将表头改装为欧姆表？

设计性实验:电表的改装与校准
(紫金学院实验室提供仅供参考)电流计表头一般只能测量µA级电流和mV级电压，若要用它来测量较大的电流和电压，就必须用改装来扩大其量程。磁电式系列多量程表都是用这种方法实现的。电表改装的原理在实际中应用非常广泛。

一. 实验目的

1. 掌握一种测定电流表表头内阻的方法。

2. 学会将微安表表头改装成电流表和电压表。

3. 了解欧姆表的测量原理和刻度方法。

二. 实验仪器

磁电式微安表头、标准电流表、标准电压表、滑线变阻器、电阻箱、电池、开关（单刀单掷和双掷）和导线等。

三. 实验原理

1. 将微安表改装成毫安表

用于改装的μA表，习惯上称为“表头”。使表针偏转到满刻度所需要的电流Ig称表头的（电流）量程，Ig越小，表头的灵敏度就越高。表头内线圈的电阻Rg称为表头的内阻。表头的内阻Rg一般很小，欲用该表头测量超过其量程的电流，就必须扩大它的量程。扩大量程的方法是在表头上并联一个分流电阻Rs（如图3-4-1所示）。使超量程部分的电流从分流电阻Rs上流过，而表头仍保持原来允许流过的Z大电流Ig。图中虚线框内由表头和Rs组成的整体就是改装后的电流表。

设表头改装后的量程为I，根据欧姆定律得：

（3-4-1）

（3-4-2）

若： 则： （3-4-3）

当表头的参量Ig和Rg确定后，根据所要扩大量程的倍数n，就可以计算出需要并联的分流电阻Rs，实现电流表的扩程。如欲将微安表的量程扩大n倍，只需在表头上并联一个电阻值为的分流电阻Rs即可。

2. 将微安表改装成伏特表

微安表的电压量程为IgRg，虽然可以直接用来测量电压，但是电压量程IgRg很小，不能满足实际需要。为了能测量较高的电压，就必须扩大它的电压量程。扩大电压量程的方法是在表头上串联一个分压电阻（如图3-4-2所示）。使超出量程部分的电压加在分压电阻上，表头上的电压仍不超过原来的电压量程IgRg。

设表头的量程为Ig，内阻为Rg，欲改成的电压表的量程为V，由欧姆定律得：

（3-4-4）

可得： （3-4-5）

可见，要将量程为Ig的表头改装成量程为V的电压表，须在表头上串联一个阻值为的附加电阻。同一表头，串联不同的分压电阻就可得到不同量程的电压表。

3. 将微安表改装成欧姆表

将微安表与可变电阻R0（阻值大）、Rm（阻值小），以及电池、开关等组成如图3-4-3所示电路，就将微安表组装成了一只欧姆表。图中Ig 、Rg是微安表的量程和内阻，E、r为电池的电动势和内阻。a和b是欧姆表两表笔的接线柱。

设a、b间由表笔接入待测电阻Rx后，通过Rx的电流为Ix，流经微安表头的电流为I，根据欧姆定律有

∵ （3-4-6）

（3-4-7）

由（3-4-6）、（3-4-7）式解得

（3-4-8）

可以看出，当Rm，R0，Rg和E一定时，I～Rx之间有一一对应关系。因此，只要在微安表电流刻度上侧标上相应的电阻刻度，就可以用来测量电阻了。根据这种关系绘制的欧姆表刻度如图3-4-4所示。由3-4-8式可以看出，欧姆表有如下特点：

（1）当Rx=0（相当于外电路短路）时，适当调节R0（零欧调节电阻)可使微安表指针偏转到满刻度，此时

当Rx=∞（相当于外电路断路)时，I=0，微安表不偏转。

可见，在欧姆表刻度尺上，指针偏转Z大时示值为0；指针偏转减小，示值反而变大；当指针偏转为0时，对应示值为∞。欧姆表刻度值的大小顺序跟一般电表正好相反。

（2）当时，

即当待测电阻等于欧姆表内阻时，微安表半偏转，指针正对着刻度尺ZY。此时欧姆表的示值习惯上称为中值电阻，亦即R中=Rm。

当 时，

时，

… …

，

时，欧姆表的刻度是不均匀的，指针偏转越小处刻度越密。上述分析还说明为什么欧姆表测量前必须先将ab两端短路、调节R0使指针偏到满刻度（对准0Ω）。

另外，由于欧姆表半偏转时测量误差Z小。因此，尽管欧姆表表盘刻度范围从0Ω到∞Ω，但通常只取中间一段(l/5R中～5R中)作为有效测量范围。若待测电阻阻值超出这个范围，可将Rm扩大10倍、100倍…，从而使R中也扩大同样倍数。如图3-4-4所示，只要在欧姆表面板上相应标上Rx×10、Rx×100、…等字样，就可以方便地测量出各档电阻的阻值。测量时选用Rx×10档？还是Rx×100档？…，应由Rx的估计值决定，原则上应尽量使欧姆表指针接近半偏转（Rx接近R中）为好。

