实验二减小仪表测量误差的方法 一、实验目的 1.进一步了解电压表、电流表的内阳在测量过程中产生的误差及其分析方法 2.掌握减小因仪表内阻所引起的测量误差的方法。 二、原理说明 减小因仪表内阻而产生的测量误差的方法有以下两种： 1.不同量限两次测量计算法 当电压表的灵敏度不够高或电流表的 内阻太大时，可利用多量限仪表对同一被 测量用不同量限进行两次测量，用所得读 数经计算后可得到较淮确的结果。 如图2-1所示电路，欲测量具有较大 内阻R,的电动势Us的开路电压Uo时，如 果所用电压表的内阻R与R相差不大时 将会产生很大的测量误差 图2-1 设电压表有两档量限，U1、U2分别为在这两个不同量限下测得的电压值，令R!和 R2分别为这两个相应量限的内阻，则由图2-1可得出 Rv Rv2 U XUs U2= _XUs Ro+Rvt Ro十R 由以上两式可解得Us和Ro。其中Us(即U。)为： UjU2(Rv2-Rv) U UjRv2-U2Rv1 由此式可知，当电源内阻R。与电压表的内阻R,相差不大时，通过上述的两次测量结 果，即可计算出开路电压U。的大小，且其准确度要比单次测量好得多。 对于电流表，当其内阻较大时，也可用 类似的方法测得较准确的结果。如图2-2所示 电路，不接入电流表时的电流为1= R 接入内阻为R的电流表A时，电路中的电 Us 流变为= R+RA 如果RA=R,则=I/2,出现很大的误差。 图2.2 如果用有不同内阻RI~R2的两档量限的电流表作两次测量并经简单的计算就可得到 较准确的电流值。 按图2-2电路，两次测量得 6
Us 12= R十RAI R+RA2 Us Iil2(RAI-RA2) 由以上两式可解得Us和R,进而可得： R IRAI-I2RA2 2.同一量限两次测量计算法 如果电压表（或电流表）只有一档量限，且电压表的内阻较小（或电流表的内阻较大） 时，可用同一量限两次测量法减小测量误差。其中，第一次测量与一般的测量并无两样。 第二次测量时必须在电路中串入一个己知阻值的附加电阻。 (1)电压测量一测量如图2-3所示电路的开路电压U。 设电压表的内阻为R。第一次测量，电压表的读数为U。第二次测量时应与电压表 串接一个已知阻值的电阻器R,电压表读 数为U2。由图可知 R,Us RUs U= U2= R十R Ro+R+R 由以上两式可解得Us和R,其中Us(即U)为： Us=U。= 图2-3 R,U1-U2) (2)电流测量- —测量如图2-4所示电路的电流1 设电流表的内阻为R。第一次测量电 流表的读数为1。第二次测量时应与电流 表串接一个已知阻值的电阻器R,电流表 读数为2。由图可知 Us Us 12= R。+R R,十RA十R 由以上两式可解得Us和R,从而可得： Us II2R I=- 图2-4 RI(RA十R)-IRA 由以上分析可知，当所用仪表的内阻与被测线路的电阻相差不大时，采用多量限仪表 不同量限两次测量法或单量限仪表两次测量法，再通过计算就可得到比单次测量准确得多 的结果。 三、实验设备 序号 名 称 型号与规格 数量 备注 1 直流稳压电源 0-30V 1 DG04 2 指针式万用表 MF.47或其他 自备 >
3 直流数字毫安表 0-200mA 1 D31 4 可调电阻箱 0-9999.99 1 DG09 5 电阻器 按需选择 DG09 四、实验内容 1.双量限电压表两次测量法 按图2-3电路，实验中利用实验台上或DG04挂箱的一路直流稳压电源，取Us=2.5V, R。选用50KQ(取自电阻箱)。用指针式万用表的直流电压2.5V和10V两档量限进行两次 测量，最后算出开路电压U。之值。 万用表电 两个量 电路计两次侧重U的相对 U'o的相对误差 内阻值 限的测 算值U。 