BROADJING 远景仪器YJ-WYB-I万用电表的设计综合实验仪
YJ-WYB-I万用电表的设计综合实验仪
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。
一、实验目的
1、测量表头内阻及满度电流
2、掌握将100μA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=10KΩ的欧姆表，要求E在1.35-1.6V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
二.实验仪器
1、YJ-WYB-I万用电表的设计综合实验仪. 2.连接线若干
三.技术参数
1.电压源:0-2V 0-10V 双量程.连续可调 2.标准电流表:0-19.99mA. 3位半数显 3.标准电流表:0-19.99V. 3位半数显 4.自带电阻箱.0-111111.0Ω
四、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。
BROADJING 远景仪器YJ-WYB-I万用电表的设计综合实验仪 测量内阻Rg常用方法有： （1）：半电流法也称中值法。
测量原理图见图1。当被测电流计接在电路中时，调节RW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。
图1
R3 + 被测表 + 被测表 + 标准表 + R2 标准表 + R3 R2 + 图2
（2）：替代法。
测量原理图见图2。当被测电流计接在电路中时，调节RW使电流计满偏；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、改装为大量程电流表
根据电阻并联规律可知，如果在表头两端并联上一个阻值适当的电阻R2，如图3所示，可使表头不能承受的那部分电流从R2上分流通过。这种由表头和并联电阻R2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 R2=Rg/n ①
图3为扩流后的电流表原理图。用电流表测量电流时，电流表应串联在被测电路中，所以要求电流表应有较小的内阻。另外，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。
+ 改装表 RW + + A + V 标 准 表 改 装 表 + RW R2 + E 图3
标准表 RM
图4
BROADJING 远景仪器YJ-WYB-I万用电表的设计综合实验仪 3、改装为电压表
一般表头能承受的电压很小，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RM，如图4所示，使表头上不能承受的那部分电压降落在电阻RM上。这种由表头和串联电阻RM组成的整体就是电压表，串联的电阻RM叫做扩程电阻。选取不同大小的RM，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：
RM?UIg?Rg 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。
++改装表+改装表
+ （a）串联分压式 （b）并联分流式
图5 欧姆表原理图
图中E为电源，R3为限流电阻，RW为调“零”电位器，Rx为被测电阻，Rg为等效表头内阻。图（b）中，RG与RW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RX=0），调节RW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Rx后，电路中的电流为
Rg?RW?R3?RX ③
I?EBROADJING 远景仪器YJ-WYB-I万用电表的设计综合实验仪 对于给定的表头和线路来说，Rg、RW、R3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，Rx越大，电流I越小。短路a、b两端，即Rx=0时
I?E?IgRg?RW?R3 ④
这时指针满偏
当Rx=Rg+RW+R3时
E1I??Ig Rg?RW?R3?RX2 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R中= Rg+RW+R3.
当Rx=∞（相当于a、b开路）时，I=0，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Rg及限流电阻R3为常量，故要求RW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1.35-1.6V即可。
五、实验内容
1、用中值法或替代法测出表头的内阻，按图2接线。Rg= Ω 2、将一个量程为100μA的表头改装成1mA（或自选）量程的电流表 （1）、根据式①计算出分流电阻值，并按图3接线。
（2）通过调节使改装表指到满量程，这时记录标准表读数。注意：RW作为限流电阻，阻值不要调至最小值。然后每隔0.2mA逐步减小读数直至零点，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1。
（3）、以改装表读数为横坐标，标准表由大到小及由小到大调节时两次读数的平均值为纵坐标，在坐标纸上作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级别。
（4）、重复以上步骤，将100μA 表头改成10mA表头，可按每隔2mA测量一次（可选做）。 （5）、将RG和表头串联，作为一个新的表头，重新测量一组数据，并比较扩流电阻有何异同（可选做）。
BROADJING 远景仪器YJ-WYB-I万用电表的设计综合实验仪 表 1 标准表读数（mA） 改装表读数（μA） 减小时 20 40 60 80 100 增大时 平均值 误差ΔI（mA） 3、将一个量程为100μA 的表头改装成1.5V（或自选）量程的电压表 （1）、根据式②计算扩程电阻RM的阻值，可用R1、R2进行实验。
（2）、按图4连接校准电路。用数显电压表作为标准表来校准改装的电压表。
（3）、调节电源电压，使改装表指针指到满量程（1.5V）,记下标准表读数。然后每隔0.3V逐步减小改装读数直至零点，（如通过电压调节不能调到零点，可以调节RW）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下表： 表 2
改装表读数（V） 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5
（4）、以改装表读数为横坐标，标准表由大到小及由小到大调节时两次读数的平均值为纵坐标，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级别。
（5）、重复以上步骤，将100μA 表头改成5V表头，可按每隔1V测量一次（可选做）。
减小时 标准表读数（V） 增大时 平均值 示值误差ΔU（V） BROADJING 远景仪器YJ-WYB-I万用电表的设计综合实验仪 4、改装欧姆表及标定表面刻度
（1）、根据表头参数Ig和Rg以及电源电压E，选择Rw为4.7KΩ，R3为10KΩ （2）、调节电源E=1.5V，短路a.b 调Rw使表头指示为零.
（3）、按图5（a）进行连线。将R1、R2电阻箱（即Rx）接于欧姆表的a、b测量端，调节R1、R2，使R中= R1+R2= Rg+RW+R3.
（4）、取电阻箱的电阻为一组特定的数值Rxi，读出相应的偏转格数di。利用所得 读数Rxi、di绘制出改装欧姆表的标度盘。
（5）、按图5（b）进行连线，设计一个并联分流式欧姆表。试与串联分压式欧姆表比较，有何异同（可选做）。
（6）、将RG和表头串联，作为一个新的表头，重新测量一组数据，并比较扩程电阻有何异同（可选做）。
表3 E= V ， R中= Ω
RxI（Ω） 15R中 14R中 13R中 12R中 R中 2R中 3R中 4R中 5R中
偏转格 数（di）
六、思考题
1、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而又保证通过电流计的电流不超过Ig？
2、设计R中=10KΩ的欧姆表，现有两块量程100μA 的电流表，其内阻分别为2500Ω和1000Ω，你认为选哪块较好？
七.成套性
1.YJ-WYB-I万用电表的设计综合实验仪主机………………………………………………1台 2.3.5mm连接线……………………………………………………………………………12根 3.电源线………………………………………………………………………………………1根 4.说明书.合格证……………………………………………………………………………1份