普物实验参考教材(4)

极，“黑”端表示负极，对交流电源要注意区分相线、零线和地线。

２、电表

电表的种类很多，在电学实验中，以磁电式电表应用最广，实验室常用的是便携式电表。磁电式电表具有灵敏度高，刻度均匀，便于读数等优点，适合于直流电路的测量，其结构可以简单地用图 1表示，永久磁铁的两个极上连着带圆孔的极掌，极掌之间装有圆柱形软铁制的铁芯，极掌和铁芯之间的空隙磁场很强，磁力线以圆柱的轴线为中心呈均匀辐射状。在圆柱形铁芯和极掌间空隙处放有长方形线圈，两端固定了转轴和指针，当线圈中有电流通过时，它将因为受电磁力矩而偏转，同时固定在转轴上的游丝产生反方向的扭力矩。当两者达到平衡时，线圈停在某一位置，偏转角的大小与通入线圈的电流成正比，电流方向不同，线圈的偏转方向也不同。下面具体介绍几种磁电式电表（电表面板符号见附录）。

（1）、灵敏电流计

灵敏电流计的特征是指针零点在刻度中央，便于检测不同方向的直流电。灵敏电流计常用在电桥和电位差计的电路中作平衡指示器，即检测电路中有无电流，故又称检流计。

检流计的主要规格是：

1）电流计常数：即偏转一小格代表的电流值。AC—5/2型的指针检流计一般约为10

－6

安／小格。

2）内阻：AC—5/2型检流计内阻一般不大于50欧姆。 AC—5/2型检流计的面板如图2所示，使用方法如下：

表针锁扣打向红点（左边）时，由于机械作用锁住表针，打向白点（右边）时指针可

以偏转。检流计使用完毕后，锁扣应打向红点。零位调节旋钮应在检流计使用前调节使表针在零线上。锁扣打向红点时，不能调节零位调节旋钮，以免损坏表头，把接线柱接入检流电路，按下电计按钮并旋转此按钮（相当于检流计的开关），检流电路接通。短路按钮实际上是一个阻尼开关，使用过程中，可待表针摆到零位附近按下此按钮，尔后松开，这样可以减少表针来回摆动的时间。 （2）、直流电压表

直流电压表是用来测量直流电路中两点之间电压的。根据电压大小的不同，可分为毫伏表（mV）和伏特表（V）等。电压表是将表头串联一个适当大的降压电阻而构成的，如图3所示，它的主要规格是：

1）量程：即指针偏转满度时的电压值。例如伏特表量程为0—7.5V—15V—30V，表示该表有三个量程，第一个量程在加上7.5伏电压时偏转满度，第二、三个量程在加上15

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伏、30伏电压时偏转满度。

2）内阻：即电表两端的电阻，同一伏特表不同量程内阻不同。例如0—7.5V—15V—30V伏特表，它的三个量程内阻分别为1500Ω，3000Ω，6000Ω，但因为各量程的每伏欧姆数都是200Ω／V，所以伏特表内阻一般用Ω／V统一表示，可用下式计算某量程的内阻。

RG G Rs 图 3 图 4 内阻＝量程×每伏欧姆数

（3）、直流电流表

直流电流表是用来测量直流电路中的电流的。根据电流大小的不同，可分为安培表（A）、毫安表（mA）和微安表（μA），电流表是在表头的两端并联一个适当的分流电阻而构成的，如图4所示。它的主要规格是：

1）量程：即指针偏转满度时的电流值，安培表和毫安表一般都是多量程的。 2）内阻：一般安培表的内阻在0.1Ω以下。毫安表、微安表的内阻可从100—200Ω到1000—2000Ω。

（4）、使用直流电流表和电压表应注意

1）电表的连接及正负极：直流电流表应串联在待测电路中，并且必须使电流从电流表的“＋”极流入，从“－”极流出。直流电压表应并联在待测电路中，并应使电压表的“＋”极接高电位端，“－”极接低电位端。

2）电表的零点调节：使用电表之前，应先检查电表的指针是否指零，如不指零，应小心调节电表面板上的零点调节螺丝，使指针指零。

3）电表的量程：实验时应根据被测电流或电压的大小，选择合适的量程。如果量程选得太大，则指针偏转太小，会使测量误差太大。量程选得太小，则过大的电流或电压会使电表损坏。在不知道测量值范围的情况下，应先试用最大量程，根据指针偏转的情况再改用合适的量程。

4）视差问题：读数时应使视线垂直于电表的刻度盘，以免产生视差。级别较高的电表，在刻度线旁边装有平面反射镜。读数时，应使指针和它在平面镜中的象相重合。 （5）电表误差

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1）测量误差

电表测量产生的误差主要有两类：

仪器误差：由于电表结构和制作上的不完善所引起，例如轴承摩擦，分度不准，刻度尺划的不精密，游丝的变质等原因的影响，使得电表的指示与其值有误差。

附加误差：这是由于外界因素的变动对仪表读数产生影响而造成的。外界因素指的是温度、电场、磁场等。

当电表在正常情况下（符合仪表说明书上所要求的工作条件）运用时，不会有附加误差，因而测量误差可只考虑仪器误差。

2）电表的测量误差与电表等级的关系

各种电表根据仪器误差的大小共分为七个等级，即0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0。根据仪表的级数可以确定电表的测量误差。例如0.5级的电表表明其相对额定误差为0.5%。它们之间的关系可表示如下：

