完整大学物理实验报告之万用表的使用

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实验日期 2017 年6 月6 日 实验地点：实验楼B413室 实验名称 【实验目的】 1.了解万用电表的结构原理。 2.学会正确使用万用电表测量电学量。 3.掌握数字万用电表的正确使用方法。 【实验器材】 指针式万用电表、数字式万用电表、电阻箱、电阻两支、直流电源、实验装置板、导线。 【实验原理】 万用电表是最常见的仪表之一。它可以测量交流电压、直流电压、直流电流和电阻等电学量。虽然万用电表的准确度低，但使用方便。因此，在电学实验、电工测量、电子测量等方面得到广泛使用。万用电表类型很多，但结构上都由表头、转换开关、测量电路三部分组成。变动转换开关，便可选择不同的测量量及量程。有的万用电表还可以测量交流电流、音频功率、阻抗、电容、电感、半导体三极管的穿透电流或直流放大倍数。 1. 指针式万用电表 指针式万用电表是由表头、表盘、表箱、表笔、转换开关、电阻和整流器构成。表头一般为磁电式电流表。它允许通过的最大电流（满偏电流）一般为几微安到几百微安。在它的表盘上，有多种标度尺。转换开关是由一些固定触点和活动触点组成，其作用是使被测对象与表内不同测量线路相接。测量电路是由电阻、整流元件、干电池等组成的，其作用是使表头适用于不同的测量项目和不同的测量范围。对于不同的测量项目，测量线路的结构是不同的。 (1)直流电流挡 其表头本身就是一个测量范围很小的直流电流表。根据分流原理，表头与电阻并联就可增大测量范围，若表头与不同阻值的电阻并联，就可得到不同的量程。并联电阻越小，量程也就越大。图1是多量程直流电流挡原理图。 万用表的使用 组号 第 组 (2)直流电压挡 表头本身也是一个量程很小的直流电压表，其量程为Vg=IgRg（Ig为表头满偏电流，Rg为表头内阻）。根据分压原理，表头与不同的电阻串联就能得到不同的量程。图2是多量程电压表原理图。 (3)交流电压挡 磁电式表头内永久磁体的磁场方向恒定，当通过交流电时，作用在可动部件上的力矩方向将随电流方向的变化而变化。由于表头可动部分惯性较大，它在某一方向力矩作用下，还来不及转动，力矩的方向又发生了变化，这样，表头的指针实际上不可能转动。所以，必须把交流电转换成直流电，才能测量。图3是多量程交流电压表原理图，图中D1、D2为整流元件。 (4)电阻挡 图4是欧姆表的原理图，它由表头、电池、电阻Ri和调零电阻R0组成。在a、b两端即红、黑两表棒之间可接入待测电阻Rx。测量前，先把两表棒短路即Rx=0。调节调零电阻R0使表头指针指到刻度线右端的满刻度，即欧姆表的零点。此时，电路中的电流 （式1） 式中Rz=Rg+R0+Ri+r称为欧姆表的综合电阻。这一步骤称为欧姆表的调零。 测量未知电阻Rx时，将它接入两表棒之间，则电路中的电流为： （式2） 从上式可见，当ε和RZ恒定时，I仅随Rx而变。它们之间有一一对应的关系。如果在刻度线上不同位置刻出相应的电阻值，那么在测量未知电阻时就可以在刻度线上直接读出被测电阻的数值。从式2还可以看出，Rx越大、I越小，表头指针偏转的角度越小，刻度的间隔也越小。当Rx→∞，即a、b间开路，I→0，指针在刻度线左端位置不动，所以刻度线左端的欧姆刻度为∞。当Rx=Rz时，，指针将在刻度线的中央，所以Rz又称为中值电阻。 综上所述，当Rx在0→∞之间变化时，指针将在刻度线右端到左端位置间变化，正好与电流表、电压表的刻度相反。另外，标尺的刻度是不均匀的，Rx越大，刻度越密。读数时必须注意。 为了精细地读数，万用电表中欧姆挡都有多种挡次。不同挡次的中值电阻是不同的，不同挡次之间通常采用十进制。具体线路较复杂，不在这里讲述。测量时，究竟应选择哪一挡次，这要看被测电阻的值而定。原则上应尽量选用Rx在该挡次的中值电阻附近。 应该指出，由于新旧电池内阻r的变化，或者在换挡使用时，由于电路参数的变化，式1的条件往往不能满足。