电表改装实验

PAGEPAGE2实验报告姓名：班级：组别：成绩：合作者：指导教师：实验日期：一、实验题目：改装电表二、实验目的：1、了解电表改装、校准原理和方法。2、学会工程技术应用中理论值与实际值的联系。3、学会标定电表等级。三、实验原理和线路：1、．测定待改装表的电阻Rg图1半偏法测待改装表内的电阻接线图图2扩大量程接线图图3扩大量程接线图用半偏法测定待改装表的电阻Rg如下图1，调节R图1半偏法测待改装表内的电阻接线图图2扩大量程接线图图3扩大量程接线图2、将量程为Ig,内阻为Rg的微安表的量程扩大为I＝10mA(图2)。首先计算分流电阻Rs=IgRg/(I-Ig)=Rg/(n-1),n=I/Ig为电流扩大倍数。其次校准分流电阻Rs,将校准表调到10mA，同时改装表应指向满刻度（这时可能需要改变分流电阻Rs），记下实际分流电阻，最后校准改装表的等级：分5段逐点校准，填入下表。“下行”指电表读数由高到低逐点进行校准，“上行”则相反。原电流表量程：Ig=____mA原电流表内阻：Rg=____Ω改装后量程：I=____mA理论分流电阻：Rs=_____Ω实际分流电阻：Rs’=_____Ω表5-19改装表理论读数/mA2.0004.0006.0008.00010.000标准表读数/mA下行（读数减少）上行（读数增加）平均ΔI=(I-I理论)/mA(3)将微安表改装成量程为U＝10V的电压表(图5-45)。首先计算分压电阻Rm：Rm＝（U/Ig）-Rg，U为改装后电压表量程。再校准分压电阻Rm：将标准表调到10.00V,同时改装表则调到满刻度（可改变分压电阻Rm），同时记下实际分压电阻：最后按下表校准改装表的等级。原电流表的量程：Ig=____mA原电流表内阻：Rg=_____Ω改装表量程：U=_____V理论分压电阻：图5-45改装电压表接线图Rm=_____Ω实际分压电阻：Rm’=______Ω改装表理论读数/V2.0004.0006.0008.00010.000标准表读数/V下行（读数减少）上行（读数增加）平均（3位小数）ΔU=(U-U理论)/V(4)将1mA量程的待改装电流表按下图改装为串连分压式欧姆表(图4)。图4改装为串连分压式欧姆表接线图取U＝1.5V，将Rx短路，调节Rw，使伏安表正好指1mA，这时，Rw＋R3+Rg=1500Ω。当Rx=1500时，毫安表读数为0.5mA，这一电阻称为“中值电阻”：R中＝Rw+R3+Rg=1500Ω。图4改装为串连分压式欧姆表接线图按下表给定的Rx值标定表面刻度：表Rx/Ω0100200300400500700100015002000300040007000I/mA可见，欧姆表的刻度是反向的：1mA处为0Ω；0mA处为∞Ω。以I为纵坐标，Rx为横坐标作I-Rx图并连成光滑曲线。将数据按要求处理后，用坐标纸画出ΔI－I校准曲线和ΔU－U校准曲线。并按下列公式确定改装表的等级：和当为0.5级，0.5<为1.0级，1.0<为1.5级，1.5<为2.0级….五．思考题：1．校准电流表时，若标准表的指针满刻度而改装表达不到，应怎样调节分流电阻使两表同时满刻度？电压表呢？2．如图，在量程分别为I1,I2,I3的三量程毫安表中，哪档量程电流最大？哪档量程最小？R2V3VR15V3．如右图，将内阻为50Ω，最大量程刻度为50mV的磁电式电压表窜联两个电阻RR2V3VR15V4．电流表中窜联适当的电阻即可用作电压表，试说明其理由。阅读材料智能式数字仪表的发展及应用在仪表行业迅猛发展的今天，数字式仪表显示直观，便于观察、无视差，具有测量精度高、稳定性好、功耗低、无磁场干扰、抗震性强等优点，这是动圈式指针仪表所不具有的.在数字式显示仪表中，采用了先进的CMOS大规模集成电路,A/D转换器等，完成了运算放大、非线性校正、温漂、零漂等关键性问题，A/D转换电路实现了模拟量与数字量之间的转换，从而使仪表达到了较高的技术指标.在仪表显示上，采用LED数字显示.