实验 欧姆表的设计和组装.pdf

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1、实验五欧姆表的设计和组装一、目的和要求设计和组装一个多档级欧姆表，要求达到：1．掌握多档级欧姆表的设计原理和方法；2．了解欧姆表的测量原理的特点。二、仪器和设备量程为1mA的电流表头、1.5V干电池、电阻箱4个、滑线变阻器材1个三、原理欲用电表测量电阻（欧姆表），其实质量是测量流过被测电阻的电流值。图1是欧姆表的原理电路图1图中Rs为分流电阻，Rd为限流电阻，r为电池内阻，标头内阻为Rg’电表量程为Ig。当接入被测电阻Rx时，电路中电流I为式中RZ为欧姆表总内阻当欧姆表短接，被测电阻为0时，电流表中电流达到最大值，表头达到满量程，此时，由（3）式可

2、见，流过电阻的电流I与RX有一一对应关系。在相应的I处标记以电阻值的大小RX，则电表就成欧姆表了，由上述原理可知欧姆表有下列特点：当RX=0，a、b端短路，电表指针位于量满程处，与电流表、电压表的零点不同；当RX→∞，a、b端开路，电表内电流为0，指针不发生偏转；当RX=RZ时，I=1/2Im指针指在表盘的中心位置，所以RZ又称为中值电阻RC，它是欧姆表的一个重要特征参量。由（3）式可知，欧姆表的标度尺是反向刻度，而且是非线性的。直接采用图1电路，电源电压因消耗而发生的变化会给电阻的测量结果带来很大的误差，因此，欧姆表还必须装有另欧姆调节的电位器。

3、如图2所示。这是一种并联式调节线路。零欧姆调节电位器R0时分流电阻RS的一部分。电池用1.5V干电池，新电池可达1.6V。为了充分利用电池又兼顾欧姆表的准确度，设计的准则为：即使电池电压降到1.2V时，欧姆表仍然有足够的准确度。这样，当电阻电压由1.6V变为1.2V时，我们只须将电位器R0的滑动端P由B移向A端，分流电阻加大，表头支路电阻减小。因此，在被测电阻为0时，流过表头的电流仍能被调到满偏。这种调节电路应使用一阻值较小的R0才能使电池电压的变所引起的误差较小。R0及其他电阻阻值的选择可如下分析：设R0的滑动端P位于A端（此时对应E=1.2V)

4、时,流过Rd的电流为I，分流电阻为RS=RS’+R0，有IgRg=（I-Ig）RSIRS=Ig（Rg+RS）(4)P位于B端（对应E=1.6V）时，流过Rd的电流为I'，此时分流电阻为RS'，有Ig（Rg+R0）=（I’-Ig）RS’I’RS’=Ig(Rg+R0+RS’)=Ig（Rg+RS）（5）由（4）、（5）式可得：I’RS’=IRS(6)在有一定准确度的情况下，可近似认为在R0调节过程中，回路总电阻变化不大。则有I’/I=E’/E=1.6/1.2=4/3,代入（6）式得：RS=4/3RS’（7）因为RS=RS’+R0所以R0=1/3RS’（8

5、）根据闭合电路欧姆定律，当P位于A端或B端时，分别有从图2中可得：为减小I’/I与E’/E的差异，使RAC=RBC，将（7）式和（8）式代入（9）式，可得：RS’=Rg（10）RAC=RBC=4/7Rg（11）现在剩下Rd如何求得。一般是根据测量需要或根据表头先确定RZ，让后再求得Rd。若给定表头，则Ig、Rg确定，由图2和（10）式确定的RS'，当RX=0时，电池变化过程中，回路总电流I的平均值应为Ig的两倍，即忽略r，则有：Rd=RZ-RAC=RZ-4/7Rg（13）虽然欧姆表刻度从0～∞,但实际只使用中值电阻附近一段区域内（1/5RC～5RC

6、）进行测量。为了适应不同大小电阻的测量需要，欧姆表通常做成多档欧姆中心。这只须改变欧姆表的总内阻即可实现。对于多档级欧姆表，为了读数方便，将相邻两量程的比值取10或100。采用并联不同分流电阻以减小量程。如图3，在相同电源电压下，在基准档的基础上并联某一电阻使中值电阻将为原来的1/10，量程和倍频均为原来的1/10；若并联某一电阻R2，使中值电阻将为原来的1/100，量程和倍频均为原来的1/100。多档级欧姆表为能共用一条欧姆表尺，一般都以中值电阻为几十欧姆量程为基准档来标定表盘，将这一档标为“×1”，其他档标为“×10”，“×100”，“×1K”

7、等。“×1”档的中值电阻叫欧姆表的表盘中心标度阻值，一般取两位有效数字，如：12、24等。欧姆表的基准中值电阻RZ确定后，表盘的标尺可按下式确定式中n为对应于RX的表盘格数，nm为表盘的总格数（注意：表盘的原刻度是均匀分格的）。四、实验内容1．按图2线路和所给定的表头的量程和内阻，正确线则分流电阻RS’和限流电阻Rd及零欧姆电位调节器R0的电阻值；2．按图3联线，组装一多档级欧姆表，以中值电阻为几十欧姆量程档级为基档级，将这一档标为“×1”，以此标出其他档的档级；3．按（14）式标定欧姆表刻度表，绘制欧姆表标度尺；4．实验绘制欧姆表的表面刻度尺，并

8、以电表表盘格数为横坐标，RX为纵坐标，作格数和RX的关系曲线。5．将实验绘制的刻度表盘标尺与标度尺进行比较。五、技能要求1