验改装的欧姆表与通常的指针表不同，它的刻度仍然是正向且线性的。该形式的改装欧姆表在每次使用前，要用标准电阻箱对工作电流加以标定。具体参数及量程，同学们可自行设计。
【实验仪器】
1．A 308FB 型电表改装与校准实验仪1台
仪器构成及各部件功能：
（1）连续可调直流电压源：V 2~0 DC 1组；
（2）连续可调直流电压源：V 10~0 DC 1组；
（3）四位半数显式标准电压表：V 20~0 1只，1.0级；
（4）四位半数显式标准电流表：mA 20~0 1只； 1.0级；
（5）改装用指针式表头1只：A 100~0μ；
（6）改装用三位半数字式表头1只：mV 200~0，内阻)M (100R g Ω≈；
（7）六盘标准电阻箱1只：Ω+++++)1.0110100100010000)(10~0(；
（8）分压器1只：由ΩΩΩΩΩk 1 ,k 9 ,k 90 ,k 900 ,M 9五个电阻器组成；
（9）分流器1只：由ΩΩΩΩΩ1.0 ,9 . 0 ,9 ,90 ,900 五个电阻器组成；
（10）可变电阻器1个； k 7.4~0Ω；
（11）固定电阻器1个； k 10Ω；
（12）专用连接导线若干。8根（红黑各半）
【实验内容】
1．将一个量程为mV 200的表头改装成V 20的直流电压表：
（1） 取Ω=k 100R a ，根据公式①计算出分压电阻值，并按图7接线。
)(M 9.92
.0k 100)2.020(U R )U U (R g a
g 2b Ω=?-=?-= （2） 按图7连接好线路，逐步调节电压输出，分别在改装表指示值为V 2、V 4、V 6、V 8、V 10，这时记录标准表读数。电压升高和降低各做一次，每次记下标准表相应的读数于表1。
（3） 以改装电压表读数为横坐标，标准电压表两次读数的平均值为纵坐标（由大到小递减读数值和由小到大调递增读数值的算数平均数），在坐标纸上作出改装电压表的校正曲线。
（4）根据装电压表最大误差的数值确定改装后的数字式电压表的准确度级别。
2．将一个量程为mV 200的表头改装成量程为20mA 数字式直流电流表：
（1）根据公式计算出分压电阻值，如图接入S R ；
()Ω===10mA
20mV 200I U R g
s
（2） 按图8接线，对改装电流表进行校准；
（3） 电流表改装与校准实验数据记录于表2。
（4） 根据表2数据，以改装电流表读数为横坐标，标准表的平均值为纵坐标（由大到小递减读数值和由小到大调递增读数值的算数平均数），作出改装电流表的校正曲线，并根
据改装电流表最大误差的数值确定出改装电流表的准确度等级。
2． 将量程为mV 200的表头改装成量程为0~2kΩ欧姆表：
（1） 按图9线路,根据欧姆表的量程，电阻X R 的测量范围始终是ΩS R 2~0 。
（2） 用分压器的电阻作为标准电阻S R ，由于要求改装表的量程为Ωk 2~0，所以选取
电阻值Ω=k 1R S 。
（3） 把Ω=k 7.4~0R W 的电位器作为待测电阻，接到X R 的测量端钮，接通电源改装
表上直接显示出X R 的电阻值，例如：Ω????k .。
（4） 在同一量程范围内，测量5个不同的待测电阻，逐一记录到表格3中。
（5） 把W R 换成电阻箱，调节电阻箱，使改装表读数与记录的X R 值相同，此时，读取
电阻箱的电阻值，逐一记录到表格3中。
（6）根据表3数据，以改装电流表读数为横坐标，电阻箱的读数值为纵坐标作出改装欧姆表的校正曲线，并根据改装欧姆表最大误差的数值确定出改装欧姆表的准确度等级。
改装表读数)V ( 标准表读数)V (
示值误差)V (U ? 递增时 递减时 平均值
00.2
00.4
00.6
00.8
00.10
【思考题】
1．学习与掌握电表改装的方法有何意义？
2．通过对数字式电表的改装过程和你对一般电表的认识，试叙述数字式电表与普通指针式电表的区别？
FB型电表改装与校准实验仪说明书
308
A
一、概述
本实验仪器采用组合式设计,把指针式电表与数字式电表的改装与校准组合在一起，使学生通过实验，了解与掌握两种不同结构原理的基本仪表的使用。有利于激发学生的学习兴趣，提高学生的动手能力。本实验仪包括工作电源、数字式标准电压、电流表、指针式、数字式改装表、调零电路和电阻箱等电路和元件。通过学生自己连线，可以将指针式微安表和数字式毫伏表改装成不同量程的电流表、电压表和欧姆表。该仪器具有使用和管理方便，又具有较高的性价比，是值得推广的优秀产品。
二、仪器面板功能分布及说明
三、 仪器主要参数
1． 电压源：
该仪器电压源设计有V 2~0、V 10~0两档，输出电压连续可调，用按钮开关转换，输出电压值用指针式电压表监测，电压表的满度值与量程开关同步。
2． 被改装电表1：指针式表头,采用宽表面，量程A 100μ，内阻约Ωk 0.2，精度5.1级；
可通过串联固定电阻)k 3(R G Ω，改变表头内阻。
3． 被改装电表2：三位半数字式表头，量程mV 200，内阻Ω≈M 100R g 。
4． 标准电压表：量程 ,V 20四位半数字式电压表，精度%1.0。
5． 标准电流表：分为三个量程: ,mA 20 ,mA 2 ,A 200μ四位半位数字式电流表，精度
%1.0，用按钮开关转换量程。
6． 六盘电阻箱R ：Ω+++++)1.0110100100010000)(10~1(,分辨率 Ω1.0。
7． 分压电阻器：由ΩΩΩΩΩ1k
,9k ,90k ,900k ,M 9五个电阻器组成。 8． 分流电阻器：由ΩΩΩΩΩ1.0 ,9 . 0 ,9 ,90 ,900 五个电阻器组成。
9． 直流基准电压：内部输入：V 5+，稳压输出V 0.1+。
四、使用注意事项
1． 仪器内部有限流保护措施,但工作时尽可能避免工作电源短路(或近似短路),以免造
成仪器元器件等不必要的损失。
2． 实验时应注意电压源的输出量程选择是否正确, V 10~0量程一般只用于电压表改
装,其余电流表及欧姆改装建议选用V 2~0量程即可满足要求。
3． 仪器采用开放式设计，在连接插线时要注意：指针式改装表头只允许通过100μA 的
小电流，数字式改装表头只允许测量200mV 低电压，过载时会损坏表头！要仔细检查线路和电路参数无误后才能将改装表头接入使用。
4． 仪器采用高可靠性能的专用连接线，正常的使用寿命很长。但使用时注意不要用力过
猛，插线时要对准插孔，避免使插头的塑料护套变形。
【附录】关于数字式电表基本原理的补充说明：
