《电路分析实验》 信阳师范学院 物理电子工程学院 马建忠
实验一基本电工仪表的使用及测量误差的计算 一、实验目的 1.熟悉实验台上各类电源及各类测量仪表的布局和使用方法， 2.掌握指针式电压表、电流表内阻的测量方法。 3.熟悉电工仪表测量误差的计算方法。 二、原理说明 1,为了准确地测量电路中实际的电压和电流，必须保证仪表接入电路后不会改变被测 电路的工作状态。这就要求电压表的内阻为无穷大：电流表的内阻为零。而实际使用的指 针式电工仪表都不能满足上述要求。因此，当测量仪表一旦接入电路，就会改变电路原有 的工作状态，这就导致仪表的读数值与电路原有的实际值之间出现误差。误差的大小与仪 表本身内阻的大小密切相关。只要测出仪表的内阻，即可计算出由其产生的测量误差。以 下介绍几种侧量指针式仪表内阳的方法 R 2.用“分流法”测量电流表的内阻 A+I 如图1-1所示。A为被测内阻(R)的直流电流 表。测量时先断开开关S,调节电流源的输出电流】 R 使A表指针满偏转。然后合上开关S,并保持I值不 变，调节电阻箱RB的阻值，使电流表的指针指在1/2 满偏转位置，此时有 R I=Is=1/2 -D ,RA=RB∥R 可调电流源 R1为固定电阻器之值，RB可由电阻箱的刻度盘上读得。 图1-1 3.用分压法测量电压表的内阻。 如图1-2所示。V为被测内阻(R)的电压表 测量时先将开关S闭合，调节直流稳压电源的 输出电压，使电压表V的指针为满偏转。然后 断开开关S,调节Rg使电压表V的指示值减半 此时有：Rv=RB十R) 电压表的灵敏度为：S=RvwU(2V)。式 中U为电压表满偏时的电压值。 4.仪表内阻引起的测量误差（通常称之为方 可调稳压源 法误差，而仪表本身结构引起的误差称为仪表基 图1-2 本误差)的计算
(1)以图1-3所示电路为例，R上的电压为 URI= R+R2 ,若R=R则U一2U 现用一内阻为Rv的电压表来测量UR1值，当 RvR Rv与R并联后，RAB= 以此来替代 Rv十RI RvR1 Rv+Ri 上式中的R1,则得UR1= -U 图1-3 RvRi +R2 Ry+R RvR Rv+R 绝对误差为△U=UR-UR1=U(一 RyR R R+R,） Rv+R -RR2U 化简后得△U Rv(Ri+2RR2+R:)+RR2(R+R2) 若R=R2=Rv,则得△U= 6 相对误差△U%= Uz-UR!x100%= U/6 X100%=-33.3% Up /2 由此可见，当电压表的内阻与被则电路的电阻相近时，测量的误差是非常大的。 (2)伏安法测量电阻的原理为：测出流过被测电阻Rx的电流R及其两端的电压降 UR,则其阻值R-UR。实际测量时，有两种测量线路，即：相对于电源而言，①电流表 A(内阻为RA)接在电压表V(内阻为Rv)的内侧：②A接在V的外测。两种线路见图 1-4(a)、(h)。 由线路(a)可知，只有当Rx<<Ry时，Rv的分流作用才可忽略不计，A的读数接 近于实际流过Rx的电流值。图()的接法称为电流表的内接法。 由线路b)可知，只有当Rx>>R时，R的分压作用才可忽略不计，V的读数接近于 Rx两端的电压值。图(b)的接法称为电流表的外接法。 实际应用时，应根据不同情况选用合适的测量线路，才能获得较准确的测量结果。以 下举一实例。 在图1-4中，设：U=20V,RA=1002,Rv20K2。假定Rx的实际值为10KQ 如果采用线路(a)测量，经计算，A、V的读数分别为2.96mA和19.73V,故 Rx=19.73÷2.96-6.667K2), 相对误差为：(6.667-10)÷10×100=一33.3(%)
如果采用线路(b)测量，经计算，A、V的读数分别为1.98mA和20V,故 Rx=20÷1.98=10.1(K2),相对误差为：(10.1-10)÷10×100=1(%) (a) (6) 图1-4 三、实验设备 序号 名称 型号与规格 数量 备注 1 可调直流稳压电源 0-30V 二路 DG04 2 可调恒流源 0-500mA 1 DG04 指针式万用表 MF-47或其他 自备 4 可调电阻箱 0-9999.92 1 DG09 电阻器 按需选择 DG09 四、实验内容 1.根据“分流法”原理测定指针式万用表(MF-47型或其他型号)直流电流0.5mA 和5mA档量限的内阻。线路如图1-1所示。RB可选用DG09中的电阻箱（下同）。 被测电流表量限 计内 0.5mA 5 mA 2.根据“分压法”原理按图1-2接线，测定指针式万用表直流电压2.5V和10V档量 限的内阻。 被测电压表 S闭合时表买S新开时表读 R 计算内阻Rv 量限 数(V) 数(V) (K2) (Ω/V) 2.5V 10V 3.用指针式万用表直流电压10V档量程测量图1-3电路中R1上的电压U”R1之值，并 计算测量的绝对误差与相对误差
U R2 R (V 12V10K2 五、实验注意事项 1.在开启DG04挂箱的电源开关前，应将两路电压源的输出调节旋钮调至最小（逆时 针旋到底)，并将恒流源的输出粗调旋钮拨到24档，输出细调旋钮应调至最小。接通电 源后，再根据需要缓慢调节。 2.当恒流源输出端接有负载时，如果需要将其粗调旋钮由低档位向高档位切换时，必 须先将其细调旋钮调至最小。否则输出电流会突增，可能会损坏外接器件。 3.电压表应与被测电路并接，电流表应与被测电路串接，并且都要注意正、负极性 与量程的合理选择。 4.实验内容1、2中，R1的取值应与RB相近。 5.本实验仅测试指针式仪表的内阻。由于所选指针表的型号不同，本实验中所列的电 流、电压量程及选用的RB、R,等均会不同。实验时应按选定的表型自行确定 六、思考题 1.根据实验内容1和2，若已求出0.5mA档和2.5V档的内阻，可否直接计算得出5mA 档和10V档的内阻？ 2.用量程为10A的电流表测实际值为8A的电流时，实际读数为81A,求测量的绝 对误差和相对误差。 七、实验报告 L.列表记录实验数据，并计算各被测仪表的内阻值。 2.分析实验结果，总结应用场合 3.对思考题的计算。 4.其他（包括实验的心得、体会及意见等）