测量电磁量的仪表种类很多,按其结构可分为指针式电表和数字式电表。
(1)指针式电表
大部分表面以指针指示的都是磁电式电表。它的内部结构如图3.5.1所示。
图3.5.1 直流电表结构
将一个可以自由转动的线圈放在永久磁铁的磁场中,当被测电流流过线圈时,由于受磁力作用而转动,同时弹簧游丝给线圈一个反向恢复力矩使线圈平衡在某个角度,线圈偏转角的大小与所通过的电流成正比,电流方向不同,偏转方向也不同。
①检流计,特征是指针零点处在刻度中央,便于检测出不同方向的直流电。检流计所允许通过的电流非常小,一般为10﹣6A,其内阻约为数十欧姆。在使用检流计电流时,一定要注意加入可调保护电阻对检流计予以保护,否则容易损坏检流计。
②直流电流表,其所测的电流大小可分为安培表、毫安表和微安表。电流表所能测的最大电流常称为量程,常用的电流表是多量程的。在测量过程中一定要估算出可能的最大电流,再选择合适的量程,否则容易损坏电流表。
③直流电压表,其根据所测的电压分为千伏表、伏特表、毫伏表。
另外,用磁电式电表测量交流电流或电压必须经过整流,把交流电变成直流点,一般常用晶体二极管作为整流元件。
(2)数字式电表
除指针式电表以外,目前数字式电压表作为一种典型的功能齐全、精度高、性能稳定、灵敏度高、结构紧凑的仪表而被广泛使用。它显示直观,能做到小型化、智能化,并可以与计算机接口组成自动化测试系统。
对于数字电压表来说,其配以其他各种适当转换电路(如交直流转换器、电流电压转换器、欧姆电压转换器、相位电压转换器等),可以进行除测量电压以外的其他电学量的测量,如电流、电阻、电容、频率、温度、二极管正向压降、晶体管hFE参数及电路通断测试等,所以这种功能齐全的数字表又称数字万用表。它可供实验室测量、工程设计、野外作业和工业生产维修等使用。
数字电压表按显示位数分,可以分为三位半、四位半、五位、六位、八位等;按测量速度分,可以分为高速和低速;按重量、体积分,可分为袖珍式、便携式和台式;按A/D变换方式分,可分为直接转型和间接转型。
数字电压表的工作特性如下:
①测量范围,用量程和显示倍数反映测量范围。量程:数字电压表有一个基本量程,是1∶1衰减量程。以它为基础可以扩展量程,并使量程步进分挡可调,下限至0.1μV,上限可达1kV。分辨率:数字电压表能完整地显示的最小可测量值,如一个最小量程为200mV的挡,满量程显示值为200.00,其分辨率为10μV。
②位数,指数字电压表能完整地显示数字的最大位数。其能显示出0~9这10个数字称为一个整位,不足的称为半位。例如,能显示“999999”时,称为六位;最大能显示“7999”或“1999”的称为三位半。半位出现在最高位。(www.xing528.com)
③输入阻抗,一电阻Ri和电容Ci并联形式表示。测量直流式,Ci不予考虑。Ri的值通常大于10MΩ,因此数字电压表的内阻远远大于指针式电压表的内阻。测量交流电压时,对Ci会造成一些影响,但是由于现在数字电压表的工作频率一般不超过105Hz,所以Ci一般小于100pF。另外,通常的数字电压表的抗干扰能力大于60dB。
在电磁学实验中,无论用什么电子仪器测量,都会引入一定的系统误差,一般来说,电学仪器带来的系统误差,往往比偶然误差大。因此在实验中应根据仪器的精度,对实验结果进行一定的修正,避免影响实验的准确度。
数字电压表用准确度表示测量结果中系统误差和随机误差的综合,一般有两种表示形式:
Δ=±(a%Ux+b%Um)
Δ=±(a%Ux+n)
式中,a为误差的相对项系数;b为误差的固定项系数;n=b%Um;a,b,n值见产品说明书;Uz为测量读数值;Um为满度值(量程)。
(3)电表使用方法及注意事项
①注意正确连接电表。电流表必须串联在待测量电路中,电压表则应与待测电压的电路并联。
②注意电表的极性。使用直流电表必须注意电表的正、负极,接线柱标有“+”“﹣”极性,“+”应该接电路的高电位端,“﹣”应接低电位端,切不可把极性接错,以免损坏电表。
③选择合适的量程。量程太小,过大的电流或电压会将电表损坏。量程过大,指针偏转量太小,读数不准确,测量误差大。一般测量时应尽可能使指针偏转量约为2/3量程。如事先不知待测量大小,应先选用大量程,而后根据量值大小选择合适的量程。
④注意电表的安放状态。如表面上有“⊥”符号,则表示使表面垂直安放;符号“∠60°”表示使表面位置与水平位置倾斜60°安放,否则电表的指示值不准确。
⑤注意避免读数视差。
⑥注意读出有效数字。电表的仪器误差
Δ仪=±量程×准确度等级α%
读数时应读到有误差的一位上。如0.5级、量程150mA的电流表,其仪器误差为
Δ仪=±150×0.5%mA=±0.8mA
即读数时应读到小数点后面的一位。
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