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。而对于数字式仪表，则需要先把模拟电信号（通常是电压信号）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，其幅值大小不是连续的，就是说数字信号的大小只能是某些分立的数值，所以需要进行量化处理。若最小量化单位为U ?，则数字信号的大小是U ?的整数倍，该整数可以用二进制码表示。设mV 1.0U =?，我们把被测电压U 和U ?比较，看U 是U ?的多少倍，并把结果四舍五入取为整数N （二进制）。一般情况下，1000N ≥即可满足测量精度要求（量化误差%1.01000/1=≤）。所以，最常见的数字表头的最大示数为1999 ，被称为三位半（2
13）数字表。如U 是U ?（mV 1.0）的1861倍，即1861N =，显示结果为mV)( 1.186。这样的数字表头，再加上电压极性判别显示电路和小数点选择位，就可以测量显示mV 9.199~9.199- 的电压，显示精度为mV 1.0。
1．双积分模数转换器（7107ICL ）的基本工作原理：
双积分模数转换电路的原理比较简单，当输入电压为X V 时，在一定时间1T 内对电量为零的电容器C 进行恒流充电（电流大小与待测电压X V 成正比），这样电容器两极板之间的电量将随时间线性增加，当充电时间到1T 后，电容器上积累的电量Q 与被测电压x V 成正比；然后让电容器恒流放电（电流大小与参孝电压Vref 成正比），这样电容器两端之间的电量将线性减小，直到2T 时刻减小为零，结束时刻停止计数，得到计数值2N ，则2N 与x V 成正比。
双积分D /A 的工作原理就是基于上述电容器充放电过程中计数器2N 与输入电压x V 成正比构成的，现在我们以实验中所用到的体温表法模数转换器7107ICL 为例来讲述它的整个工作过程。7107ICL 双积分式D /A 转换器的基本组成如图1所示，它由积分器、过零比较器、逻辑控制电路、闸门电路、计数器、时钟脉冲源、锁存器、译码器及显示等电路所组成。下面主要讲一下它的转换电路，大致分为三个阶段：
第一阶段：首先电压输入脚与输入电压断开而与地端相连，释放掉电容器C 上积累的电量，然后参考电容Cref 充电到参考电压值Vref ，同时反馈环级自动调零电容AZ C 以补偿缓冲放大器、积分器和比较器的偏置电压。这个阶段称为自动校零阶段。
第二阶段为信号积分阶段（采集阶段）：在此阶段S V 接到x V 上使之与积分器相连，这样
电容器C 将被以设定电流R /V X 充电，与此同时计数器开始计数，当计数到某一特定值1N （对于三位半模数转换器，1000N 1=）时逻辑控制电路使充电过程结束，这样采样时间1T 是一定的，假设时钟脉冲为CP T ，则CP 11T N T ?= 。在此阶段积分器输出电压C /Q V O O -=（因为O V 与X V 极性相反），O Q 为1T 时间内恒流（R /V X ）给电容器C 充电得到的电量，所以存在下式：
1X T 0X O T R V dt R V Q 1
?=?=? （1） 1X O O T C R V C Q V ??-=-= （2）
第三阶段为反积分阶段（测量阶段）：在此阶段，逻辑控制电路把已经充电至Vref 的参考电容Cref 按与X V 极性相反的方式经缓冲器接到积分电路，这样电容器C 将以恒定电流
R /Vref 放电，
与此同时计数器开始计数，电容器C 上的电量线性减小，当经过时间2T 后，
电容器电压减小到0。由零值比较器输出闸门控制信号再停止计数器计数并显示出计数结果。此阶段存在如下关系：
0dt R Vref C 1V 2T 0O =?+? （3） 把（2）式代入上式，得： X 12V Vref
T T ?= （4） 从（4）式可以看出，由于1T 和Vref 均为常数，所以2T 与X V 成正比，从图2可以看出。若时钟最小脉冲单元为CP T ，则CP 22CP 11T N T ,T N T ?=?=，代入（4），即有：
X 12V Vref
T N ?= （5） 可以得出测量的计数值2N 与被测电压X V 成正比。
对于7107ICL ，信号积分阶段时间固定为CP T 1000个，即1N 的值为1000不变。而2N 的
计数随X V 的不同范围为1999~0，同时自动校零的计数范围为1000~2999，也就是测量周期总保持CP T 4000个不变。即满量程时12N 22000m ax N ?==，所以Vref 2max Vx =，这样若取参考电压为mV 100，则最大输入电压为mV 200；若参考
电压为V 1，则最大输入电压为V 2。对于7107ICL 的工作原理这里我们不再多说，以下我们主要讲讲它的引脚功能和外围元件参数的选择，让同学们了解该芯片。
2．7107ICL 双积分模数转换器引脚功能、外围元件参数的选择。7107ICL 芯片的引脚如图3所示，它与外围器件的连接图如4所示。
图4中它的数码管相连的脚以及电源脚是固定的，所以不加详述。芯片和第32脚为模拟公共端，称为COM 端；第34脚+r V 和35脚-r V 为参考电压正负输入端；第31脚+IN 和30脚-IN 为测量电压正负输入端；int C 和int R 分别为积分电容和积分电阻，Caz 为自动调零电容，它们与芯片的27、28、和29相连，用示波器接在第27脚可以观测到前面所述的电容充放电过程，该脚对应实验仪上示波器接口int V ；电阻1R 和1C 与芯片内部电路组合提供时钟脉冲振荡器，从40脚可以用示波器测量出该振荡波形，该脚对应实验仪上示波器接口CLK ，时钟频率的快慢决定了芯片的转换时间（因为测量周期总保持CP T 4000个不变）以及测量的精度。下面我们来分析一下这些参数的具体作用： int R 为积分电阻，它是由满量程输入电压和用来对积分电容充电的内部缓冲放大器的输出电流来定义的，对于7107ICL ，充电电流的常规值为A 4int I μ=，则,k 50int R Ω=A 4/int R μ=满量程。所以在满量程为mV 200，即参考电压
V 1.0Vref =时，,k 50int R Ω= 实际选择Ωk 47电阻；在满量程为V 2，即参考电压
