普物实验参考教材(3)

磁量和电路元件特性的测量，还可以通过各种传感器，将各种非电量转换为电量进行测量。

电磁测量在物理学和其他科学领域中获得了极其广泛的应用，已经成为科学研究及工农业生产的强有力的手段。 （2）电磁测量特点

电磁测量之所以成为科研与现代生产技术的重要基础，是因为它具有以下特点： 1）测量精度高。特别是从1990年起，使电学计量体系的基准从实物基准过渡到量子基准，从而可以利用这些量子标准来校准电子测量仪器，使电子仪器与测量技术的精确度达到接近理论值的水平。例如数字式电压表的分辨率可达10－9伏。

2）反应迅速。电子仪器与电子测量速度是很快的，也就是说响应时间很短。 3）测量范围大。电子仪器的测量数值范围和工作的量程是很宽的。如数字电压表的量程可达1011伏以上，数字欧姆表可测范围为10－5欧至1017欧。

4）可进行遥控，实现远距离测量。 5）可实现自动化测量。

6）非电量可以通过传感器转换为相应的电磁量进行测量。 （3）电磁测量的内容

电磁测量的内容非常广泛，包括以下几个方面：

1）电磁量的测量。例如电压、电流、电功率、电场强度、介电常数、磁感应强度、磁导率等的测量。

2）信号特性的测量。例如信号频率、周期、相位、波形、逻辑状态等的测量。 3）电路网络特性的测量。例如幅频特性、相移特性、传输系数等的测量。 4）电路元器件参数的测量。例如电阻、电容、电感、耗损因数、Q值、晶体管参数等的测量。

5）电子仪器性能的测量。例如仪器仪表的灵敏度、准确度，输入、输出特性等的测量。

6）各种非电量（例如温度、位移、压力、速度、重量等）通过传感器转化为电学量的测量。

2．电磁测量的方法

电磁测量的内容很丰富，测量的方法也很多，一个物理量，常可以通过不同的方法来测量。

（1）测量方法的分类

电磁测量的方法很多，分类方式也各不相同，除了可分为大家所熟悉的“直接测量法”

11

和“间接测量法”以外，还常将电磁测量方法分为“直读测量法”和“比较测量法”两大类。

1）直读测量法

直读测量法是根据一个或几个测量仪器的读数来判定被测物理量的值，而这些测量仪器是事先按被测之量的单位或与被测之量有关的其它量的单位而分度的。

直读测量法又可以分为两种。一是直接测量法（或称直接计值法）。例如用安培表测量电流，用伏特表测量电压，用欧姆表测量电阻。测量仪器安培表、伏特表和欧姆表的刻度尺是分别按安培、伏特和欧姆事先分度的。这种情况，被测量的大小直接从仪器的刻度尺上读出，它既是直读法又是直接测量法。二是间接测量法（或称间接计值法）。例如利用部分电路欧姆定律R＝V／I，用安培表直接测量流过待测电阻的电流I，用伏特表直接测量电阻两端的电压V，然后间接计算出电阻值R。这种方法使用的仍然是直读式仪器，而被测的量R是由函数关系R＝V／I计算得到的。

直读测量法由于方法简单，被普遍采用，但是由于其准确度比较低（相对于比较法），因此适用于对测量结果不要求十分准确的各种场合。

2）比较测量法

比较测量法是将被测的量与该量的标准量作比较而决定被测的量值的方法。这种方法的特点，是在测量过程中要有标准量参加工作。例如用电桥测量电阻，用电位差计测量电压的方法都是比较法。

比较测量法也有直接测量和间接测量两种，被测的量直接与它的同种类的标准器相比较就是直接比较法。例如某一电阻与标准电阻相比较就是直接比较法。间接比较法是利用某一定律所代表的函数关系，用比较法测量出有关量，再由函数关系计算出被测量的值，例如，用比较法测出流经标准电阻RS上的电压V，再利用欧姆定律I＝V／RS算出电流强度I的大小，就是间接比较法。

比较测量法又分为三类： ①零值测量法

它是被测的量对仪器的作用被同一种类的已知量的作用相抵消到零的方法。由于比较时电路处于平衡状态，所以这种方法又称为平衡法。例如用电位差计测量电池的电动势时，就是用一已知的标准电压降和被测电动势相抵消，从已知标准电压降的电压值来得知被测电动势的值。零值法的误差取决于标准量的误差及测量的误差。

②差值测量法

它也是被测的量与标准量作比较，不过被测的量未完全平衡，其值由这些量所产生的

12

效应的差值来判断。差值法的测量误差取决于标准量的误差及测量差值的误差。差值越小，则测量差值的误差对测量误差的影响越小。差值测量法所用的仪器有非平衡电桥、非完全补偿的补偿器等。

③替代测量法

将被测的量与标准量先后代替接入与一测量装置中，在保持测量装置工作状态不变的情况下，用标准量值来确定被测的量的方法称为替代法。当标准量为可调时，用可调标准量的方法保持测量装置工作状态不变，则称为完全替代法。如果标准量是不可调的，允许测量装置的状态有微小的变动，这种方法称为不完全替代法。在替代法测量中，由于测量装置的工作状态不变，或者只有微小变动，测量装置自身的特性及各种外界因素对测量产生的影响是完全或绝大部分相同的，在替代时可以互相抵消，测量准确度就取决于标准量的误差。

（2）选择测量方法的原则

一个物理量，可以通过直接测量得到，也可以通过间接测量得到，可以用直读测量法，也可以用比较测量法进行测量。那么如何选择合适的测量方法呢？选择测量方法的原则是：

1）所选择的测量方法必须能够达到测量要求（包括测量的精确度）。 2）在保证测量要求的前提下，选用简便的测量方法。 3）所选用的测量方法不能损坏被测元器件。 4）所选用的测量方法不能损坏测量仪器。

