摘 要： 本文根據(jù)歐姆表的原理和實際電路圖，分析了改變倍率時，看到的“反?！爆F(xiàn)象是由“實際電路”與“原理電路”的結構差異引起的原因，分析了調(diào)零電阻的功能和每次換檔后調(diào)節(jié)調(diào)零電阻對測量準確性的影響。
　　關鍵詞： 多用電表 歐姆檔 調(diào)零電阻 反?，F(xiàn)象
　　
　　在學生實驗課上，有位學生發(fā)現(xiàn)了一個奇怪的問題：當他將選擇開關從×1Ω檔調(diào)到×10Ω檔，并將兩表筆短接時，發(fā)現(xiàn)電表的指針竟然偏向0刻度的右側(cè)。因為根據(jù)多用電表的工作原理，當選擇開關從×1檔調(diào)到×10Ω檔時，多用電表的內(nèi)阻將增大，若將兩表筆短接，根據(jù)歐姆定律，電流將減小，電表的指針應該偏向0刻度的左側(cè)才對。
　　究竟怎么回事？難道多用電表的原理有問題？還是另有原因？因此我對多用電表的歐姆檔進行了研究，以供各位老師碰到類似問題時參考。
　　電阻的測量是基于歐姆定律進行的，測量方式有兩種。
　　（1）被測電阻與電表串聯(lián)的方式
　?。?）被測電阻與電表并聯(lián)的方式
　　第二種方式目前用得不多，我們平常碰到的多用電表大部分是采用第一種方式，下面談談第一種測量方式的原理、量程的擴大及相關問題。
　　一、原理
　　圖（1）所示為這種歐姆表的原理電路。在該電路中，被測電阻r與表頭內(nèi)阻r和輔助電源E互相串聯(lián)。在該電路中，流過電表的電流為：I=（1）。
　　當r=0時(被測電阻短路，即開關K置于位置1)，回路中電流最大，偏轉(zhuǎn)也最大。這時I=I=，I等于電表的全偏轉(zhuǎn)電流I，該點即被定為歐姆表的零值刻度。
　　當r=r=r時，I==I。
　　r為歐姆表的中心值，即儀表指示刻度點時的數(shù)值。由上述可知，歐姆刻度的中心值就等于歐姆表在該量程上的綜合內(nèi)阻。因此，歐姆量程的設計都以中間刻度為標準，然后分別求出相當于各個被測電阻r的刻度值。
　　二、量程的擴大
　　根據(jù)公式（1），理論上說—個量程已包括全部電阻值，但實際情況并非如此。從公式(1)可以看出I與r成非線性關系。當r?垌r時，I隨r的變化不明顯。只有被測電阻r在10r～0．1r范圍內(nèi)時測量才較準確。因此，歐姆表一般規(guī)定其刻度全長的10～90％的范圍內(nèi)為其有效工作刻度。由此得出的結論是一個量程不可能滿足各種電阻值的測量。
　　根據(jù)歐姆表的基本公式，要改變量程，就必須改變使表頭產(chǎn)生滿刻度偏轉(zhuǎn)的電阻值r。為了使歐姆表在各量程能共用一個電阻刻度線，一般都以標準檔R為基礎，采用10的整數(shù)倍來擴大量程，如×1、×10、×100等。在標準檔時，如電池電壓為E，電表的總內(nèi)阻為r＝ｒ，則被測電阻短路時產(chǎn)生的滿偏轉(zhuǎn)電流為：I=。
　　由此可看出E增加10倍，ｒ可增大10倍；減小I至0.1I，ｒ也可以增大10倍。在實際運用中，有用改變E的方法，有用改變I的方法，也有用E與I同時改變的方法。圖（2）、圖（3）所示為用改變I的方法擴大量程的實用電路。圖（4）為改變E的方法擴大量程的實用電路。
　　三、疑難
　　問題1：多用電表的歐姆檔內(nèi)阻各是多少？究竟哪一檔的內(nèi)阻大？