电表改装与校准 一、选择题 1、电表准确度等级是国家对电表规定的质量指标，它以数字标明在电表的表盘上，共有七 个等级，请从下列给出的数字中选出选择正确的等级指标：（ B ） A ：0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、3.0、4.0 B ：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0 C ：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、3.0 D ：0.1、0.2、0.5、1.0、1.2、1.5、2.0 2、已知一电表满偏电流I g =100uA,R g =3800Ω,现要将其改装为量程是2 mA 的电流表，则需并联电阻为 （ B ） A 、100Ω B 、200Ω C 、400Ω D 、1000Ω 3．用量程为20mA 的1.0级毫安表测量电流。毫安表的标尺共分100个小格，指针指示为60.5格。 （1）该表的最大绝对误差=?max C mA ； A 、2； B 、0.5； C 、0.2； D 、0.02 （2）测量的相对误差为 B ； A 、1%； B 、1.7%； C 、2%； D 、5% （3）电流测量结果应表示为： B 。 （A ）(60.5±0.2)mA ； （B ）(12.1±0.2)mA ； （C ）(20.0±0.1)mA ； （D ）(12.10±0.01)mA 。 4．校准50mA 电流表时测量一组数据如下表： 标准电阻R s =10Ω。则该电流表准确读定级为（ B ） A 、1.0 B 、2.5 C 、5.0 D 、0.5 5．用C31-V 型直流电压表的2V 档测一直流电压，该表的准确度等级为0.5级，标尺分格为100格，当指针指在43.5格时，记录测量指示值为 D ； A ．0.85V , B ．0.630V , Ｃ．0.50V , Ｄ．0.870V 6．在示波器实验中，某同学测的波形周期为8.0div ，t/div 开关置于“1μs ”，其微调置校准位置，则该同学得到的波形频率为： D 。 A ．1kHZ ， B ．10kHZ ， C ．12.5kHZ ， D ．125kHZ 二、填空题 1、电表改装实验中表头的内阻和灵敏度采用___半偏______法测量，改装电流表时，与表头
大学物理实验报告 实验时间： 2016 年 3 月 14 日 实验名称： 电表的改装与校准 成绩： 学号： 73 实验目的： 班级： 自动化 153 班 姓名：廖俊智 1、测量微安表头的内电阻 R g ，量程 I g 2、掌握将 100uA 表头改装成 10mA 的电流表和 5V 电压表的方法； 3、学会校准电流表和电压表的方法。 图 3 实验仪器： 用于改装的微安表头、数字多用表、电阻箱、滑动变阻器、直流稳压电流、导线等。 实验原理： 1. 微安表头的内电阻 R g ，量程 I g 的测定 测量内阻 R g 的方法很多，本实验采用替代法。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 I E R R 值使表头满偏， 记下此时标准电流表的读数 a ；不改变电压 W 和 W 的 值，用电阻箱 R 13 替代被测电流计，调节电阻箱 R 13 的阻值使标准电流表的读数仍为 I a ，此时电阻 箱的阻值即为被测电流计的内阻 R g 。 + – mA 1 被改装电流计 + – ° ° mA ° 2 ° ° ° R 13 E R W １．将 A 表头改装成大量程的电流表 因为微安表头的满刻度电流 ( 量程 ) 很小，所以在使用表头测量较大的电流前， 需 要扩大它的电流量程。扩大量程的方法是，在表头两端并联一个阻值较小的电阻 R P （如图 1）使流过表头的电流只是总电流的一部分。表头和 R P 组成的整体就是电流 表。 R P 称为分流电阻。选用不同阻值的 R P 可以得到不同量程的电流表。 在图 1 中，当表头满度时，通过电流表的总电流为 I ，通过表 图 1
四川 实验时间：2009年10月25日 实验名称：电表的改装与校准 成绩： 学号： 实验目的： 班级： 姓名： 1、测量微安表头的内电阻g R ； 2、掌握将100uA 表头改装成较大量程的电流表和电压表的方法； 3、学会校准电流表和电压表的方法。 实验仪器： FB308型电表改装与校准实验仪，专用导线。 实验原理： １．将A μ表头改装成大量程的电流表 因为微安表头的满刻度电流(量程)很小，所以在使用表头测量较大的电流前，需要扩大它的电流量程。扩大量程的方法是，在表头两端并联一个阻值较小的电阻R P （如图1）使流过表头的电流只是总电流的一部分。表头和R P 组成的整体就是电流表。R P 称为分流电阻。选用不同阻值的R P 可以得到不同量程的电流表。 在图1中，当表头满度时，通过电流表的总电流为I ，通过表头的电流为I g 。 因为 ()g g g g P U I R I I R ==- 故得 ( )g p g g I R R I I =- 如果表头的内阻R g 已知，则按照所需的电流表量程I ，由式(1)可算出分流电阻R P 的阻值。 ２．电压表的改装 根据欧姆定律U=IR ，内阻为R g 的表头，若通以电流I g ，则 表头两端电压降为U g =I g R g ,因此直流电流表可以对直流电压进行测量。通常R g 的数值不大，所以表头测电压的量程也很小。为了测量较高的电压，需在表头上串联一个阻值较大的电阻R S (如图2)，使超过表头电压量程的那部分电压降落在电阻R S 上，R S 称为扩程电阻。选用不同的扩程电阻，可以得到不同量程的电压表。 在图2中,设改装后伏特计的总电压为U ,当表头指针满刻度时,扩程电阻R S 两端的 电压为S g s g U I R U U ==-,于是有 g s g g g U U U R R I I -= = - （2） 根据所需要的电压表量程U 和表头内阻R g ,由式(4.5-2)可算出扩程电阻R S 的阻值。式(2)中I g 和U g 分别为表头的满刻度电流和满刻度电压。 3．电表的校准 电表扩程后必须经过校准才能使用。所谓校准,就是将改装后的电表与标准表同时对同一个对象(如电流或电压)进行测量比较。 校准电表时,必须先调好零点,再校准量程(满刻度点)。若量程不对,可调节R P 或R S ,使改装表的量程与标准表的指示数相一致。 校准刻度时,要同时记下待校表的读数I x 和标准表的读数I S 。从而得到该刻度的修正值x s x I I I ?=-。将同一量程的各个刻度都校准一遍, 可绘出x x I I ?-的折线图,即校准曲线(图 3)。在以后使用这个电表时,可以根 据校准曲线对测量值做出修正,以获得较高的准确值。 作校准曲线()x x x s x U U U U U ?-?=-,以x U 为横坐标。 数据表格： 1、电流表扩程及校准数据记录 2、电压表改装及校准数据记录 实验步骤： 1．将量程为100μA 的表头扩程至5mA 。 （1）计算分流电阻R P 理论值。 （2）按图4连接电路。 （3）校准量程，得到R P 实际值。 （4）校准改装电流表刻度值。 （5）作校准曲线x x I I ?-折线图。 2．将100μA 的表头改装为1V 的电压表。 （1）计算扩程电阻S R 理论值。 （2）按图5连接电路。 （3）校准量程，得到S R 实际值。 图1 U 图 3 x I ?0图2