计算值 压量限 误差值 (V) 量值U (KQ) (V) (V) () (%) 2.5 10 R25V和R1ov参照实验一的结果 2.单量限电压表两次测量法 实验线路同上。先用上述万用表直流电压2.5V量限档直接测量，得U1。然后串接R =10KQ的附加电阻器再一次测量，得U2。计算开路电压U'。之值。 U1的相 实际计算值 两次测量值 测量计算值 对误差 U'的相对误差 U I (V) (V) () (%) 3.双量限电流表两次测量法 按图2-2线路进行实验，Us=0.3V,R=3002(取自电阻箱)，用万用表0.5mA和5mA 两档电流量限进行两次测量，计算出电路的电流值「。 由路计管 万用表电 内阻值 两次测量的相对 流量限 品估 值 的相对误差 (0) (mA (mA (mA) () (%) 0.5mA 5mA Ro.smA和R5mA参照实验一的结果 4.单量限电流表两次测量法 实验线路同3。先用万用表0.5mA电流量限直接测量，得11。再串联附加电阻R=302 进行第二次测量，得2。求出电路中的实际电流之值
实际计算值 两次测量值 测量计算值 1的相对误差的相对误差 (mA) (mA) (mA) (mA) () () 五、实验注意事项 1.同实验 2.采用不同量限两次测量法时，应选用相邻的两个量限，且被测值应接近于低量限的 满偏值。否则，当用高量限测量较低的被测值时，测量误差会较大。 3.实验中所用的MF47型万用表属于较精确的仪表。在大多数情况下，直接测量误差 不会太大。只有当被测电压源的内阻>1/5电压表内阻或者被测电流源内阻<5倍电流表内 阻时，采用本实验的测量、计算法才能得到较满意的结果。 六、思考题 1.完成各项实验内容的计算 2.实验的收获与体会 3.其他
实验三电路元件伏安特性的测绘 一、实验目的 1.学会识别常用电路元件的方法， 2.掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的测绘。 3.掌握实验台上直流电工仪表和设备的使用方法。 二、原理说明 任何一个二端元件的特性可用该元件上的端电压U与通过该元件的电流【之间的函 数关系I=U来表示，即用U平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为该元件的伏安 特性曲线。 1.线性电阻器的伏安特性曲线是一条 通过坐标原点的直线，如图41中a所示， 该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。 2.一般的白炽灯在工作时灯丝处于 高温状态，其灯丝电阻随着温度的升高 -30-20 10 U(V) 而增大，通过白炽灯的电流越大，其温度 越高，阻值也越大，一般灯泡的“冷电阻” 与“热电阻”的阻值可相差几倍至十几倍， 所以它的伏安特性如图41中b曲线所示。 3.一般的半导体二极管是一个非线性 电阻元件，其伏安特性如图41中c所示。 图4-1 正向压降很小（一般的锗管约为0.2~0.3V, 硅管约为0.5一0.7V),正向电流随正向压降的升高而急骤上升，而反向电压从零一直增加 到十多至几十伏时，其反向电流增加很小，粗略地可视为零。可见，二极管具有单向导电 性，但反向电压加得过高，超过管子的极限值，则会导致管子击穿损坏。 4.稳压二极管是一种特殊的半导体二极管，其正向特性与普通二极管类似，但其反向 特性较特别，如图41中所示。在反向电压开始增加时，其反向电流几乎为零，但当电 压增加到某一数值时（称为管子的稳压值，有各种不同稳压值的稳压管）电流将突然增加， 以后它的端电压将基本维持恒定，当外加的反向电压继续升高时其端电压仅有少量增加 注意：流过二极管或稳压二极管的电流不能超过管子的极限值，否则管子会被烧坏。 三、实验设备 10