在智能配电系统中，智能多功能仪表是系统的重要组成部分，使得配电系统的各个配电回路都具有智能化功能，并使得配电系统和计算机连接成智能配电系统，从而实现四遥(遥测、遥信、遥控、遥调)四集中(集中数据处理，集中监控、集中分析和集中调度)，提高输配电系统供电可靠性，这是我国变电所的发展方向。由新一代的车用计算机为核心组成的汽车运行控制与显示系统，是多种专业技术的集成与系统设计的成果，它将构成新一代车用自动化仪表。在空间已出现“穿梭”式航行的今天，地面区间的行车自控定将指日可待。主要参考书目[1]林抒，龚镇雄.普通物理实验[M].北京：高等教育出版社，1986,p214-p217.[2]杨述武.普通物理实验[M].北京:高等教育出版社，2004,p104-114.1、晶体二极管的导电特性晶体二极管无论加上正向电压或者反向电压，当电压小于一定数值时只能通过很小的电流，只有电压大于一定数值时，才有较大的电流出现，相应的电压可以称为导通电压。正向导通电压小（锗管约0.3V，硅管约0.5V）,反向导通电压（又称“击穿电压”，“耐压”）相差很大（几伏到几百伏）。当外加电压大于导通电压时，电流按指数规律迅速增大，此时，欧姆定律对二极管不成立。在这次实验中，就是要用伏安法测绘晶体二极管的正向、反向导电特性曲线。测量电路如下：图2图2二极管反向伏安特性测量线路mA限流电阻箱开始时处于5000Ω位电源约1V图1二极管正向伏安特性测量线路mA限流电阻箱开始时处于5000Ω位电源约1VVVmA限流电阻箱开始时处于5000Ω位电源约1VVmA限流电阻箱开始时处于5000Ω位电源约1VV(a)mA表外接(a)mA表内接(a)mA表外接(a)mA表内接2、Pn结正向压降随温度变化的变化。Pn结温度传感器相对于其他温度传感器说，具有灵敏度高、线性好、热响应快、易于实现集成化等优点。Pn结温度传感器的原理如下：Pn结正向压降(VF)是正向电流(IF)和温度(T)的函数：其中，e是电子电荷，k是波尔兹曼常数，B是与结面积、掺杂浓度有关与温度无关的常数，r是常数（），T是绝对温度，Vg(0)是绝对零度时Pn结材料的导带底和价带顶的电势差。上式中有两项，线性项：非线性项：可以证明，在恒流供电情况下，当温度较高（室温）时，Pn结的VF对T的依赖关系取决于线性项，即Pn结正向压降随温度升高而线性下降，这就是Pn结测温原理。在这次实验中，我们将测绘Pn结正向压降随温度变化的曲线。四、实验仪器：1、仪器记录改装电表集成箱(电流表头,标准电流表、标准电压表、电阻箱，电源，单刀双置开关，导线等)2、仪器使用实验注意事项：（一）、电阻元件V-A特性实验仪的使用：（1）、在测量中电流不得大于20(mA).（二）、Pn结正向压降特性实验仪的使用：（1）、仪器的连线较多，芯线较细，所以要注意使用，不可用力过猛。（2）、除加热线无极性区别外，其余都有极性区别，连接时不要接反。特别注意，加热线绝对不要接错位置，否则一定会损毁仪器的。（3）、加热装置温度不要超过100oC,长期过热使用，会造成连接线老化。（4）、使用完毕后切断电源。五、实验内容和步骤：.测定正向特性曲线依照图1，正确连接线路后，打开电源开关，将电源电压调至最小，逐步减小限流电阻，直到毫安表显示1.9999mA为止，记下相应的电流和电压。然后调节电源或限流电阻，将电压表最后一位读数调成0，记录电压，电流。以后按每降低0.010V测一次数据，直到伏特表的读数为0.5500V为止。正向电流不用修正。2、测定反向特性曲线依照图2，正确连接线路后，接通线路开关，将电源电压调至最大，逐步减小限流电阻，直到毫安表显示1.9999mA为止，记下相应的电流和电压。然后调节电源电压或者限流电阻，在将电流调节为1.8006，1.6006，1.4006、……….mA的情况下，记录相应的电压；其中0.0006mA为伏特计的电流，记录电流时应该自行减去。3、测绘Pn结正向压降随温度变化的曲线。（1）加热装置上共有两组连接线，侧向引出一组线，是加热线，共有两根芯线，与Pn结正向压降特性实验仪面板上的“12”两端子相连（可以不计正负），另一组从顶部引出，共六根芯线，其中两根（其中一根是黄色）自成一组，是测温信号线，黄色为正，黑色为负，与面板的“5”端子的正负相连（正负不能接错），另外四根和“8”，“9”端子的正负相连（正负不能接错）。