实验四电表的改装和校准 实验目的 1．掌握电表扩大量程的原理和方法； 2．能够对电表进行改装和校正； 3．理解电表准确度等级的含义。 实验仪器： 微安表，滑线变阻器，电阻箱，直流稳压电源，毫安表，伏特表，开关等。 实验原理： 常用的直流电流表和直流电压表都有一个共同部分，即表头。表头通常是磁电式微安表。根据分流和分压原理，将表头并联或串联适当阻值的电阻，即可改装成所需量程的电流表或电压表。 一将微安表改装成电流表 微安表的量程I g 很小，在实际应用中，若测量较大的电流，就必须扩大量程。扩大量程的方法是在微安表的两端并联一分流 电阻R S 。如图1 所示，这样就使大部分被测电流从分流电阻上流过，而通过微安表的电流不超过原来的量程。 设微安表的量程为I g ，内阻为R g ，改装后的量程为I，由图1， 根据欧姆定律可得， （I - I g ）R S = I g R g R S = g g g I I R I - 设n = I /I g , 则 R S = 1 - n R g(1)
由上式可见，要想将微安表的量程扩大原来量程的n 倍，那么只须在表头上并联一个分流电阻，其电阻值为R S = 1 -n R g 。 图1 图2 二 将微安表改装成电压表 我们知道，微安表虽然可以测量电压，但是它的量程为I g R g ，是很低的。在实际应用中，为了能测量较高的电压，在微安表上串联一个附加电阻R H ，如图2所示，这样就可使大部分电压降在串联附加电阻上，而微安表上的电压降很小，仍不超过原来的电压量程I g R g 。 设微安表的量程为I g ，内阻为R g ，欲改装电压表的量程为U ，由图2，根据欧姆定律可得， I g (R g + R H )=U R H = -g I U R g （2） 三 改装表的校准 改装后的电表必须经过校准方可使用。改装后的电流表和电压表的校准电路分别如图3和图4所示。 首先调好表头的机械零点，再把待校的电流表（电压表）与标准表接入图3（或图4）中。然后一一校准各个刻度，同时记下待
电表的改装与校准 实验目的： 1.测量微安表头的电阻测值Rg； 2.掌握100mA的电流表头改装成较大电流量程的电 流表与电压表的方法； 3.掌握学会校准电流表与电压表的方法； 实验仪器： 1.FB308型电表改装与校准实验仪器； 2.随仪器配备的专用导线； 实验原理： 1.电流表内阻的测定： 如附件图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 R值使表头满偏，记下此 W 时标准电流表的读数 I；不改变电压E和W R的值，用 a 电阻箱 R替代被测电流计，调节电阻箱13R的阻值使标 13 准电流表的读数仍为 I，此时电阻箱的阻值即为被测 a 电流计的内阻 R g 2.毫安表改装成电流表
如附件图2所示，微安表并联分流电阻p R ，使被测电流大部分从分流电阻流过，表头仍保持原来允许通过的最大电流g I 。 并联分流电阻大小 g g g p R I I I R -= 3、毫安表改装成电压表 如附件图3所示， 微安表串联分压电阻s R ，使 大部分电压降落在串联的分压电 阻上，而微安表上的电压降仍不超过原来的电压量程g g R I 。串联分压电阻大小 g g g g s R I U I U U R -= -= 实验步骤： 1. 测定表头电阻；（半偏法和替代法） 2. 将100ua 表头改装成1ma 的电流表的量程 1) 计算分流电阻的参考值并改装 2) 连接电路并校正量程 3) 校正个个刻点 4) 完成电流改造与校准之后，将电流调至最小 3. 将100ua 表头改装成 的电压表的量程 1) 计算分压电阻的参考值并改装 2) 连接电路并校准来量程，确定分压电阻的实验值
实验2 电表的改装及校准 【实验目的】 1.了解磁电式微安表的结构和工作原理 2.学会测量微安表的量程和内阻 3.将微安表改装为指定量程的电压表和电流表 4.对改装表进行校准 【实验仪器】 电源（3A8V）、滑动变阻器（J2354-22Ω-4A，BX7-400Ω-0.58A）、被改装电表（2.5级，1mA）、标准电压表和电流表，数字多用电表（VC9801A+）、开关、导线等。 【实验原理】 1.表头的量程和内阻是表征表头性能的基本参数，改装表头必须知道其内阻，测定表头内阻可 直接用数字多用电表测。 2.将表头改装为安倍表 3.如图4所示，扩大表头量程的方法是在表头两端并联一小阻值电阻Rp，扩程后AB端的电 流为I=Ig+Ip，电阻Ip越小，电流I越大。 4.设要求改装表头的量程为I，由于表头和并联电阻两端电压电压相等，则Ig*Rg=Ip*Rp=(I- Ig)*Rp,所以Rp=Ig?Rg I?Ig (1) 5.将微安表改装为电压表 6.如图5所示，扩大表头量程的方法是在表头两端串联一大电阻Rs，扩程后ab端的电压为 Uab=Ug+Us。 7.设表头改装的电压表量程为Uab，由于表头和串联电流相等，则Ig=Ug Rg =Us Rs =Uab?Ug Rs ,所以， Rs=Uab?Ug Ug ?Rg=Uab Ig ?Rg (2) 8.改装表的校准 9.图6和图7为改装表的校准电路，虚线框内为改装装电表，标准电表的量程等于或略大于
改装电流表的量程。 (1)改装表量程的校准 慢慢调节滑动变阻器Ro的滑动端，使标准表指针指向改装量程（I或Uab），此时改变表指针应指向满偏量程否则微调电阻Rp或Rs，使改装表指针指在改装表满偏量程处。 (2)改装表刻度的校准 调节滑动变阻器，使改装表指针从零刻度开始慢慢增大，每隔5条分度线记录一次改装表和标准表的读数Ii，再使改装表指针从满偏刻度开始慢慢减小，每隔5条分度线记录一次改装表和标准表的的读数Ii′,计算两次电流的平均值Ii的平均值Ii′′或电压的平均值Ui′′,比较两电流表差ΔIi（或ΔUi），以电流Ii为横坐标，ΔIi为纵坐标，由各次测量值连接而成的折线即为改装表的校准曲线。【实验内容】 1.测量被改装电表（1mA）的内阻。 2.将1mA微安电流表改装成20mA电流表并进行校准。 3.将1mA微安电流表改装成2V电压表并进行校准。 4.绘制改装电表的校准曲线，计算改装电表的最大引入误差和等级。 【实验步骤】 1.直接用多用电表测出被改装电表内阻为103.2Ω。 2.根据被改装电表的量程分别算出接入电阻Rp为5.431Ω和Rs为1896.8Ω。 3.根据所给电路图连接电箱。 4.分别观察标准电压，电流表的示数、并与对应的值比较表头。 5.画出校准曲线。 【实验数据与处理】 改装为安倍表（mA）改装为电压表（V）改装表标准右边为反向误差改装表标准右边为反向误差 0 0.01 0.04 0.025 0 -0.001 -0.001 -0.001 0.1 1.96 2.02 -0.01 0.1 0.219 0.205 0.012 0.2 3.99 3.82 -0.095 0.2 0.433 0.415 0.024 0.3 5.90 5.78 -0.16 0.3 0.645 0.624 0.0345
