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基本电工仪表的使用及测量误差的计算
发布时间: 2019-05-07 来源: 管理员
  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。误差的大小与仪表本身内阻的大小密切相关。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
  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。
  3、用分压法测量电压表的内阻。
  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
  中U为电压表满偏时的电压值。
  4. 仪表内阻引起的测量误差(通常称之为方 法误差, 而仪表本身结构引起的误差称为仪表基 本误差)的计算。
  可调稳压源 图  1-2
  (1)以图1-3所示电路为例,R1上的电压为
  R1                          1
  UR1=─── U,若R1=R2,则 UR1=─ U 。
  R1+R2                       2
  现用一内阻为RV的电压表来测量UR1值,当
  RVR1
  RV与R1并联后,RAB=───,以此来替代
  RV+R1
  RVR1
  ────
  RV+R1
  上式中的R1,则得U'R1=────── U                    图 1-3
  RVR1
  ───+R2
  RV+R1
  RVR1
  ────
  RV+R1           R1
  绝对误差为△U=U'R1-UR1=U(─────—  - ────)
  RVR1          R1+R2
  ───+R2
  RV+R1
  -R2 1R2U
  化简后得  △U=─────────────────
  RV(R2 1+2R1R2+R2 2)+R1R2(R1+R2)
  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,测量的误差是非常大的。
  (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。实际测量时,有两种测量线路,即:相对于电源而言,①电流表A(内阻为RA)接在电压表V(内阻为RV)的内侧;②A接在V的外测。两种线路见图1-4(a)、(b)。
  由线路(a)可知,只有当RX<<RV时,RV的分流作用才可忽略不计,A的读数接近于实际流过RX的电流值。图(a)的接法称为电流表的内接法。
  由线路(b)可知,只有当RX>>RA时,RA的分压作用才可忽略不计,V的读数接近于RX两端的电压值。图(b)的接法称为电流表的外接法。
  实际应用时,应根据不同情况选用合适的测量线路,才能获得较准确的测量结果。以下举一实例。
  在图1-4中,设:U=20V,RA=100Ω,RV=20KΩ。假定RX的实际值为10KΩ。
  如果采用线路(a)测量,经计算,A、V的读数分别为2.96mA和19.73V,故
  RX=19.73÷2.96=6.667(KΩ),     相对误差为:(6.667-10)÷10×100=-33.3 (%)
  如果采用线路(b)测量,经计算,A、V的读数分别为1.98mA和20V,故RX=20÷1.98=10.1(KΩ),     相对误差为:(10.1-10)÷10×100=1 (%)
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