CN107037391A - 新型多功能电表改装与校准实验仪 - Google Patents

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冯中营
韦仙
刘晓菲
李淑青
王爱国
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Abstract

本发明公开了一新型多功能电表改装与校准实验仪，所述底座上安装有指针式标准电流表、指针式微安表、指针式标准电压表、数字欧姆表、数字电压表、数字电流表、高阻值精密电位器、低阻值精密电位器、一个用于分压或者限流的高阻值电位器、一个用于限流的低阻值电位器220V交流电开关、开关和二极管，所述底座内安装有一稳压直流电源，所述稳压直流电源下方设有一电源电压调节旋钮。本发明只拥有一个较小量程的表头的情况下展开，通过给表头串并联不同阻值的电阻以达到扩大量程的目的；在实验中通过串联分压，并联分流的方式进行，更直观的让学生认识掌握电流表与电压表及欧姆表的改装原理和过程。

Description

新型多功能电表改装与校准实验仪
技术领域
本发明涉及物理器械领域，具体涉及一种新型多功能电表改装与校准实验仪。
背景技术
传统的电表改装与校准实验仪采用步进式电阻箱作为在微安表表头串联(改装为电压表)或者并联(改装为电流表)的电阻；采用数字显示电压表与电流表作为校准标准表，不利用学生直观认识，且仅仅能做电表改装与校准实验，功能单一。改装毫安表为欧姆表用来测量电阻大小的电表称为欧姆表。根据调零方式的不同，可分为串联分压式和并联分流式两种，一般需要另配数字万用表校准欧姆表。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种新型多功能电表改装与校准实验仪。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
新型多功能电表改装与校准实验仪，所述底座上安装有指针式标准电流表、指针式微安表、指针式标准电压表、数字欧姆表、数字电压表、数字电流表、高阻值精密电位器、低阻值精密电位器，一个用于分压或者限流的高阻值电位器、一个用于限流的低阻值电位器、220V交流电开关、开关和二极管，所述底座内安装有一稳压直流电源，所述稳压直流电源下方设有一电源电压调节旋钮，所述稳压直流电源通过变压器有两路输出，一路用于提供5V直流输出电压给数字欧姆表、数字电压表、数字电流表提供工作电压，该电路位于底座内，另一路用于提供实验电路电源，并可通过电源电压调节旋钮调节输出电压。
作为优选，所述底座上设有一控制实验电路通断电的开关。
作为优选，所述底座设有一220V交流电开关，打开则变压器开始工作，三个数字表亮，同时直流电源有电压。
作为优选，所述底座上设有分别与指针式标准电流表、指针式微安表、指针式标准电压表、两个精密分压电位器、数字欧姆表、数字电压表、数字电流表、高阻值精密电位器、低阻值精密电位器、用于分压或者限流的高阻值电位器、用于限流的低阻值电位器、开关、二极管、稳压直流电源相连的接线柱。
本发明具有以下有益效果：
只拥有一个较小量程的表头的情况下展开，通过给表头串并联不同阻值的电阻以达到扩大量程的目的；在实验中通过串联分压，并联分流的方式进行，更直观的让学生认识掌握电流表与电压表及欧姆表的改装原理和过程。
附图说明
图1为本发明实施例新型多功能电表改装与校准实验仪的结构示意图。
图2为本发明实施例1中的电路图连接线路。
图3为本发明实施例2中的电路图连接线路。
图4为本发明实施例3中的扩展量程后的电流表原理图。
图5为本发明实施例4中微安表改装为电压表图。
图6为本发明实施例5中串联分压式欧姆表原理图。