电表的改装与校正 实验目的 1. 掌握数字万用电表的使用方法； 2. 掌握运用串并联电路的欧姆定律将电表进行改装的原理和方法； 3. 学会用比较法对电表进行校正，并能够进行级别判断。 实验原理 1. 将表头改装成多量程电流表： 如图1所示，在表头的两端并联小电阻p R 后串联接入电路，根据 的规律，有 g R U U =， 即 p g g g R I I R I )(-= 可推得 g P g g P P g I R R I R R R I )1( +=+= 由上式可见：如果p R 足够小，则图1中虚线框整个部分可作为电流表来测量大电流。 根据表头的满度电流g I 和内阻g R ，按扩大电流量程的倍数来选用合适的小电阻与表头并联，现将表头改装成g n nI I = ，g m mI I =的两量程电流表，n 、m 为扩大倍数，且n ＜m 。 如图2所示，据串并联电路的欧姆定律，有： （1）开关 K 扳向I n 时，与表头并联的总电阻为 g p R n R R R 1 1 21-= += ① （2）开关K 扳向I m 时，R 2 成为表头内阻的一部分，则与表头并联的分流电阻为 )(1 1 21R R m R g +-= ② 由①②两式可得 g R n m n R )1(1-= ，g R n m n m R ) 1(2--= ③ 2. 将表头改装成多量程电压表 如图3所示，若与表头串联大电阻R S 后并联接入电路，根据串并联电路的规律，有 )(s g g R R I U +=。 由上式可见，对于同一表头g R 和g I ，电阻s R 越大，两端承受的电压越大，于是可将此表盘重新标定并作为一个电压表使用。 图1 n 图2 两个量程的电流表 图3
实验8电表改装与校准实验（DH4508） 电表在电测量中有着广泛的应用，因此如何了解电表和使用电表就显得十分重要。电流计(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或电压，就必须进行改装，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，在电路的测量和故障检测中得到了广泛的应用。 【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 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 4、用电阻器校准欧姆表，画校准曲线，并根据校准曲线用组装好的欧姆表测未知电阻 5、学会校准电流表和电压表的方法 【实验原理】 常见的磁电式电流计主要由放在永久磁场中的由细漆包线绕制的可以转动的线圈、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，从而带动指针偏转。线圈偏转角度的大小与通过的电流大小成正比，所以可由指针的偏转直接指示出电流值。 1、电流计允许通过的最大电流称为电流计的量程，用I g 表示，电流计的线圈有一定内阻，用R g 表示，I g 与R g 是两个表示电流计特性的重要参数。 测量内阻R g 常用方法有： (1) 半电流法也称中值法。测量原理图见图8-1。 图8-1 图8-2 当被测电流计接在电路中时，使电流计满偏，再用十进位电阻箱与电流计并联作为分流电阻，改变电阻值即改变分流程度，当电流计指针指示到中间值，且标准表读数(总电流强度)仍保持不变，可通过调电源电压和R W 来实现，显然这时分流电阻值就等于电流计的内阻。 (2) 替代法
大学物理实验报告 实验时间：2016 年3 月14 日 实验名称：电表的改装与校准成绩： 学号：6101215073 实验目的：班级：自动化153 班 姓名：廖俊智 1、测量微安表头的内电阻R g ，量程I g 2、掌握将100uA 表头改装成10mA 的电流表和5V 电压表的方法； 3、学会校准电流表和电压表的方法。 图3实验仪器： 用于改装的微安表头、数字多用表、电阻箱、滑动变阻器、直流稳压电流、导 线等。 实验原理： 1. 微安表头的内电阻R g ，量程I g 的测定 测量内阻R g 的方法很多，本实验采用替代法。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R W 值使表头满偏，记下此时标准电流表的读数I a ；不改变电压 E 和R W 的值， 用电阻箱R13 替代被测电流计，调节电阻箱R13 的阻值使标准电流表的读数仍为I a ，此时电阻箱的 阻值即为被测电流计的内阻R g 。 + – mA °1 被改装电流计° 2° + –°mA °° R 13 E R W １．将 A 表头改装成大量程的电流表
因为微安表头的满刻度电流(量程)很小，所以在使用表头测量 较大的电流前，需要扩大它的电流量程。扩大量程的方法是，在 表头两端并联一个阻值较小的电阻R P（如图1）使流过表头的电流只是总电流的一部分。表头和R P 组成的整体就是电流表。R P 称为分流电阻。选用不同阻值的R P 可以得到不同量程的电流表。 在图 1 中，当表头满度时，通过电流表的总电流为I，通过表头的电流为I g。 因为I I g A R g I-I g R P 图 1 U g I g R g ( I I g ) R P I g 故得R p( I I g )R g（1）如果表头的内阻R g 已知，则按照所需的电流表量程I，由式(1) 可算出分流电阻 R P 的阻值。 ２．电压表的改装 根据欧姆定律U=IR ，内阻为R g 的表头，若通以电流I g，则 I g R g R S 表头两端电压降为U g=I g R g,因此直流电流表可以对直流电 A A . B 压进行测量。通常R g 的数值不大，所以表头测电压的量程也很小。为了测量较高的电压，需在表头上串联一个阻值较大的电阻R S(如图2)，使超过表头电压量程的那部分电压降U g U S U 落在电阻R S 上，R S 称为扩程电阻。选用不同的扩程电阻，可以得到不同量程的电压表。在图 2 中,设改装后伏特计的总电压为U,当表头指针满刻度时,扩程电阻 图2 R S 两端的 电压为U S I g R s U U g ,于是有 U U g U R s R g I g I g （2）根据所需要的电压表量程U 和表头内阻R g,由式(2) 可算出扩程电阻R S 的阻值。 式(2) 中I g 和U g 分别为表头的满刻度电流和满刻度电压。 3．电表的校准 I x 电表扩程后必须经过校准才能使用。所谓校准,就是将改装后的电表与标准表同时对同一个对象(如电流或电压)进行测量比较。校 准电表时,必须先调好零点, 再校准量程(满刻度点)。若量程不 对,可调节R P 或R S,使改装表的量程与标准表的指示数相一致。0 I 校准刻度时,要同时记下待校表的读数I x 和标准表的读数I S。从而得 到该刻度的修正值I x I s I x。将同一量程的各个刻度都校准一遍, 可绘出I x I x的折线图,即校准曲线(图3)。在以后使用这个电表时,可以根据校准曲 线对测量值做出修正,以获得较高的准确值。 x
