实验题目：电表的改装与校准
课时：3学时
教材：《大学物理实验》第2版 天津大学出版社
简介：
微安表只允许通过微安量级的电流，—般只能测量很小的电流和电压。若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。改装后的微安表可具有测量较大电流、电压和电阻等多种用途。
实验重点：微安表改装的实验原理与电路测量
难点：微安表改装的实验原理与电路测量
教学目的：
1．了解微安表改装成较大量程电流表和电压表的原理和方法。
2．学习用比较法校准电表。
教学方法：以演示、讲述为主，采用提问式、启发式教学，结合巡回辅导。
实验要求：
1.课前预习，完成预习报告；
2.独立完成，分析误差来源，完成思考题；
3.课后完成实验报告，能够提出改进建议
实验仪器：磁电式微安表（100
表头）、电压表（0.5级）、电流表（0.5级）、电阻箱、滑线变阻器、开关、直流电源等。
实验原理：
1．改装微安表为电流表
用于改装的微安表，习惯上称为“表头”。表针偏转到满刻度所需电流
，称为表头的量程。越小，表头灵敏度越高。表头内线圈的电阻
称为表头的内阻。由于表头能测量的电流很小，为了扩大量程，可以在表头上并联一个分流电阻Rs，如图1所示。由图可见，如果Rs＜，则被测电流大部分从分流电阻Rs流过，而只有一少部分的
电流通过表头。表头还保持原来允许通过的最大电流。
分流电阻Rs取值的计算方法如下。
设改装后的表头量程为I，由欧姆定律可导出Ig Rg=（I-Ig）Rs。所以
若将量程扩大n倍，即I=nIg，则
(1)
表头的Rg﹑在改装前要测出（本实验中，由实验室给出），Ig在表盘上已标出。
由表头和分流电阻Rs构成的整体就是改装后的电流表。此时，电流表的内阻等于Rg和Rs的并联阻值。显然，选用不同的Rs值，就可以得到不同量程的电流表。
2．改装微安表为电压表
表头能测量的电压也很小。为了扩大量程，可以在表头上串联一个分压电阻RH，如图2所示。由图可知，当RH>Rg时，被测电压的大部分降落在RH上，而表头的电压降很小（仍保持表头的额定电压降）。适当选择RH后，可把表头改装成不同量程的电压表。
RH取值的计算方法如下。设表头的量程为Ig，内阻为Rg，改装成电压表后，其最大量程为U，由欧姆定律得
。所以，
2)
由表头和分压电阻构成的整体就是改装后的电压表，其内阻为Rg+RH。
3．电表的校准
为正确的使用和减少误差，必须对改装的电流表或电压表应表进行校准，并作出校准曲线。校准的方法如下。
按电路图4或5联好电路。如果被校准电表的各个读数为Ix(或Ux)，标准电表相对应的读数为Is(或Us)，则被校准电表的修正值为
Ix＝Is-Ix(或Ux＝Us-Ux)。以Ix(或Ux)为横坐标，Ix (或Ux)为纵坐标，作校准曲线。我们认为几个校准点的数据是准确的，以此为依据来确定其它读数下的电流(或电压)真值。即用两个点之间的线性内插法来确定，所以相邻两校准点之间应用直线连接。校准曲线如图3所示。一般标准表的级别要比被校表欲定的级别高一到二个级别。
实验步骤：
1．将100的表头改装成1mA的电流表
1) 由式(1)计算出分流电阻Rs值，Rg值由实验室给出。
1)按图4联接电路。对已经改装好的量程为1mA的电流表进行校准。图中Rs、R分别由电阻箱充当。
3) 调准改装表和标准表的机械零点。
4) 校准量程。调节滑线变阻器，使标准表的指示为满刻度，即1.00mA。观察改装表的指示是否满刻度。如果指示不到或超过满刻度，则稍许改变Rs值，使其指示恰好在满刻度上，以符合设计值。
5) 校准刻度。调节滑线变阻器，使电流从小到大校准五个点。再从大到小重复一遍。
6) 将测得的Ix和相对应的Is值填入表1中，作Ix—Ix校准曲线图。
2．将100uA表头改装成0-3V电压表
1)由式(2)计算出分压电阻RH值。
2)按图5联接电路。同校准毫安表的实验步骤一样、先调准零点，再校准量程和五个刻度。
3)将测得的Ux和相对应的Us值填入表2中，作Ux —Ux校准曲线图。
实验数据：
表1 Rg = Rs（理论）= Rs（实验）=
Is(mA) |
0.00 |
0.02 |
0.04 |
0.06 |
0.08 |
1.00 |
Ix(mA)小↑ |
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Ix(mA)大↓ |
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Ix(mA)平均 |
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IX(mA) |
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表2 Rg = RH（理论）= RH（实验）=
单位：伏(V)
Us |
0.00 |
0.50 |
1.00 |
1050 |
2.00 |
2.50 |
3.00 |
Ux↑ |
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Ux↓ |
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Ux平均 |
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△Ux |
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注意事项：
1.滑线变阻器采用分压方法连接。
2.实验中注意电表的正负连接规则，切勿将反向电流通入电表中，以防表头指针反打。
3.将微安表改装成毫安表的实验中，注意保护电阻的选取，确保电表中通过的电流不要超过满偏电流过多。