就是说，当Rx=0时，电路中的电流将不等于Ig,表买的指针并不指在刻度线右端的零欧姆处，产生了系统误差。因此测量前必须通过调零，以改变R0的阻值来满足式1的要求，从而达到I与Rx的函数关系式2不变的目的。 2. 数字式万用电表 数字式万用电表是根据模拟量与数字量之间的转换来完成测量的，它能用数字把测量结果显示出来。其原理方框图如图5所示，主要包括直流电压变换器、模－数转换器、计数器、显示器和逻辑控制电路等部件。直流电压变换器的作用是把被測量（如电流、电阻等）变换为电压；模－数转换器则是把电压转换为数字量；计数器可对数字量进行运算，再把结果经过译码系统送往显示器进行数字显示；逻辑控制电路主要对整机进行控制及协调各部件的工作，并能使其自动重复测量。 【实验步骤】 1.准备 (1)观察万用表，仔细观察万用表板面，认清各标度尺的意义，并弄清“转换开关”和欧姆“调零”旋钮的作用。 (2)注意指针是否指“0”。若不指“0”,调节“机械调零”旋钮，使指针指向“0”。 (3)接好表笔（红表笔应插人标有“＋”号的孔）。 (4)根据待测量的种类（交流或直流电压、电流或电阻等）及大小，将“选择开关”拨到合适的位置。若不知待测量的大小，应选择最大量程（或倍率）先行试测。若指针偏转程度太小，可逐次选择较小量程（或倍率）。 2.测量 (1)测出图6实验板所给的电阻Rl、R2、R3、R4的阻值。 (2)测出实验板所给的半导体二极管Dl、D2的正、反向电阻阻值。（黑表笔为正电压端） (3)观察电解电容的漏电电流（用“1K”挡）。 (4)把直流电源调至5V左右（不得超过6V)，并把实验板接到电源上，注意正、负端（红接正、黑接负），将开关合上（打在ON处），红色灯泡即“亮”。将万用电表转换开关置于直流电压挡（DC10V)，测出此时灯泡两端的电压值。 (5)将开关断开（打在OFF处），灯泡熄灭，将万用电表转换开关置于直流电流挡(DC5OOmA),将红表笔接“1”,黑表笔接“2”,灯泡变亮，测出此时的直流电流值。 (6)重复（1)～（5)步骤测出五组数据记录在表中。 (7)用数字式万用电表重复上述实验。 【数据记录与处理】图一 一、 交流电压测量记录 表一 用万用表测量图一中的电压 项目 估 算 值 测 量 值 量 程 K a 图二 100Ω 200Ω b c Uab (V) Ubc (V) + - 6 V 二、直流电流、电压的测量记录 表二 用万用表测量图二中的电压及电流 项目 估 算 值 测量值 量 程 三、电阻的测量记录 表三 测量不同电阻箱的阻值 RX 标 称 值 (KΩ) 测 量 值 (KΩ) 倍 率 Uab (V) Ubc (V) I (mA) R1 R2 R3 R4 【原始实验数据粘贴处】 【思考题】 1． 万用表可以用来测量哪些物理量？什么是电表的接入误差？ 一般万用表,分成用来测电阻的欧姆档；测量直流电流的直流安培档；测量直流电压的直流伏特档；测量交流电流的交流安培档；测量交流电压的交流伏特档以及测量大电流的专用插口。（故万用表可以用来测量电阻、交直流电压、电流。）作伏特计/安培计测电压/电流时，因为内阻并不是无限大/零，会在电路上产生分流/分压，使电压/电流与接入前产生差异，此接入影响所造成的结果就称接入误差。（万用表接入电路，增加了电路总电阻，导致总电流的减少，形成接入误差。） 2． 万用表的欧姆档有什么特点？测量电阻时应注意些什么？ 万用表的欧姆档为非线形分布；不同档位有不同的中值电阻；不同档次之间通常采用十进制；由内部电池提供工作电流，不允许在电路通电时用欧姆档测量电阻。测量电阻时首先要调零；根据待测电阻阻值确定档位；指针在中1/3区域时读数比较准确；不能在闭合电路情况下进行测量，否别测量结果是错误的。测量完成后，不能将万用表置于欧姆档。 3． 在测量电压或电流时，如果不能估计被测值的大小，测量时怎样操作才能保证安全？ 电压表测量的电压不能超过电压表的量程，电压表测量的电压过大，不仅会烧坏电压表，还会使指针打弯；为了防止该现象发生，可以用试触的方法判断所测电压的范围，并且防止烧坏电压表，试触时选择大量程试触。