大学物理实验报告 实验时间：2016年3月14日 实验名称：电表的改装与校准 成绩： 学号：6101215073 实验目的： 班级： 自动化153班 姓名：廖俊智 1、测量微安表头的内电阻g R ，量程g I 2、掌握将100uA 表头改装成10mA 的电流表和5V 电压表的方法； 3、学会校准电流表和电压表的方法。 实验仪器： 用于改装的微安表头、数字多用表、电阻箱、滑动变阻器、直流稳压电流、导线等。 实验原理： 1.微安表头的内电阻g R ，量程g I 的测定 测量内阻g R 的方法很多，本实验采用替代法。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 ，此时电阻箱的阻值即为被测电流计的内阻g R 。 １．将A μ表头改装成大量程的电流表 因为微安表头的满刻度电流(量程)很小，所以在使用表头测量较大的电流前，需要扩大它的电流量程。扩大量程的方法是，在表头两端并联一个阻值较小的电阻R P （如图1）使流过表头的电流只是总电流的一部分。表头和R P 组成的整体就是电流表。R P 称为分流电阻。选用不同阻值的R P 可以得到不同量程的电流表。 W 图1 图 3
在图1中，当表头满度时，通过电流表的总电流为I ，通过表头的电流为I g 。 因为 ()g g g g P U I R I I R ==- 故得 ( )g p g g I R R I I =- （1） 如果表头的内阻R g 已知，则按照所需的电流表量程I ，由式(1)可算出分流电阻R P 的阻值。 ２．电压表的改装 根据欧姆定律U=IR ，内阻为R g 的表头，若通以电流I g ，则 表头两端电压降为U g =I g R g ,因此直流电流表可以对直流电压进行测量。通常R g 的数值不大，所以表头测电压的量程也很小。为了测量较高的电压，需在表头上串联一个阻值较大的电阻R S (如图2)，使超过表头电压量程的那部分电压降落在电阻R S 上，R S 称为扩程电阻。选用不同的扩程电阻，可以得到不同量程的电压表。 在图2中,设改装后伏特计的总电压为U ,当表头指针满刻度时,扩程电阻 R S 两端的 电压为S g s g U I R U U ==-,于是有 g s g g g U U U R R I I -==- （2） 根据所需要的电压表量程U 和表头内阻R g ,由式(2)可算出扩程电阻R S 的阻值。 式(2)中I g 和U g 分别为表头的满刻度电流和满刻度电压。 3．电表的校准 电表扩程后必须经过校准才能使用。所谓校准,就是将改装后的电表与标准表同时对同一个对象(如电流或电压)进行测量比较。 校准电表时,必须先调好零点,再校准量程(满刻度点)。若量程不对,可调节R P 或R S ,使改装表的量程与标准表的指示数相一致。 校准刻度时,要同时记下待校表的读数I x 和标准表的读数I S 。从而得 到该刻度的修正值x s x I I I ?=-。将同一量程的各个刻度都校准一遍,可绘出x x I I ?-的折线图,即校准曲线(图3)。在以后使用这个电表时,可以根据校准曲线对测量值做出修正,以获得较高的准确值。 作校准曲线()x x x s x U U U U U ?-?=-,以x U 为横坐标。 数据表格： 1、电流表扩程及校准数据记录 I 标 0 0.74 1.41 2.15 2.96 3.64 4.38 I 改（格数） 0 2 4 6 8 10 12 I 改（mA ） 0 0.8 1.6 2.4 3.2 4 4.8 0 0.06 0.19 0.25 0.24 0.36 0.42 U g U S I g R g R S U .A A μx I ?x I 0图2
实 验 报 告 【实验目的】 1、测量表头内阻及满度电流 2、将1mA 表头改将成5mA 的电流表，学会校准电流表基本方法 3、将1mA 表头改将成1.5V 的电压表，学会校准电压表基本方法 4、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） 【实验原理】 1、 表头的主要参数(量程和内阻)的测定 测量内阻g R 的方法很多，本实验采用替代法。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 ， 此时电阻箱的阻值即为被测电流计的内阻g R 。 图1 2、 毫安表改装成电流表 微安表并联分流电阻p R ，使被测电流大部分从分流电阻流过，表头仍保持原来允许通过的最大电流g I 。 并联分流电阻大小 g g g p R I I I R -= （1） 3、毫安表改装成电压表 微安表串联分压电阻s R ，使大部分电压降落在串联的分压电阻上，而微安表上的电压降仍不超过原来的电压量程g g R I 。 串联分压电阻大小 g g g g s R I U I U U R -=-= （2） 4、毫安表改装成欧姆表（选做） 在图4中，当a 、b 端接入被测电阻x R 后，电路中的电流为 3g W x E I R R R R = +++ 被改装电流计 + – mA ° ° + – mA ° ° ° 13R 1 2 W R E ° 图2电流表改装 图3电压表改装
电表的扩程和校准 实验目的 1．掌握电表的扩程和校准的基本方法。 2．进一步认识滑线式变阻器对电路中电压和电流的调控作用。 实验仪器 磁电式表头。标准电流表，标准电压表，滑线式变阻器，旋钮式电阻箱，直流稳压电源，开关等。 实验原理 1．将表头扩程为电流表 磁电系表头的线圈一般都是用很细的高强度漆包线绕成，表头的满偏电流很小。若要测量较大的电流，需要扩大其量程。方法是：在表头两端并联一个分流电阻R p（如图1），使超过表头能承受的那部分电流从R p流过。若表头的满偏电流I g与内阻R g已知，根据需要的电流表量程I，由欧姆定律可算出R p为 R p=I g Rg/(I－Ig)=Rg/(n i－１) (1) 式中n i＝Ｉ／Ｉg是电流表扩程倍数。由表头和分流电阻R p组成的整体就是电流表。选用大小不同的R p，就可以得到不同量程的电流表。 （图1）（图2） 2．将表头扩程为电压表 对一定内阻的表头，其端电压与通过它的电流成正比，只要在表头面板上刻上和电流相应的电压值，就得到一只量程（U＝ＩgＲg）很小的电压表（通常只有零点几伏），为了测量较大的电压，在表头上串联一个扩程电阻R s（如图2）使超过表头所能承受的电压降落在R s上。在已知满偏电流I g和内阻Rg的条件下，根据需要的电压表量程U，容易算出扩程电阻为 R s=（Ｕ／Ｉg）－Ｒg＝（n i－１）Ｒg(2) 式中n = U / U g = U / (I g R g) 是电压扩程倍数。由表头和扩程电阻R s组成的整体就是电压表，选用不同大小的R s , 就可得到不同量程的电压表。 3．用比较法校准电表 用改装表和标准表同时测量一定的电流（或电压），记下待校表的示值I x 和标准表的示值I s，从而得到刻度的修正值△I x( = I s－I x ) 。把被校表整个量程上不 同的刻度值都校准一遍，可画出I x－△I x曲线（注意：相邻两校准点用直线连接，整 个图形是一条折线，如图 3 ，称为校准曲线。在以后使用这个电表时，就可根据校