上述欧姆表在理论上能够测量电阻，但实用上有问题。因为电池用久了电压会降低，若a，b间短路，将R0调小才能使电表满量程，这样中值电阻发生了变化，读数就不准确。因此实用的欧姆表中加进了分流式调零电路，这里不再细述。

四. 实验内容

1. 测量表头内阻：

本实验用替代法测量表头内阻，电路图如图3-4-6所示。测量时先合上K1，再将开关K2扳向“1”端，调节和，使标准电流表mA示值对准某一整数值（如80μA），然后保持（的C端）和不变，将K2扳向“2”端（以代替）。这时只调节，使标准电流表mA示值仍为I0（如80μA）。这时，表头内阻正好就等于电阻箱的读数。实验中要求按下面表格测量五次。

注意：实验过程中μA和mA两表示值不同步并不影响的测量，但标准表mA的电流不能超过1mA！

表3-4-1 测量表头内阻数据表

I（μA）
60.0
80.0
90.0

（Ω）

（Ω）

2. 将100 μA的表头改装成量程为1mA的电流表

按图（3-4-7）连接好线路。

（1）根据测出的表头内阻，求出分流电阻RS（计算值）。然后将电阻箱RS调到该值后，图中的虚线框即为改装的1mA电流表。

（2）校准电流表量程：先调好表头零点（机械零点），然后调节R1和R2使标准表mA示值为1mA。这时改装表μA示值应该正好是满刻度值，若有偏离，可反复调节R1、R2和RS，直到标准表和改装表均和满刻度线对齐为止，这时改装表量程就符合要求，此时RS的值才为实验值，否则电流表的改装就没有达到要求！

（3）校正改装表：保持RS不变，调节R1、R2使改装表示值Ix按表3-4-2的要求（即由1.00、0.90、…直到0.10mA变化）也就是表头示值由100、90、…直减到10μA，记下标准表mA的相应示值IS。

（4）以改装表示值Ix为横坐标，以修正值为纵坐标，相邻两点间用直线连接，画出折线状的校正曲线ΔIx～Ix（如图3-4-9）。

表3-4-2 电流表校正数据表格

分流电阻RS：计算值 、实验值

IX (mA)
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00

IS (mA)

ΔIX=IS-Ix

(mA)

3. 将100μA的表头改装成量程为1V的电压表：

参考改装电流表的步骤，先求出分压电阻RH（计算值），按图3-4-8接好线路，将表头组装成量程为1V的电压表；测出分压电阻RH的实验值，并保持其不变，调节R1、R2，使改装表由满刻度开始逐渐减小直到零（表头μA示值由100、90、…直减到10μA）；同时记下改装表（Ux）和标准表（US）相应的电压读数，将数据填入表3-4-3中。同样画出折线状的电压表校正曲线ΔUx～Ux。

表3-4-3 电压表校正数据表格

分压电阻RH：计算值 Ω、 实验值 Ω

Ux（V）
0.10
0.20
0．30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00

US（V）

ΔUx=US-Ux（V）

4. 将100μA的表头改装成中值电阻为120Ω的欧姆表（选做）：

（1）按图3-4-3连接好电路，此时已组装好欧姆表。组装通电前应拨好电阻箱R0、R1的阻值。

（2）用电阻箱代替Rx，使Rx＝0时，微安表指针对准满刻度值。

（3）根据表3-4-4所测出的数据，画出欧姆表刻度盘。

表3-4-4 改装欧姆表数据表

R0= Ω R1= Ω

Rx（）
0
20
30
40
50
80
120

I（μA）

Rx（）
150
200
300
400
500
1000
∞

I（μA）

五. 问题讨论

1. 给定一个已知量限为的表头，改装成量限为I的电流表，试说明其主要方法及步骤。

2. 将一个量程为，内阻Rg=1000Ω的表头，欲改装成量限为5V和10V的电压表，试画出改装电路图并分别计算附加电阻RH的值。

参考资料：kkkkkkkkkkkkk

学一下外用表的基本原理