图7为本发明实施例5中并联分流式欧姆表原理图。
图8为本发明实施例6中的直流单臂电桥原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种新型多功能电表改装与校准实验仪，所述底座1上安装有指针式标准电流表2、指针式微安表3、指针式标准电压表4、数字欧姆表5、数字电压表12、数字电流表11、高阻值精密电位器7、低阻值精密电位器13、一个用于分压或者限流的高阻值电位器14、一个用于限流的低阻值电位器6、220V交流电开关15、开关16和二极管8，所述底座1内安装有一稳压直流电源9，所述稳压直流电源9下方设有一电源电压调节旋钮10，所述稳压直流电源9通过变压器有两路输出，一路用于提供5V直流输出电压给数字欧姆表5、数字电压表12、数字电流表11提供工作电压，该电路位于底座内，另一路用于提供实验电路电源，并可通过电源电压调节旋钮调节输出电压。
所述底座1上设有一控制实验电路通断电的开关16。
所述底座1设有一220V交流电开关15，打开则变压器开始工作，三个数字表亮，同时直流电源9有电压。
所述底座上设有分别与指针式标准电流表、指针式微安表、指针式标准电压表、数字欧姆表、数字电压表、数字电流表、高阻值精密电位器、低阻值精密电位器、用于分压或者限流的高阻值电位器、用于限流的低阻值电位器、二极管、开关、稳压直流电源相连的接线柱。
本具体实施采用高阻值精密电位器7、低阻值精密电位器13并采用数字显示方式显示其阻值，采用与微安表表头一致的指针式表头进行校准，同时可采用数显表显示电压或者电流并对改装表进行校准，采用数显欧姆表对改装的欧姆表进行校准。本具体实施中的指针式电压表、电流表、微安表、数字电压表、数字电流表、数字欧姆表、开关、稳压直流电源均可以独立使用，高阻值精密电位器14可以独立用作传统滑动变阻器的分压接法及限流接法使用，低阻值电位器6可以独立用作传统滑动变阻器的限流接法使用，且本具体实施可搭配不同种类二极管，做二极管的非线性伏安特性测量实验。采用±300微安量程的指针式微安表头时，本具体实施可以做用直流单臂电桥测电阻实验。
本具体实施相比于其他使用电阻箱的实验仪，电位器能够连续的改变电阻，而电阻箱则是分级调节，使用电位器不仅是实验误差减小，并且以更低的成本完成了此实验，使中学生能够更加深刻认识了解电表改装的过程，并且达到了“对症下药”。
实施例1
测量稳压二极管的正向伏安特性曲线
①线路分析及元件参数的计算：
二极管的正向压降一般为1V左右，电压变化范围较小，故应选择限流线路。而限流线路需要计算限流电阻的全电阻；
2CW1稳压二极管的正向电流为50mA，正向电阻设为R0＝40Ω，若特性曲线从1mA作起，则最小电流Imin＝1mA。
根据则
E＝Imax·R0＝50mA×40Ω＝2V
调整稳压电源电压调节旋钮(10)调节稳压电源电压输出调整为2V(调节时接数显电压表(12)或者指针式电压表(4)显示电源输出电压)。
根据则R＝2000Ω-40Ω＝1960Ω；
限流电阻R应选用1960Ω，用实验装置中可用于分压或者限流的2000Ω精密电位器(14)可满足要求。
②测绘正向伏安特性曲线
按图2所示的电路图连接线路。合上实验仪的开关(16)K调节实验仪的精密电位器(14)的R值，电流每变化1mA，记录相应的实验仪的指针式电流表(2)或者数显电流表(11)显示的电流值、及实验仪的指针式电压表(4)或者数显电压表(12)显示的电压值，并将数据标于坐标纸上，做出正向伏安特性曲线。在曲线变化较大的地方尽可能多测几组数据，以便更准确地描绘曲线。
实施例2
测量稳压二极管的反向伏安特性曲线