电表的改装与校正实验报告数据 篇一：电表的改装与校正实验报告 实验四电表的改装和校准 实验目的 1．掌握电表扩大量程的原理和方法； 2．能够对电表进行改装和校正； 3．理解电表准确度等级的含义。 实验仪器： 微安表，滑线变阻器，电阻箱，直流稳压电源，毫安表，伏特表，开关等。 实验原理： 常用的直流电流表和直流电压表都有一个共同部分，即表头。表头通常是磁电式微安表。根据分流和分压原理，将表头并联或串联适当阻值的电阻，即可改装成所需量程的电流表或电压表。 一将微安表改装成电流表 微安表的量程Ig很小，在实际应用中，若测量较大的电流，就必须扩大量程。扩大量程的方法是在微安表的两端并联一分流电阻RS。如图1 所示，这样就使大部分被测电流从分流电阻上流过，而通过微安表的电流不超过原来的量
程。 设微安表的量程为Ig，内阻为Rg，改装后的量程为I，由图1，根据欧姆定律可得， （I - Ig）RS= IgRg RS=设n = I /Ig, 则 RS= Rgn?1 IgRgI?Ig (1) 由上式可见，要想将微安表的量程扩大原来量程的n 倍，那么只须在表头上并联一个分流电阻，其电阻值为RS= Rgn?1 。 图1 图2 二将微安表改装成电压表 我们知道，微安表虽然可以测量电压，但是它的量程为IgRg，是很低的。在实际应用中，为了能测量较高的电压，在微安表上串联一个附加电阻RH，如图2所示，这样就可使大部分电压降在串联附加电阻上，而微安表上的电压降很小，
仍不超过原来的电压量程IgRg。 设微安表的量程为Ig，内阻为Rg，欲改装电压表的量程为U，由图2，根据欧姆定律可得， Ig(Rg+ RH)=U RH = 三改装表的校准 改装后的电表必须经过校准方可使用。改装后的电流表和电压表的校准电路分别如图3和图4所示。 首先调好表头的机械零点，再把待校的电流表（电压表）与标准表接入图3（或图4）中。然后一一校准各个刻度，同时记下待 U ? Rg（2）Ig 校电流表（或电压表）的示值I（或U）和标准表的示值和IS（或US）。以待校表的示值I（或U）为横坐标，示值I（或U）的校准值?I= IS-I（或?U= US-U）为纵坐标，作校准曲线。作校准曲线时，相邻两点一律用直线连接，成为一个折线图，不能连成光滑曲线。 图3 图4
实 验 报 告 实验名称 电表的改装与校准 实验时间 2011年12月 5日 姓 名 班 级 学 号 指导教师 报告批改教师 实验报告成绩 物电 【实验目的】 1、 掌握电流表和电压表的改装方法。 2、 学会校准电流表和电压表。 3、学习欧姆表的设计与制作。 【实验仪器】 DH4508型电表改装与校准试验仪、ZX21电阻箱 【实验原理】 1、 微安表改装成电流表 微安表并联分流电阻p R ，使被测电流大部分从分流电阻流过，表头仍保持原来允许通过的最大电流g I 。 并联分流电阻大小 g g g p R I I I R -= 2、微安表改装成电压表 微安表串联分压电阻s R ，使大部分电压降落在串联的分压 电阻上，而微安表上的电压降仍不超过原来的电压量程g g R I 。 串联分压电阻大小 g g g g s R I U I U U R -=-= 3、 电表标称误差和校正 使被校电表与标准电表同时测量一定的电流（电压），看其指示值与相应的标准值相符的程度。校准的结果得到电表各个刻度的绝对误差。选取其中最大的绝对误差除以量程，即得该电表的标称误差。 %100?= 量程 最大绝对误差 标定误差 【实验内容】 1、将量程为100μA 的电流计扩程为5mA 电流表 （1）记录电流计参数，计算分流电阻阻值，数据填入表1中。用电阻箱作R P ，与待改装的电流计并联构成量程为5mA 的电流表。 （2）连接电路，校正扩大量程后的电流表。应先调准零点，再校准量程(满刻度点)，然后校正标有标度值的点。 校准量程时，若实际量程与设计量程有差异，可稍调R P 。 校正刻度时，使电流单调上升和单调下降各一次，将标准表两次读数的平均值作为I S ，计算各校正点校正值。 （3）以被校表的指示值I xi 为横坐标，以校正值ΔI i 为纵坐标，在坐标纸上作出校正曲线。数据填入表2中。 （4）求出改装电流表的标称误差。 3、将量程为100μA 的电流计改装为量程1V 的电压表 （1）计算扩程电阻的阻值数据填入表3中。 （2）校正电压表。与校准电流表的方法相似。数据填入表4中。 【数据记录】 表1 电流表改装与校正仪器参数 （U 0=1.08V ） 满度电流g I （A μ） 扩程电流I （mA ） 电流计内阻g R （Ω） R P 理论值 R P 实际值 100 5 1896 38．7 37．7 表2 电流表校正数据记录(mA)： 被校表读数x I 5.00 4.50 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 标准表读数s I 5.00 4.60 4.00 3.58 3.05 2.60 2.10 1.60 1.08 0.58 x s x I I I -=? 0.10 0.08 0.05 0.10 0.10 0.10 0.08 0.08 表3 电压表改装与校准仪器参数（U 0=2.58V ） 满度电流g I （A μ） 扩程电压U （V ） 电流计内阻g R （Ω） R s 理论值 R s 实际值 100 1 1896 8104 8504 表4 电压表校正数据记录（V ）： 被校表读数x U 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 标准表读数s U 1.00 0.92 0.82 0.73 0.61 0.59 0.41 0.32 0.22 0.11 x s x U U U -=? 0 0.02 0.02 0.03 0.01 0.09 0.01 0.02 0.01 0.01 【数据处理】 分别作出电流表和电压表的校正曲线。此后应用改装表进行测量时，根据校正曲线对测量的数值加以修 正，以得到准确的测量值。 改装电流表的标称误差= %2%1000 .51.0=? 改装电压表的标称误差= %9%1000 .109.0=? 【问题讨论】 1、标称误差的意义是什么？电表的校准有什么用途？ 图1电流表改装 图2电压表改装 校正电流表的电路 ΔI i I xi δ 校准曲线
