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电磁学仪器

时间:2022-02-13 理论教育 版权反馈
【摘要】:实验室常用的直流电源有直流稳压电源、干电池和直流稳流电源。检流计是用于检测电路中有无微小电流通过及电流方向。实验室常用的直流电表大多是磁电式仪表。直流电表的主要规格有量程、准确度等级、内阻。电表的内阻一般在仪器上或说明书上或由实验室测出。测量结果的有效位数由仪表的允许误差决定。刻度的估读值根据仪器的分辨率和实验者的判别能力来确定,一般可估读到最小分度的1/10~1/2。

第二节 电磁学仪器

一、电源

1.直流电源

实验室常用的直流电源有直流稳压电源、干电池和直流稳流电源。直流稳压电源是经交流电整流、滤波和稳压的电源,特点是电压稳定、内阻小、输出连续可调、功率较大、使用方便。干电池电压稳定,内阻小,但其容量有限,要经常更换。直流稳流电源在一定的负载阻值范围内,能给出一定的恒定电流,电流大小连续可调。

2.交流电源

交流电源在电路中的符号为“~”。日常用的市电交流电源频率为50Hz,单相电源电压为220V,三相电源的相间电压为380V。常用的交流电源还有变压器、低频信号发生器等。低频信号发生器可根据需要输出不同的频率、电压及波形,频率可从数十赫兹到数百千赫兹范围内连续可调,但它提供的电流不大,主要是作标准频率使用。

选用电源时,应注意它的输出电压是否符合需要,取用的电流或负载电阻是否在电源的额定值之内,以防超载;如果超载,即电流过大,电源将急剧发热而损坏,而干电池会很快报废,所以,特别要谨防电源短路或变相短路。对于直流电源还要分清正负极性。

二、电表

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图2-2-1 检流计支路接线示意图

1.检流计

检流计是用于检测电路中有无微小电流通过及电流方向。不同的规格,检流计的电流常数有10-6~10-12 A/div范围。检流计常在电桥(或补偿支路)中做示零器。指针式检流计的零点在刻度的中央,便于检测出不同方向的直流电,刻度上不标出相应的电流值。在测量时,若指针偏向标有“+”号的刻度,表示电流从正接线端流入,反之,电流就从负接线端流入。检流计使用之前必需调零。检流计常串联一个阻值较大的可变电阻,以免电流过大损坏电表,这电阻称为保护电阻,如图2-2-1所示的电阻RG,在测量过程中,可随着指针偏转角的减小逐步降低保护电阻的阻值。

2.直流电流表和直流电压表

实验室常用的直流电表大多是磁电式仪表。目前数字仪表的应用也日益广泛。使用电表时必须了解电表的规格。直流电表的主要规格有量程、准确度等级、内阻。电流表(或电压表)量程指电表指针偏转满刻度时可测的最大电流(或电压)值。内阻就是电表两端的电阻。电表的内阻一般在仪器上或说明书上或由实验室测出。

通常,电压表的内阻用每伏欧姆数来计算。电压表某量程的内阻:内阻=量程×每伏欧姆数。例如:0―10V―100V电压表的每伏欧姆数为10kΩ/V,其10V量程的内阻为10V×10kΩ/V=100kΩ,100V量程的内阻为100V×10kΩ/V=1000kΩ。

国家标准规定,电表一般分七个准确度等级,即0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0级。电表的准确度等级越小,电表的准确度越高。

设等级为a、量程为Xmax的电表,对不同量的测量,其最大的允许误差为Δmax,则

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即仪表用准确度等级的百分数来表示合格的该等级的仪表。

如选用量程为Xmax、等级为a的电表,则电表的允许误差为

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例如:0.5级、量程为1A的电流表,它表示生产厂家生产此种规格的电表,其误差必须在±5mA以内。按规定条件使用此规格的电表时,可以认为它的允许误差不超过5mA。

对于测量示值为xi时,电表的最大相对误差

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可见,测量值的相对误差Em与电表的等级a、测量值xi、电表的量程Xm有关。为了减小误差,一般测量值小于量程的三分之一,应换小一挡位的量程。

3.电表使用的注意事项

(1)按电表的性能标志使用电表。电表的面板上标有电表的性能标志,见表2-2-1所示。

(2)正确选择量程。量程过小容易烧坏电表;量程过大测量数据不够准确。若待测量的大小难以估计,应先用较大量程试测,再根据被测量大小,选择合适的量程。

(3)正确连接电表。电流表使用时,必须串联在待测电流的电路中,使电流从正端流入,从负端流出;电压表使用时,必须并联在被测电压的两端,使其正端与高电位端相连、负端与低电位端相连。

(4)正确读数。读数之前先消除零差(电表没有通电时,指针应对准零刻度线);读数时,视线应垂直于刻度表面,消除视差。若电表刻度尺附有镜面,当指针在镜中的像与指针重合时,所对准的刻度,才是电表的准确读数。若没有镜子,应以指针的侧面看去成一线时指针所指读数为准。测量前应首先搞清楚所用量程每格代表的格值数即每格的大小(即量程/总格数),读数时,从刻度尺上读出格数(应估读一位),再乘以格值数。测量结果的有效位数由仪表的允许误差决定。刻度的估读值根据仪器的分辨率实验者的判别能力来确定,一般可估读到最小分度的1/10~1/2。而改装后的电表读数与该精度相对应。

表2-2-1 电表的性能标志符号

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4.交流电压电表

MVT-172型双通道交流毫伏表测量电压范围为1mV~300V(分12挡),频率适用范围5Hz~1MHz,使用方法如下:

(1)CH2SELECTORimg90/img91按键按需要设定CH1及CH2挡位是独立img92或一致img93

(2)切记在接上测量点之前或使用完毕,必需把CH1及CH2两表量程选择旋钮拨到“300V”挡位,以防仪器损毁。

(3)把CH1或CH2INPUT的两个输入端,接上连接线,再接测量点。

(4)转动RANGE CH1/2或RANGE CH2挡位旋钮,直至电表指针到满刻度之三分之一为止。黑色指针为测CH1INPUT输入端的指针,红色指针为测CH2INPUT输入端的指针。

(5)电表有2条电压刻度分别刻上0~10及0~3,当选择1V量程时,刻度0~10则表示0~1V,若选择300mV量程时,刻度0~3则表示0~300mV,其他挡位如此类推。

5.数字万用电表

数字万用电表具有准确度高、灵敏度高、测量速度快等优点,使用时应注意以下几点:

(1)数字式电表的显示值均为有效位数。读数时,要待读数稳定后才读取测量结果。

(2)使用前将量程开关放置在你想测量的挡位上。红、黑表笔应插在符合测量要求的插孔内。COM插口为黑表笔的插入口。注意区分小量程电流插口“mA”和“10A”插口。

(3)切勿误接量程、错误操作。

img94如测电压或电流时,误把量程拨到“Ω”挡;测电压时,误把量程拨到“mA”挡,红表笔错误地插入“mA”孔;误把电流表并联在电路上;输入电压或电流超过所选的量程;在电压或电流测量过程中随便改变量程挡位等,这些都会使电表内部电路受损。

(4)一般数字万用表具有自动关机功能,使用15分钟会自动切断电源,以防忘记关电。重复电源开关操作可继续开机使用。使用完毕,应按电源键置OFF,将挡位置最高电压挡。

三、电阻器

常用的电阻器有滑线变阻器、电位器、电阻箱和标准电阻,它们在电路中符号和实物图见表2-2-2。各类电阻箱和标准电阻的准确度等级a等规格均标在铭牌上。

使用ZX21型电阻箱应注意:a.使用前先来回旋转各组旋钮,使触点接触稳定可靠。b.使用中注意不要使电阻箱出现0Ω示值。c.不能超过最大允许电流值,见表2-2-3。d.为减小电阻箱的接触阻值,若需要0.9Ω(或9.9Ω)以内的阻值变化时,应将接线接到0和0.9Ω(或9.9Ω)两接线柱。

表2-2-2 各类电阻器在电路中的符号及实物图

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表2-2-3 ZX21型电阻箱各挡最大允许电流值

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四、电学实验操作规程

(1)准备与连线。先了解各仪器的规格和使用方法。按拟好的电路图摆放仪器,将所有开关打开,把电路分成几个回路,按回路法依次连接,通常先接串联回路,再依次接并联回路。连线方向从高电位开始,沿电势降低的方向连接。要避免一个接线柱上集中3个或3个以上的接线插片,应设法使接线插片均匀分布到同电位的各接线柱上。利用导线不同的颜色,表现电路的电位高低,以便于检查。用红色或浅色导线接正极或高电位;用黑色或深色导线接负极或低电位。电源应在所有开关打开的情况下最后连入电路。

(2)检查。接好电路后,先复查电路连接正确与否,再检查其他的要求是否都做妥。例如电表、电源正负极是否连接正确,量程是否正确,电阻箱数值是否正确设置,变阻器的滑动端位置是否正确等等。当一切都做好,再请指导教师检查同意后,方可接通电源。

(3)通电。通电之前,事先想好通电瞬间各仪表的正常反应是怎样的(例如电表指针是指零不动还是应偏转到什么位置)。通电时要密切注意仪表反映是否正常,随时准备在出现不正常情况时断开电闸,即采用跃接法接通电源,以防因电路接错,造成仪器损坏。

需要暂停实验或更换电路、元件时,应将电路中各仪器的有关旋钮拨到安全位置,再断开开关。改接的电路,经教师重新检查后才可接通电源继续做实验。

(4)安全。养成避免用手或身体直接接触电路中裸露导体的习惯。实验中若发现异常现象(如异声、闪光、冒烟或焦糊味等),应立即打开开关,拔下电源插头,请教师处理。

(5)记录数据。记录数据后,暂停实验,检查测量值是否正确,数据是否漏记等,进行初步的数据处理并判断实验结果是否正确,把原始数据和结果交教师检查。

(6)必须养成“先接线、后通电”,“先断电、后拆线”的习惯。实验后,将各仪表拨置安全位置,开关打开、断开电源再拆线。把实验桌面清洁干净,仪器放回原处,检查仪器是否原好,才离开实验室。

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图2-2-2 电表读数

思 考 题

(1)图2-2-2是2.5级的电表,请回答以下问题:①量程为5mA时,指针①的测量值为多少?②量程为1mA时,指针②的测量值为多少?(2)量程3000mV的0.5级电压表共分150个小格,指针指示为140.0格,应如何记数?

(3)1.0级的电压表,量程为0—3—7.5V,要测量2.4V的电压,应选择什么量程?

(4)测量时,电流表应怎样选择量程?如何接入待测电路中?

(5)电表面板右下角标志着以下符号:0.5、img98、—、┌┐img99img100,分别表示什么物理意义?

(6)实验中应如何连接电路?实验过程中如何注意安全?

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