由于2CW1管的额定电压(反向击穿电压)为7V左右，反向电阻甚大R反＞10MΩ，故采用分压线路。为观察反向电流在7V附近的变化，应在分压线路上接入实验仪的低阻值精密电位器(6)作为限流电阻R1用于细调。实验仪的稳压电源电压输出选择为8～10V(调节时接数显电压表(12)或者指针式电压表(4)显示电源输出电压)。
按图3所示的电路图连接线路。将实验仪的低阻值精密电位器(6)R1调至阻值最大位置，调节实验仪的高阻值精密分压电位器(14)R，使接入二极管电路的分电压为零。合上实验仪的开关(16)K，调节实验仪的高阻值精密分压电位器(14)R，使实验仪的(8)二极管反向电压由小到大，观察实验室的指针式电流表(2)或者数显电流表(11)的电流变化，当电流表有指示时，记录下指针式电流表(2)或者数显电流表(11)显示的电流和指针式电压表(4)或者数显电压表(12)显示的电压值，再调节实验仪的高阻值精密分压电位器(14)R使电压每变化0.1V，记录相应的指针式电流表(2)或者数显电流表(11)显示的电流、指针式电压表(4)或者数显电压表(12)显示的电压值。当电流达到10mA时，高阻值精密分压电位器(14)R的调节就比较困难了，改用实验仪的低阻值精密电位器(6)R1调节，直至25mA。将数据标于坐标纸上，做出反向伏安特性曲线。
实施例3
微安表改装为大量程电流表
根据电阻并联规律可知，如果在表头两端并联上一个阻值适当的实验仪的(7)高阻值精密电位器R2+实验仪的(13)低阻值精密电位器R3，如下图所示，可使表头不能承受的那部分电流从R2+R3上分流通过(也可仅仅使用其中任意一个电位器)。这种由表头和并联电阻R2+R3组成的整体就是改装后的电流表。如需将量程扩大n倍，则不难得出R2+R3＝Rg/(n-1)。
图4为微安表改装为电流表原理图。用电流表测量电流时，电流表应串联在被测电路中，所以要求电流表应有较小的内阻。另外，在表头上并联阻值不同的分流电阻，便可制成多量程的电流表。
实施例4
微安表改装为电压表
一般表头能承受的电压很小，不能用来测量较大的电压。为了测量较大的电压，可以给表头串联一个阻值适当的实验仪的(7)高阻值精密电位器R2+实验仪的(13)低阻值精密电位器R3，如下图所示，使表头上不能承受的那部分电压降落在电阻R2+R3上。这种由表头和串联电阻R2+R3组成的整体就是电压表，串联的电阻R2+R3叫做扩程电阻。选取不同大小的R2+R3，就可以得到不同量程的电压表。由下图可求得扩程电阻值为：实际的扩展量程后的电压表原理见图5。
用电压表测电压时，电压表总是并联在被测电路上，为了不因并联电压表而改变电路中的工作状态，要求电压表应有较高的内阻。
实施例5
微安表改装为欧姆表
用来测量电阻大小的电表称为欧姆表。根据调零方式的不同，可分为串联分压式和并联分流式两种。其原理电路如图(a)、图(b)所示。主要练习串联分压式。
图6中E为实验仪的(9)直流稳压电源，实验仪的(5)高阻值精密电位器R为限流电阻，实验仪的(7)高阻值精密电位器R2+实验仪的(13)低阻值精密电位器R3为调“零”电位器，c、d两端接被测电阻Rx(测量时可以选实验仪的(6)低阻值精密电位器)。等效微安表头内阻为Rg。
欧姆表使用前先要调“零”点，即c、d两点短路，(相当于RX＝0)，调节实验仪的(7)高阻值精密电位器R2+实验仪的(13)低阻值精密电位器R3的阻值，使表头指针正好偏转到满度。可见，欧姆表的零点是就在表头标度尺的满刻度(即量限)处，与电流表和电压表的零点正好相反。
在图6中，当c、d端接入被测电阻Rx后，电路中的电流为
对于固定的表头和线路来说，Rg、R、R2+R3都是常量。由此可见，当电源端电压E保持不变时，被测电阻和电流值有一一对应的关系。即接入不同的电阻，表头就会有不同的偏转读数，Rx越大，电流I越小。短路c、d两端，即Rx＝0时，这时指针满偏。