相对额定误差?绝对误差

表的量程 仪器误差＝量程×仪表等级%

例如：用量程为15伏的伏特表测量时，表上指针的示数为7.28伏，若表的等级为0.5 级，读数结果应如何表示？

仪器误差?V仪?量程?表的等级%?15?0.%5?7.5%?0.0伏8()(误差取一位)

相对误差?V?0.08?1%

V7.28由于用镜面读数较准确，可忽略读数误差，因此绝对误差只用仪器误差。读数结果为：V＝（7.28±0.08）伏

3）根据电表的绝对误差确定有效数字

例如，用量程为15伏，0.5级的伏特表测量电压时，应读几位有效数字？ 根据电表的等级数和所用量程可求出：

ΔV＝15×0.5%＝0.08（伏）

故读数值时只需读到小数点后两位，以下位数的数值按数据的舍入规则处理。 (6)、数字电表

数字电表是一种新型的电测仪表，在测量原理、仪器结构和操作方法上都与指针式电表不同，数字电表具有准确度高、灵敏度高、测量速度快的优点。

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数字电压表和电流表的主要规格是：量程、内阻和精确度。数字电压表内阻很高，一般在MΩ以上，要注意的是其内阻不能用统一的每伏欧姆数表示，说明书上会标明各量程的内阻。数字电流表具有内阻低的特点。

下面着重介绍数字电表的误差表示方法以及在测量时如何选用数字电表的量程。 数字电压表常用的误差表示方法是

Δ＝±（A%VX＋b%Vm）

式中Δ为绝对误差值，VX为测量指示值，Vm为满度值，A为误差的相对项系数，b为误差的固定项系数。

从上式可以看出数字电压表的绝对误差分为两部分，式中第一项为可变误差部分；式中第二项为固定误差部分，与被测值无关。

由上式还可得到测量值的相对误差r为 r????(a%?b%Vm)

VXVX此式说明满量程时r最小，随着VX的减小r逐渐增大，当VX略大于0.1Vm时，r最大。当VX≤0.1Vm时，应该换下一个量程使用，这是因为数字电压表量程是10进位的。

例如，一个数字电压表在2.0000V量程时，若A＝0.02，b＝0.01，其绝对误差为 Δ＝±（0.02%VX＋0.01%Vm） 当VX＝0.1Vm＝0.2000V时相对误差为

r＝±（0.02%＋10×0.01%）＝±0.12%

而满度时r值只有±0.03%。所以，在使用数字电压表时，应选合适的量程，使其略大于被测量，以减小测量值的相对误差。

3、电阻

实验室常用的电阻除了有固定阻值的定值电阻以外，还有电阻值可变的电阻，主要有电阻箱和滑线变阻器。 （1）电阻箱

电阻箱外形如图5（b）所示，它的内部有一套用锰铜线绕成的标准电阻，按图5（a）联接。旋转电阻箱上的旋钮，可以得到不同的电阻值。在图5（b）中，每个旋钮的边缘都标有数字0、1、2、? 9，各旋钮下方的面板上刻×0.1、×1、×10、?、 ×10000的字样，称为倍率。当每个旋钮上的数字旋到对准其所示倍率时，用倍率乘上旋钮上的数值并相加，即为实际使用的电阻值。如图4－0－5所示的电阻值为：

R＝8×10000＋7×1000＋6×100＋5×10＋4×1＋3×0.1＝87654.3（Ω）

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电阻箱的规格是：

1）总电阻：即最大电阻，如图5所示的电阻箱总电阻为99999.9Ω。

2）额定功率：指电阻箱每个电阻的功率额定值，一般电阻箱的额定功率为0.25W，可以由它计算额定电流，例如用100Ω档的电阻时，允许的电流

I?W?R0.25?0.05A，各档容许通过的电流值，列表如下 100

图 5（b） 99999.9Ω 5 6 4 3 2 1 0 8 7 6 5 9 40 1 2 3 8 7 6 5 9 40 1 2 3 8 7 6 5 9 40 1 2 3 8 7 6 5 9 40 1 2 3 ×10000 8 7 6 5 9 40 1 2 3 8 7 6 5 9 40 1 2 3 旋钮倍率 容许负载电流(安) 99999.9Ω ×0.1 1.5 ×1 0.5 9.9Ω ×10 0.15 0.9Ω ×100 0.05 ×1000 ×10000 0.015 0 0.005 ×1000 ×100 ×10 ×1 图 5（a） 9.9Ω 3 2 1 4 0 5 9 6 7 8 ×1000 1 2 0 9 8 7 6 0.9Ω ×0.1 7 8 9 9 3 8 4 5 6 7 ×100 6 0 5 1 2 3 4 ×0.1 9 8 7 2 1 0 0 ×10000 1 0 9 2 8 3 4 5 6 ×10 3 4 5 ×1

3）电阻箱的等级：电阻箱根据其误差的大小分为若干个准确等级，一般分为0.02，0.05，0.1，0.2等，它表示电阻值相对误差的百分数。例如0.1级，当电阻为87654.3Ω时，其误差为87654.3×0.1％≈87.7Ω。示电阻值相对误差的百分数。电阻箱面板上方有0，0.9Ω，9.9Ω，9999.9Ω四个接线柱，0分别与其余三个接线柱构成所使用的电阻箱的三种不同调

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