电流表改装的实验研究

李 义，李久会，敬晓丹，袁 泉



电流表改装的实验研究

李 义，李久会，敬晓丹，袁 泉

（辽宁工业大学 理学院，辽宁 锦州 121001）

分别采用半偏法、替代法、电桥法和满量程校准法将量程为200 A的电流表改装成量程为20 mA的电流表，并绘制校正曲线。校正结果显示4种方法得到的改装表准确度等级分别为1.0、0.2、0.1和0.02，可见满量程校准是更为准确的方法。

物理实验；电流表改装；准确度等级；满量程校准

电流表改装的准确程度主要由电流表内阻测量的准确程度决定[1]，实验中通常只采用一种方法对电流表的内阻进行测量，显然，单一方法对测量结果的准确与否不具说服力。测量电流表内阻的方法很多[2-4]，多种方法的采用不但可以了解更多测量电阻的方法，同时还可以通过方法的选择，提高微安表内阻测量的准确程度，从而提高改装表的准确度等级。本文主要采用半偏法[5]、替代法[6]、电桥法[7]和满量程校准的方法[8]改装电流表，校正结果验证了满量程校准方法的准确性。

1 实验内容

要将内阻为R，量程为I的微安表改装为量程扩大倍的电流表，只需要让微安表两端并联一个阻值适当的分流电阻R，这样就使被测电流大部分从分流电阻R上流过，而微安表仍保持原来允许通过的量程。微安表与R整体构成了要改装的电流表。根据欧姆定律可得R的阻值大小：

微安表扩大量程后还需要进行校正。校正的目的是给出改装表的示值误差，得到示值与相应的标准值相符的程度。在量程内均匀选取校正点，校正的结果得到电表在各个校正点的绝对误差。选取其中最大的绝对误差即为改装表的最大允许误差。最大允许误差DI除以电表的量程I，再加上标准表的准确度等级0，就可估算出改装表的准确度等级，若用表示改装表的准确度等级，则：

(2)

本实验采用WYK-303B2直流稳压稳流电源，以PA91b型直流数字微安表作为被改装表，以PA91b型直流数字毫安表作为标准表，将量程为200mA的微安表改装成为量程为2 mA的电流表。

2 实验数据的测量与分析

2.1 实验数据的测量

分别采用半偏法、替代法和电桥法测量微安表的内阻。为了使3种方法测得的结果具有可比性，3种方法中所用仪器精度均相同。半偏法、替代法和电桥法测得微安表内阻R的5次平均值分别为989.4、998.2、1 000.4W，由式(1)计算得出所需并联电阻的阻值分别为R1≈ 109.9W、R2≈ 110.9W、R3≈ 111.2W。分别用阻值为R1、R2和R3的电阻与微安表并联，实现电表改装。然后分别对这3种改装表进行逐点校准，记录改装表在2.000 ~ 0.1000 mA之间均匀变化（约每间隔0.2000 mA变化一次）时标准表电流的相应值，用标准表示数与改装表示数之差作为改装表的示值误差D。3种方法改装表的校正数据如表1~表3所示。

表1 半偏法改装表的校正数据 mA

表2 替代法改装表的校正数据 mA

表3 桥法改装表的校正数据 mA

2.2 实验数据分析

利用计算软件画出校正曲线，即-D曲线。由图1可以看出，由半偏法得到的改装表最不准确，与标准表的最大偏差达到了0.0198 mA，其准确度等级为1.0；而电桥法得到的改装表最为准确，与标准表的最大偏差只有0.0012 mA，其准确度等级达到了0.1；替代法得到的改装表准确度居中，与标准表的最大偏差为0.0036 mA，其准确度等级为0.2。可见，电桥法测得的微安表内阻最准确。虽然电桥法与半偏法和替代法相比要更准确，但该方法得到的改装表与标准表相比还存在较大差距，标准表的准确度等级为0.005。因此，尝试一种新的方法——满量程校准法。在电桥法的基础上，将标准表与改装表串联，通过调整滑动变阻器将标准表调至接近满量程1.9958mA，然后微调并联电阻，使得改装表的示数也同为1.9958mA，此时得到校准后的并联电阻阻值为R4= 111.1W。用该电阻改装的微安表的校正数据如表4所示。

图1 半偏法、替代法和电桥法改装表的校正曲线

表4 满量程校准法改装表的校正数据 mA

给出电桥法和满量程校准法改装表的校正曲线。如图2所示，可以很明显地看出在满量程校准下，改装表与标准表间的误差进一步减小，最大误差仅为0.0002 mA，准确度等级达到了0.02，已经非常接近标准表的准确度等级0.005。由此可见，满量程校准得到的并联电阻R进一步接近实际真值，该方法可以明显提高改装表的准确度等级。通过上述实验还能看出，满量程校准方法需要在已经获得较准确并联电阻基础上进行，通过进一步微调修正得到更准确的并联电阻，在实际应用当中不适合单独采用，否则修正过程是盲目的，很难进行。

图2 电桥法和满量程校准法改装表的校正曲线

3 结论

本实验针对半偏法、替代法、电桥法和满量程校准法改装电流表进行了系统的实验研究，结果表明，4种方法得到的改装表的准确度等级分别为1、0.2、0.1和0.02，其中，满量程校准法改装的微安表准确定等级最高，半偏法改装的微安表的准确度等级最低。满量程校准方法不适合单独使用，需结合一种改装电流表的方法，然后在其基础上对所需并联电阻进行满量程修正。

[1] 师文庆, 李永强, 黄存友. 电表改装实验的设计与校准方法[J]. 装备制造技术, 2010, (12): 154-155.

[2] 李涛, 陈世国. “桥式替代法”测电流表内阻的实验研究[J]. 贵州学院学报:自然科学版, 2013, 8(1): 69-72.

[3] 王淑艳, 栾中岳, 张耀文, 等. 直流电流表改装及实用电阻计算选取方法[J]. 科技资讯, 2011, (8): 149-150.

[4] 严俊. 电阻测量的八种方法[J]. 物理教学探究, 2006, 24(20): 20-23.

[5] 罗庆烜, 李明芬. 半偏法实验的几种改进方法[J]. 贵州教育学院学报, 2007, 18(4): 27-29.

[6] 张昆. 替代法测电阻[J]. 大学物理, 2002, 21(1): 40-40.

[7] 王素红, 侯德婷. 电桥法测电阻综述[J]. 大学物理实验, 1998, (3): 12-14.

[8] 李成龙, 刘振, 张杰. 多量程电表实验的改进[J]. 大学物理实验, 2007, 20(3): 54-55.

责任编校：孙 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

辽宁省教育厅教学改革研究项目(UPRP20160289)

李义(1977-)，男(满族)，辽宁锦州人，讲师，博士。