简单的测试电路

2.2.1　简单的测试电路

1.用电流表测量电流和电压

测量电流的装置为安培计（电流表）。最常用的安培计是使用可动线圈测量计，见图2－2（a）。金属线圈围绕在铁芯周围的铝框架上，见图2－11（b），放在两磁极中间，通过线圈的电流所产生的磁场与永久磁铁的磁场相互作用，导致铝框架和线圈的转动。旋转角度与所产生的磁场强度也即线圈中的电流成正比。线圈通过金属弹簧连入外电路，当电流为零时，金属弹簧使得指针回到已校准刻度盘的零位。用安培计测量电流，是将安培计串联入电路，这会在电路中引入电阻，将影响电路中的电流。

用来测量电势差的装置为伏特计。测量过程中，当有较大电流通过伏特计时，会改变电路的电压。常用的伏特计是由一个动圈表与一已知电阻串联构成，见图2－3。可动线圈测量计测量的电流值可用欧姆定律转换成对应的电压值。仪表上的刻度是用电压而不用电流单位标注。改变电阻，则可改变仪表的量程。

安培计和伏特计常常组成一个仪器，称为伏特－欧姆表，也称万用表。当用数字显示读数时，称数字万用表。

图2-2　电流表的结构图

图2-3　电压表的结构

图2-4　实验室用的电位计线路

2.用电位计测量电压

电位计是测量电势（电压）的另一种装置，见图2－4。用电位计测量电势分两步：①线性电压分压器的刻度示值校准。接通开关P（见图2－4，下同），选择开关S倒向1，将C点指到1.0183V处（在25℃下Wheatstone标准电池的电动势）。连续调节电位器R，不时将K短路（按下）。当按下K时，G的指针指零，即无电流流过G时，停止调节R，此时刻度示值已校准好。②待测电池的电压值U_x的测定。将S倒向2，连续改变C的位置，直至按下K时G的指针指零，此时C的示值即为待测电池的电势。

3.记录仪的使用

实验室常使用多种型号的记录仪以记录模拟信号，它可以自动地、逐点地记录测量值，并画出曲线。

图2－5是实验室常见记录仪的工作原理图。待测信号U_x不停地与一个有参比电压U_R的电位计输出做比较。比较产生的电位差用一机械斩波器转换成交流信号。斩波器是一个交流电磁铁簧片，随着交流电源的波动而上下振动。它产生的交流信号通过斩波放大器（交流耦合的功率放大器）放大，推动相敏可逆马达转动。该马达通过传动皮带又带动记录笔和滑动接头，马达转动直到电位计输出与U_x之差降至零停止。记录纸由同步马达驱动。同步马达是固定线圈供电方式，向一个方向恒速转动，转速由电源频率决定。

相敏可逆马达的工作原理如下。它有两组线圈，见图2－6。一组是固定的（定子），另一组是转动的（转子）。当两组线圈都供给频率相同的交流电，如50Hz时，由于电容C的作用，使两组线圈的交流电流的相位差90°，产生互相垂直的磁场，发生磁场旋转，从而马达转动。但是，只要任何一组线圈的电压（频率）倒相，即改变180°，马达就会改变转动方向。任何一组线圈停上供电，马达就会停止转动。

记录过程中，只要U_x的变化不是很快，电位计中心滑动点的电位每时每刻都和U_x处于平衡状态。因此与滑动点联动的记录笔就能自动地将U_x的变化画出相应的曲线。

图2-5　自平衡记录式电位计示意图

图2-6　可逆马达线圈示意图