实验报告 【实验目的】 1、掌握将微安表改装成较大量程电流表和电压表的原理和方法。 2、学会校正电流表和电压表的方法。 3、了解欧姆表的改装和定标。 【实验原理】 1、微安表表头 I g和 R g的测定 1)Ig：的测定 首先置滑线变阻器滑动触点 C 于输出电 压最小处(A 端)，将开关 K2 合于“1” 处时，表头 G 与微安表串联(图中，微安表为比待测表头有较高准确度的“标准表”； 若改用 mA 级表头，则“标准表”相应地改为较高级别的 mA 表)。接通开关 Kl，移
动滑动触点 C，逐渐增大输出电压，使表头 G 指针偏转到满刻度，此时微安表上读出的电流值即为 Ig，记下这个值。 (2)Rg 的测定 保持上述电路状态不变(即不改变电源电压和 C 点的位置)，使可变电阻 R(采 用电阻箱)为较大值，将开关 K2 合于“2”处，连渐减小 R 的值，使微安表重新指到 Ig 处，此时 R 的值即为 Rg．这种方法称为替代法． Ig 和 Rg 是表头的两个重要参数。在选择表头时，这两个参数值越小越好 2、微安表改装成电流表 并联电阻 Rs 的值通过计算可以得到： ( I – Ig )Rs = IgRg 所以 Rs = IgRg / I –Ig （1） 若令 n=I/Ig ,则 Rs =(1/n-1)Rg （2）
式中，I 为扩充后的量程，n 为量程的扩大倍数。从式(1)可以算出并联电阻 Rs 的值。若将 Rs 分成适当数值的多个电阻 串联而成，如图 3，在相应点引出抽头，则可得到多量程电流表。 3、微安表改装成电压表 表头所能测量的电压很小(Ug=IgRg)，若耍用它测量较大的电压，可串联一 高阻值分压电阻 RH，见图 4．由图可知， 该电表的总内阻 RH+Rg=U/Ig (3 ) 所以 RH=U/I –Rg (4 )
实验三：电表的改装与校对 1.【2019高考全国I卷·23】（10分）某同学要将一量程为250μA的微安表改装为量程为20mA的电流表。该同学测得微安表内阻为1200Ω，经计算后将一阻值为R的电阻与该微安表连接，进行改装。然后利用一标准毫安表，根据图（a）所示电路对改装后的电表进行检测（虚线框内是改装后的电表）。 （1）根据图（a）和题给条件，将（b）中的实物连接。 （2）当标准毫安表的示数为16.0mA时，微安表的指针位置如图（c）所示，由此可以推测出改装的电表量程不是预期值，而是。（填正确答案标号）A．18mA B．21mA C．25mA D．28mA （3）产生上述问题的原因可能是。（填正确答案标号） A．微安表内阻测量错误，实际内阻大于1200Ω B．微安表内阻测量错误，实际内阻小于1200Ω C．R值计算错误，接入的电阻偏小 D．R值计算错误，接入的电阻偏大 （4）要达到预期目的，无论测得的内阻值是否正确，都不必重新测量，只需要将阻值为R的电阻换为一个阻值为kR的电阻即可，其中k=。 【答案】（1）连线如图所示（3分） （2）C（2分）（3）AC（2分）（4）99 79（2分） 【解析】（1）电表改装时，微安表应与定值电阻R并联接入虚线框内，则实物
电路连接如下图所示： （2）由标准毫安表的读数是16.0mA,而图示中 指针指的位置是160μA.所以改装后的电流表，实际量程被扩大的倍数为： 31610016010mA n mA -==?倍。故当原微安表表盘达到满偏时，实际量程为：32501010025mA -??=，故选项C 正确； （3）改表是电阻和电表并联，二者电压相等，即：()g g g I R I I R =-，得： 1g g R I I R ??=+ ?? ?，改装后的量程偏大的原因可能是，原微安表内阻测量值偏小，即电表实际内阻g R 真实值，大于1200Ω；或者因为定值电阻R 的计算有误，计算值偏大，实际接入定值电阻R 阻值偏小。故选AC ； （4）由于接入电阻R 时，改装后的表实际量程为25mA ，故满足()25g g g I R I R =-；要想达到预期目的，即将微安表改装为量程为20mA 电流表，应满足 ()20g g g I R I kR =-， 其中250μA 0.25mA g I ==， 联立解得： 1.25k =或9979 k =。2.【2019高考全国Ⅲ卷·23】(10分)某同学欲将内阻为98.5Ω、量程为100uA 的电流表改装成欧姆表并进行刻度和校准，要求改装后欧姆表的15kΩ刻度正好对应电流表表盘的50uA 刻度。可选用的器材还有：定值电阻R 0（阻值14kΩ），滑动变阻器R 1（最大阻值1500Ω），滑动变阻器R 2（最大阻值500Ω），电阻箱 （0~99999.9Ω），干电池（E =1.5V ，r =1.5Ω），红、 黑表笔和导线若干。 （1）欧姆表设计 将图（a ）中的实物连线组成欧姆表。欧姆表改装 好后，滑动变阻器R 接入电路的电阻应为____Ω：
大学物理实验教案 实验名称：电表的改装与校准 实验目的： 1、掌握测定微安表（表头）量程和内阻方法 2、熟悉电流表、电压表的构造原理，学会改装电流表、电压表的基本方法。 3、掌握校准电流表、电压表的基本方法。 4、将50μA 的表头改装成5mA 、50mA 、5V 和30V 电流电压两用表。 实验仪器： 表头 电流表 直流稳压电源 电压表 电阻箱 实验原理： 1、 表头的主要参数(量程和内阻)的测定 测量内阻g R 的方法很多，本实验采用替代法。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 ，此时电阻箱的阻值即为被测电流计的内阻g R 。 图1 2、 毫安表改装成电流表 微安表并联分流电阻p R ，使被测电流大部分从分流电阻流过，表头仍保持原来允许通过的最大电流g I 。 并联分流电阻大小 g g g p R I I I R -= （1） 被改装电流计 + – G ° ° + – A μ ° ° ° 13R 1 2 W R E ° 图2电流表改装
3、毫安表改装成电压表 微安表串联分压电阻s R ，使大部分电压降落在串联的分压电阻上，而微安表上的电压降仍不超过原来的电压量程g g R I 。 串联分压电阻大小 g g g g s R I U I U U R -=-= （2） 4、电表标称误差和校正 使被校电表与标准电表同时测量一定的电流（电压），看其指示值与相应的标准值相符的程度。校准的结果得到电表各个刻度的绝对误差。选取其中最大的绝对误差除以量程，即得该电表的标称误差。 %100?=量程 最大绝对误差 标定误差 图6 实验内容 1、表头的主要参数(g R ,g I )的测定。 将电源电压E 调低，W R 调至最大，按图１连线，调节E 和W R （W R 值适当调小）使表头满偏，记下此时标准电流表的读数，即为表头的满度电流g I ，然后断开接在表头上的连线，转接到电阻箱13R 上，调节13R 使得标准电流表的读数仍为刚才记录电流值g I ，此时电阻箱13R 等于表头的内阻g R 。重复测量5次。 2、计算出改装表的电阻值。 图4 图5