当Rx＝Rg+R+R2+R3时，
这时指针在表头的中间位置，对应的阻值为中值电阻，显然R中＝Rg+R+R2+R3。
当Rx＝∞(相当于c、d开路)时，I＝0，即指针在表头的机械零位。
所以欧姆表的标度尺为反向刻度，且刻度是不均匀的，电阻R越大，刻度间隔愈密。如果表头的标度尺预先按已知电阻值刻度，就可以用电流表来直接测量电阻了。
欧姆表在使用过程中电池的端电压会有所改变，而表头的内阻Rg及限流电阻R为常量，故要求R要跟着E的变化而改变，以满足调“零”的要求，设计时用可调电源模拟电池电压的变化，范围取1.3～1.6V即可。
并联分流式欧姆表利用对表头分流来进行调零的，具体原理图为图7。图7中，实验仪的(7)高阻值精密电位器R2+实验仪的(13)低阻值精密电位器R3一起组成分流电阻(也可仅仅使用其中任意一个电位器)。学生可以选做该实验。
实施例6
用直流单臂电桥测电阻
直流单臂电桥又称惠斯通电桥，其基本原理如图8所示。图中实验仪的(9)高阻值精密电位器R1、实验仪的(7)高阻值精密电位器R2一般为固定电阻，用本实验仪实验时可以方便的调整，实验仪的(13)低阻值精密电位器Rs为可调电阻，它们与待测电阻实验仪的(6)低阻值精密电位器Rx连成一个四边形。每一边称为电桥的一个臂，在对角A和C之间接入实验仪的(9)直流稳压E。在对角B和D之间用实验仪的(3)指针式微安表G(需选用±300微安量程的指针式微安表头)搭桥连接。若调节实验仪的(13)低阻值精密电位器Rs使B点和D点电位相等，则实验仪的(3)指针式微安表G(需选用±300微安量程的指针式微安表头)中无电流通过，电桥处于平衡。此时有
I1R1＝I2R2
I1Rx＝I2Rs
两式相除得
通常称Rx为待测臂；Rs为比较臂；R1和R2为比例臂，比值R1/R2称为倍率。可见，在电桥平衡时，只要知道倍率和Rs的值，就可计算出待测电阻，利用实验仪的(5)数显欧姆表可以测得R1、R2及Rs的阻值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.新型多功能电表改装与校准实验仪，包括底座(1)，其特征在于，所述底座(1)上安装有指针式标准电流表(2)、指针式微安表(3)、指针式标准电压表(4)、数字欧姆表(5)、数字电压表(12)、数字电流表(11)、高阻值精密电位器(7)、低阻值精密电位器(13)，一个用于分压或者限流的高阻值电位器(14)、一个用于限流的低阻值电位器(6)、220V交流电开关(15)、开关(16)和二极管(8)，所述底座(1)内安装有一稳压直流电源(9)，所述稳压直流电源(9)下方设有一电源电压调节旋钮(10)，所述稳压直流电源(9)通过变压器有两路输出，一路用于提供5V直流输出电压给数字欧姆表(5)、数字电压表(12)、数字电流表(11)提供工作电压，另一路用于提供实验电路电源。
2.如权利要求1所述的新型多功能电表改装与校准实验仪，其特征在于，所述底座(1)上设有一控制实验电路通断电的开关(16)。
3.如权利要求1所述的新型多功能电表改装与校准实验仪，其特征在于，所述底座(1)设有一220V交流电开关(15)，打开则变压器开始工作，三个数字表亮，同时直流电源(9)有电压。
4.如权利要求1所述的新型多功能电表改装与校准实验仪，其特征在于，所述底座上设有分别与指针式标准电流表、指针式微安表、指针式标准电压表、数字欧姆表、数字电压表、数字电流表、高阻值精密电位器、低阻值精密电位器、用于分压或者限流的高阻值电位器、用于限流的低阻值电位器、开关、二极管、稳压直流电源相连的接线柱。
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