（3）下面我们举例说明如何根据具体情况选择合适的测量方法：

1）根据被测物理量的特性选择测量方法

例如，测量线性电阻（如金属膜电阻），由于其阻值不随流经它的电流的大小而变化，可选用电桥（比较式仪器）直接测量，这种方法简便，精确度高。

测量非线性电阻（如二极管、灯丝电阻等），由于这类电阻的阻值随流经它的电流的大小而变化，宜选用伏安法间接测量，并作I～V曲线和R～I曲线，然后由曲线求得对应于不同电流值的电阻。

同理，测量线性电感时，可选用交流电桥直接测量，测量非线性电感时，可选用伏安法间接测量。

2）根据测量所要求的精度，选择测量方法

从测量的精度考虑，测量可分为精密测量和工程测量。精密测量是指在计量室或实验室进行的需要深入研究测量误差问题的测量。工程测量是指对测量误差的研究不很严格的

13

一般性测量，往往是一次测量获得结果。例如，测量市电220伏电压，可用指针式电压表（或万用表）直接测量，它直观、方便。而在测量电源的电动势时，不能用指针式电压表（或万用表）直接测量，这是由于指针式电压表的内阻不很大，接入后电压表指示的电压是电源的端电压，而不是电动势。在测量标准电池的电动势时，更不能用电压表或万用表，其原因，一是电压表或万用表的内阻都不是很大，接入后，标准电池通过电压表或万用表的电流会远远超过标准电池所允许的额定值。标准电池只允许在短时间内通过几微安的电流。二是标准电池的电动势的有效数字要求较多，一般有6位，指针式电压表达不到要求。因此，测量标准电池电动势应该选用电位差计用平衡法进行测量，平衡时，标准电池不供电。

3）根据测量环境及所具备的测量仪器的技术情况选择测量方法

例如用万用表欧姆档测量晶体管PN结电阻时，应选用R×100或R×1K档，而不能选用R×1档或高阻档。这是因为，若用R×1档测量时，万用表内部电池提供的流经晶体管的电流较大，可能烧坏晶体管，而高阻档内部配有高电动势（9伏、12伏或15伏）的电池，高电压可能使晶体管击穿。

总之，进行某一测量时，必须事先综合考虑以上情况选择正确的测量方法和测量仪器，否则，得出的数据可能是错误的，或产生不容许的测量误差，也可能损坏被测的元器件，损坏测量仪器、仪表。 3．电磁测量仪器

一般地讲，凡是利用电子技术对各种信息进行测量的设备，统称为电子测量仪器，其中包括各种指示仪器（如电表），比较式仪器，记录式仪器，以及各种传感器。从电磁测量角度说，利用各种电子技术对电磁学领域中的各种电磁量进行测量的设备及配件称为电磁测量仪器。电磁测量仪器的种类很多，而且随着新材料、新器件、新技术的不断发展，仪器的门类愈来愈多，而且趋向多功能、集成化、数字化、自动化、智能化发展。 电磁测量仪器有多种分类方法： （1）按仪器的测量方法分

1）直读式仪器：指预先用标准量器作比较而分度的能够指示被测量值的大小和单位的仪器，如各类指针式仪表。

2）比较式仪器：是一种被测之量与标准器相比较而确定被测之量的大小和单位的仪器，如各类电桥和电位差计。 （2）按仪器的工作原理分

1）、模拟式电子仪器：指具有连续特性并与同类模拟量相比较的仪器。

14

2）、数字式电子仪器：指通过模拟数字转换，把具有连续性的被测的量变成离散的数字量，再显示其结果的仪器。

（3）按仪器的功能分

这是人们习惯使用的分类方法。例如显示波形的有各类示波器、逻辑分析仪等；指示

标度游丝 零点调整4 6 8 1－ 接线 ＋ 2 0 位调 零 节 零位调节旋钮 表针锁扣 指极永久线圈 图 1 短路按钮 0 短电电计按钮 图 2 电平的有指示电压电平的各类电表（包括模拟式和数字式）、指示功率电平的功率计和数字电平表等；分析信号的有电子计数式频率计、失真度仪、频谱分析仪等；网络分析的有 扫频仪、网络分析仪等；参数检测的有各类电桥、Q表、晶体管图示仪、集成电路测试仪等；提供信号的有低频信号发生器、高频信号发生器、函数信号发生器、脉冲信号发生器等。

二、电磁学实验中常用仪器简单介绍

1、电源

实验室常用的电源有直流电源和交流电源。

常用的直流电源有直流稳压电源、干电池和蓄电池。直流稳压电源的内阻小，输出功率较大，电压稳定性好，而且输出电压连续可调，使用十分方便，它的主要指标是最大输出电压和最大输出电流，如DH1718C型直流稳压电源最大输出电压为30V，最大输出电流为5A。干电池的电动势约为1.5V左右，使用时间长了，电动势下降得很快，而且内阻也要增大。铅蓄电池的电动势约为2V左右，输出电压比较稳定，储藏的电能也比较大，但需经常充电，比较麻烦。

交流电源一般使用50Hz的单相或三相交流电。市电每相220V，如需用高于或低于220V的单相交流电压，可使用变压器将电压升高或降低。

不论使用哪种电源，都要注意安全，千万不要接错，而且切忌电源两端短接。使用时注意不得超过电源的额定输出功率，对直流电源要注意极性的正负，常用“红”端表示正

15

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库普物实验参考教材(3)在线全文阅读。