　　由上面的分析可看出，實際的多用電表的歐姆檔電路比原理圖要復雜些，連接的方式也各不相同。圖（5）為U－10型多用電表電阻測量電路的電路圖（×1、×10、×100檔）。由圖（5）可知，AB間的總電阻就是歐姆檔的內(nèi)阻，也等于該檔的中值電阻。當選×1檔時，AB間總電阻為40Ω左右，此時該歐姆檔的內(nèi)阻值為40Ω左右；當選×2檔時，AB間總電阻為400Ω左右，此時該歐姆檔的內(nèi)阻值為400Ω左右；其他檔位依此類推。由此可知，倍率大的檔位對應的內(nèi)阻大，位率小的檔位對應的內(nèi)阻小。
　　問題2:當選擇開關從×1Ω檔調(diào)到×10Ω檔，并將兩表筆短接時，多用電表的指針為何偏向0刻度的右側(cè)而非左側(cè)？
　　根據(jù)圖（5）可知，當小倍率檔換成大倍率檔且短接表棒時，接入電路的電阻值增大，AB間的總電阻增大，干路中電流減小，由于電源有內(nèi)阻，電源內(nèi)阻分去的電壓減小，則AB間電壓增大，流過表頭的電流增大，此時我們看到指針偏在零刻度線的右方。
　　由此可見，改變倍率時，看到的“反常”現(xiàn)象是由“實際電路”與“原理電路”的結構差異引起的誤解。
　　問題3：為什么要設置調(diào)零電阻？
　　由圖（5）可看出，如果電源內(nèi)阻為零且電壓恒定不變（即電源為理想電源），則換檔后短接表棒時，雖然AB間電阻變化了，但AB間的電壓保持不變，流過表頭的電流也不會改變，指針也不會偏離零刻度線，這樣就不需要設置調(diào)零電阻了。然而，在實際使用時，由于電池有內(nèi)阻，換檔后AB間的電壓會發(fā)生變化，這會使換檔后指針偏離零刻度線。因此設置了調(diào)零電阻，保證指針能調(diào)到0刻度線。另一方面，當電源用舊了，電動勢下降，也可能使指針偏離零刻度線。而設置了調(diào)零電阻后，電源的電動勢改變時（設計時范圍為1.2V-1.6V）使該電路仍能正常工作。 問題4：每次換檔后都要調(diào)節(jié)調(diào)零電阻，由電路結構可知這種調(diào)節(jié)肯定會改變AB間的電阻，即會改變該檔的內(nèi)阻（即中心值電阻），那么這種調(diào)節(jié)豈不是會影響測量的準確性？
　　下面以×1Ω檔為例來說明調(diào)零電阻對測量值的影響。各電阻的數(shù)據(jù)如圖（5）中所示，其中R是為了調(diào)整表頭而設置的，接入電阻幾乎為零。R是調(diào)零電阻，當觸頭從上端移至下端的過程中，按照圖中數(shù)據(jù)計算，AB間的最大電阻為39.722Ω，AB間的最小電阻為39.718Ω，由調(diào)節(jié)調(diào)零電阻引起該檔內(nèi)電阻的變化最大值為0.004Ω。由此可見，由于調(diào)節(jié)調(diào)零電阻而引起總內(nèi)電阻的變化不大，即對中心值電阻幾乎沒有影響，而歐姆表量程的設計都以中間刻度為標準，然后分別求出相當于各個被測電阻r的刻度值。可見，調(diào)節(jié)調(diào)零電阻時，只要能使指針調(diào)到零刻度，測量值還是比較準確的。
　　由此可見，多用電表歐姆檔的倍率越大，則內(nèi)阻越大。改變倍率時，我們看到的“反常”現(xiàn)象是由“實際電路”與“原理電路”的結構差異引起的。設置調(diào)零電阻是為了當電源的電動勢減少，內(nèi)阻增大時保證指針能調(diào)到0刻度線，使多用電表能正常工作。每次換檔后調(diào)節(jié)調(diào)零電阻不會影響測量的準確性。
　　
　　參考文獻：
　?。?］秦曾煌.電工學簡明教程.高等教育出版社，2006.
　?。?］暢玉亮，張國光.電工電子學教程.化學工業(yè)出版社，2005.
　　 注：“本文中所涉及到的圖表、公式、注解等請以PDF格式閱讀”