（2）将控温电流旋钮旋到最小位置，打开测量仪的电源，记录室温TS;(3)按下“IF””键，将IF调到50微安；按下“VF”键，记录VF，按下“△V”键，将△V调到零。（4）将加热电流调到350mA，观测△V的变化，△V每改变10mv读取一组△V、T值，直至温度达到100oC为止。六、数据记录：二极管的正向特性端电压V/V0.50.580.630.660.690.710.73I/mA（外接）0.00090.01590.08710.21930.52080.9121.5831I/mA（内接）0.01730.07650.15340.26640.31680.4671端电压V/V0.740.750.760.770.780.80.81I/mA（外接）2.1012.7723.654.8196.35510.87715.93I/mA（内接）0.52530.58910.65440.72020.78830.92911.0016端电压V/V0.820.83I/mA（外接）18.8723.43I/mA（内接）1.07591.1522、二极管的反向特性mA表外接时二极管的反向特性U/VI/mA1.99991.80061.60061.40061.20061.00060.80060.60060.40060.2006U/VI/mA0.10060.05060.02060.0106mA表内接时二极管的反向特性U/VI/mA1.99991.80061.60061.40061.20061.00060.80060.60060.40060.2006U/VI/mA0.10060.05060.02060.01063、Pn结正向压降随温度的变化实验室起始温度：TS=℃工作电流：IF=μA起始温度时的正向压降VF=mv△V/mv0-10-20-30-40-50-60-70-80-90-100T/℃△V/mv-110-120-130-140-150-160T/℃七、数据处理：1、利用以上测量数据，用坐标纸分别作出晶体二极管的伏安特性曲线图[正向，反向及内接外接]；利用以上测量数据，坐标纸作出Pn结正向压降随温度变化的曲线图。八、实验结论：1、晶体二极管无论加上正向电压或者反向电压，当电压小于一定数值时只能通过很小的电流，只有电压大于一定数值时，才有较大的电流出现，相应的电压可以称为导通电压。2、正向导通电压小；反向导通电压（又称“击穿电压”，“耐压”）较大；3、在恒流供电情况下，当温度较高（室温）时，Pn结正向压降随温度升高而线性下降。而且相应速度很快，可以利用它测量温度。九：问答题1、为什么反向伏安特性曲线要进行电流修正?答：在反向时加在二极管两端的电压较大,这时流过福特表的电流与流过二极管的电流相比也较大.2、在上述实验中,为何要将电压表内接,若将电流表内接有何不便?答：电压表内阻大,而电流表内阻小,一旦二极管导通其内阻很小,若将电流表内接,则电流表内阻分压较大.3、在正向特性曲线中，为何要将电压表的最后一位调为零？能否将反向特性曲线实验中的电压表最后一位读数都调为零？（结合实验数据回答）答：在正向特性曲线中，将电压表的最后一位调为零是为了便于画图，无论图的横坐标采用什么比例，这时电压值都将出现在坐标纸的方格线上。但若将反向特性曲线实验中的电压表最后一位读数都调为零，则可测数据不会超过4~5个，因为整条曲线的有意义的电压间隔不到0.04V，用4个数据画的曲线不能反映真实特性，没有什么意义。4、用伏安法测二极管的伏安特性曲线误差主要在哪?误差属于系统误差还是偶然误差?答：误差主要来自电流表(内接)或电压表(外接).属于系统误差.可修正.5、结合曲线及接线图分析,测得的晶体二极管的正向，反向伏安特性曲线,在电压相同情况下,为什么外接法的电流总大于内接法?答:外接法的电流表测得的电流是流过二极管与电压表之和,内接法的电流表测得的电流是流过二极管的电流,同时内接法的电流表内阻