李 義，李久會，敬曉丹，袁 泉

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電流表改裝的實(shí)驗(yàn)研究

李 義，李久會，敬曉丹，袁 泉

（遼寧工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

分別采用半偏法、替代法、電橋法和滿量程校準(zhǔn)法將量程為200 A的電流表改裝成量程為20 mA的電流表，并繪制校正曲線。校正結(jié)果顯示4種方法得到的改裝表準(zhǔn)確度等級分別為1.0、0.2、0.1和0.02，可見滿量程校準(zhǔn)是更為準(zhǔn)確的方法。

物理實(shí)驗(yàn)；電流表改裝；準(zhǔn)確度等級；滿量程校準(zhǔn)

電流表改裝的準(zhǔn)確程度主要由電流表內(nèi)阻測量的準(zhǔn)確程度決定[1]，實(shí)驗(yàn)中通常只采用一種方法對電流表的內(nèi)阻進(jìn)行測量，顯然，單一方法對測量結(jié)果的準(zhǔn)確與否不具說服力。測量電流表內(nèi)阻的方法很多[2-4]，多種方法的采用不但可以了解更多測量電阻的方法，同時還可以通過方法的選擇，提高微安表內(nèi)阻測量的準(zhǔn)確程度，從而提高改裝表的準(zhǔn)確度等級。本文主要采用半偏法[5]、替代法[6]、電橋法[7]和滿量程校準(zhǔn)的方法[8]改裝電流表，校正結(jié)果驗(yàn)證了滿量程校準(zhǔn)方法的準(zhǔn)確性。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

要將內(nèi)阻為R，量程為I的微安表改裝為量程擴(kuò)大倍的電流表，只需要讓微安表兩端并聯(lián)一個阻值適當(dāng)?shù)姆至麟娮?i>R，這樣就使被測電流大部分從分流電阻R上流過，而微安表仍保持原來允許通過的量程。微安表與R整體構(gòu)成了要改裝的電流表。根據(jù)歐姆定律可得R的阻值大?。?/p>

微安表擴(kuò)大量程后還需要進(jìn)行校正。校正的目的是給出改裝表的示值誤差，得到示值與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值相符的程度。在量程內(nèi)均勻選取校正點(diǎn)，校正的結(jié)果得到電表在各個校正點(diǎn)的絕對誤差。選取其中最大的絕對誤差即為改裝表的最大允許誤差。最大允許誤差DI除以電表的量程I，再加上標(biāo)準(zhǔn)表的準(zhǔn)確度等級0，就可估算出改裝表的準(zhǔn)確度等級，若用表示改裝表的準(zhǔn)確度等級，則：

(2)

本實(shí)驗(yàn)采用WYK-303B2直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，以PA91b型直流數(shù)字微安表作為被改裝表，以PA91b型直流數(shù)字毫安表作為標(biāo)準(zhǔn)表，將量程為200mA的微安表改裝成為量程為2 mA的電流表。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測量與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測量

分別采用半偏法、替代法和電橋法測量微安表的內(nèi)阻。為了使3種方法測得的結(jié)果具有可比性，3種方法中所用儀器精度均相同。半偏法、替代法和電橋法測得微安表內(nèi)阻R的5次平均值分別為989.4、998.2、1 000.4W，由式(1)計算得出所需并聯(lián)電阻的阻值分別為R1≈ 109.9W、R2≈ 110.9W、R3≈ 111.2W。分別用阻值為R1、R2和R3的電阻與微安表并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)電表改裝。然后分別對這3種改裝表進(jìn)行逐點(diǎn)校準(zhǔn)，記錄改裝表在2.000 ~ 0.1000 mA之間均勻變化（約每間隔0.2000 mA變化一次）時標(biāo)準(zhǔn)表電流的相應(yīng)值，用標(biāo)準(zhǔn)表示數(shù)與改裝表示數(shù)之差作為改裝表的示值誤差D。3種方法改裝表的校正數(shù)據(jù)如表1~表3所示。

表1 半偏法改裝表的校正數(shù)據(jù) mA

表2 替代法改裝表的校正數(shù)據(jù) mA

表3 橋法改裝表的校正數(shù)據(jù) mA

2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

利用計算軟件畫出校正曲線，即-D曲線。由圖1可以看出，由半偏法得到的改裝表最不準(zhǔn)確，與標(biāo)準(zhǔn)表的最大偏差達(dá)到了0.0198 mA，其準(zhǔn)確度等級為1.0；而電橋法得到的改裝表最為準(zhǔn)確，與標(biāo)準(zhǔn)表的最大偏差只有0.0012 mA，其準(zhǔn)確度等級達(dá)到了0.1；替代法得到的改裝表準(zhǔn)確度居中，與標(biāo)準(zhǔn)表的最大偏差為0.0036 mA，其準(zhǔn)確度等級為0.2。可見，電橋法測得的微安表內(nèi)阻最準(zhǔn)確。雖然電橋法與半偏法和替代法相比要更準(zhǔn)確，但該方法得到的改裝表與標(biāo)準(zhǔn)表相比還存在較大差距，標(biāo)準(zhǔn)表的準(zhǔn)確度等級為0.005。因此，嘗試一種新的方法——滿量程校準(zhǔn)法。在電橋法的基礎(chǔ)上，將標(biāo)準(zhǔn)表與改裝表串聯(lián)，通過調(diào)整滑動變阻器將標(biāo)準(zhǔn)表調(diào)至接近滿量程1.9958mA，然后微調(diào)并聯(lián)電阻，使得改裝表的示數(shù)也同為1.9958mA，此時得到校準(zhǔn)后的并聯(lián)電阻阻值為R4= 111.1W。用該電阻改裝的微安表的校正數(shù)據(jù)如表4所示。

圖1 半偏法、替代法和電橋法改裝表的校正曲線

表4 滿量程校準(zhǔn)法改裝表的校正數(shù)據(jù) mA

給出電橋法和滿量程校準(zhǔn)法改裝表的校正曲線。如圖2所示，可以很明顯地看出在滿量程校準(zhǔn)下，改裝表與標(biāo)準(zhǔn)表間的誤差進(jìn)一步減小，最大誤差僅為0.0002 mA，準(zhǔn)確度等級達(dá)到了0.02，已經(jīng)非常接近標(biāo)準(zhǔn)表的準(zhǔn)確度等級0.005。由此可見，滿量程校準(zhǔn)得到的并聯(lián)電阻R進(jìn)一步接近實(shí)際真值，該方法可以明顯提高改裝表的準(zhǔn)確度等級。通過上述實(shí)驗(yàn)還能看出，滿量程校準(zhǔn)方法需要在已經(jīng)獲得較準(zhǔn)確并聯(lián)電阻基礎(chǔ)上進(jìn)行，通過進(jìn)一步微調(diào)修正得到更準(zhǔn)確的并聯(lián)電阻，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中不適合單獨(dú)采用，否則修正過程是盲目的，很難進(jìn)行。

圖2 電橋法和滿量程校準(zhǔn)法改裝表的校正曲線

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)針對半偏法、替代法、電橋法和滿量程校準(zhǔn)法改裝電流表進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，4種方法得到的改裝表的準(zhǔn)確度等級分別為1、0.2、0.1和0.02，其中，滿量程校準(zhǔn)法改裝的微安表準(zhǔn)確定等級最高，半偏法改裝的微安表的準(zhǔn)確度等級最低。滿量程校準(zhǔn)方法不適合單獨(dú)使用，需結(jié)合一種改裝電流表的方法，然后在其基礎(chǔ)上對所需并聯(lián)電阻進(jìn)行滿量程修正。

[1] 師文慶, 李永強(qiáng), 黃存友. 電表改裝實(shí)驗(yàn)的設(shè)計與校準(zhǔn)方法[J]. 裝備制造技術(shù), 2010, (12): 154-155.

[2] 李濤, 陳世國. “橋式替代法”測電流表內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 貴州學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版, 2013, 8(1): 69-72.

[3] 王淑艷, 欒中岳, 張耀文, 等. 直流電流表改裝及實(shí)用電阻計算選取方法[J]. 科技資訊, 2011, (8): 149-150.

[4] 嚴(yán)俊. 電阻測量的八種方法[J]. 物理教學(xué)探究, 2006, 24(20): 20-23.

[5] 羅慶烜, 李明芬. 半偏法實(shí)驗(yàn)的幾種改進(jìn)方法[J]. 貴州教育學(xué)院學(xué)報, 2007, 18(4): 27-29.

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[8] 李成龍, 劉振, 張杰. 多量程電表實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J]. 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn), 2007, 20(3): 54-55.

責(zé)任編校：孫 林

Experimental Research on Ammeter Refit

LI Yi, LI Jiu-hui, JING Xiao-dan, YUAN Quan

（College of Science, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, China）

The ammeter with full scale 200 A is refitted to an ammeter with full scale 20 mA by using half-deviation, substitution method, bridge method and full scale calibration respectively in this paper, and the calibration curves are plotted. The calibration results show that the accuracy class of refitted ammeter is 1.0, 0.2, 0.1 and 0.02 respectively. Thus the full scale calibration is a more accurate method.

physical experiment; ammeter refit; accuracy class; full scale calibration

10.15916/j.issn1674-3261.2017.03.013

O4-33；O4-34

A

1674-3261(2017)03-0187-03

2016-04-06

遼寧省教育廳教學(xué)改革研究項(xiàng)目(UPRP20160289)

李義(1977-)，男(滿族)，遼寧錦州人，講師，博士。