本發(fā)明涉及物理器械領(lǐng)域，具體涉及一種新型多功能電表改裝與校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)儀。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的電表改裝與校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)儀采用步進(jìn)式電阻箱作為在微安表表頭串聯(lián)(改裝為電壓表)或者并聯(lián)(改裝為電流表)的電阻；采用數(shù)字顯示電壓表與電流表作為校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)表，不利用學(xué)生直觀認(rèn)識(shí)，且僅僅能做電表改裝與校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，功能單一。改裝毫安表為歐姆表用來測(cè)量電阻大小的電表稱為歐姆表。根據(jù)調(diào)零方式的不同，可分為串聯(lián)分壓式和并聯(lián)分流式兩種，一般需要另配數(shù)字萬用表校準(zhǔn)歐姆表。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種新型多功能電表改裝與校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)儀。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

新型多功能電表改裝與校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)儀，所述底座上安裝有指針式標(biāo)準(zhǔn)電流表、指針式微安表、指針式標(biāo)準(zhǔn)電壓表、數(shù)字歐姆表、數(shù)字電壓表、數(shù)字電流表、高阻值精密電位器、低阻值精密電位器，一個(gè)用于分壓或者限流的高阻值電位器、一個(gè)用于限流的低阻值電位器、220v交流電開關(guān)、開關(guān)和二極管，所述底座內(nèi)安裝有一穩(wěn)壓直流電源，所述穩(wěn)壓直流電源下方設(shè)有一電源電壓調(diào)節(jié)旋鈕，所述穩(wěn)壓直流電源通過變壓器有兩路輸出，一路用于提供5v直流輸出電壓給數(shù)字歐姆表、數(shù)字電壓表、數(shù)字電流表提供工作電壓，該電路位于底座內(nèi)，另一路用于提供實(shí)驗(yàn)電路電源，并可通過電源電壓調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)輸出電壓。

作為優(yōu)選，所述底座上設(shè)有一控制實(shí)驗(yàn)電路通斷電的開關(guān)。

作為優(yōu)選，所述底座設(shè)有一220v交流電開關(guān)，打開則變壓器開始工作，三個(gè)數(shù)字表亮，同時(shí)直流電源有電壓。

作為優(yōu)選，所述底座上設(shè)有分別與指針式標(biāo)準(zhǔn)電流表、指針式微安表、指針式標(biāo)準(zhǔn)電壓表、兩個(gè)精密分壓電位器、數(shù)字歐姆表、數(shù)字電壓表、數(shù)字電流表、高阻值精密電位器、低阻值精密電位器、用于分壓或者限流的高阻值電位器、用于限流的低阻值電位器、開關(guān)、二極管、穩(wěn)壓直流電源相連的接線柱。

本發(fā)明具有以下有益效果：

只擁有一個(gè)較小量程的表頭的情況下展開，通過給表頭串并聯(lián)不同阻值的電阻以達(dá)到擴(kuò)大量程的目的；在實(shí)驗(yàn)中通過串聯(lián)分壓，并聯(lián)分流的方式進(jìn)行，更直觀的讓學(xué)生認(rèn)識(shí)掌握電流表與電壓表及歐姆表的改裝原理和過程。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例新型多功能電表改裝與校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)儀的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中的電路圖連接線路。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2中的電路圖連接線路。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例3中的擴(kuò)展量程后的電流表原理圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例4中微安表改裝為電壓表圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例5中串聯(lián)分壓式歐姆表原理圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例5中并聯(lián)分流式歐姆表原理圖。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例6中的直流單臂電橋原理圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種新型多功能電表改裝與校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)儀，所述底座1上安裝有指針式標(biāo)準(zhǔn)電流表2、指針式微安表3、指針式標(biāo)準(zhǔn)電壓表4、數(shù)字歐姆表5、數(shù)字電壓表12、數(shù)字電流表11、高阻值精密電位器7、低阻值精密電位器13、一個(gè)用于分壓或者限流的高阻值電位器14、一個(gè)用于限流的低阻值電位器6、220v交流電開關(guān)15、開關(guān)16和二極管8，所述底座1內(nèi)安裝有一穩(wěn)壓直流電源9，所述穩(wěn)壓直流電源9下方設(shè)有一電源電壓調(diào)節(jié)旋鈕10，所述穩(wěn)壓直流電源9通過變壓器有兩路輸出，一路用于提供5v直流輸出電壓給數(shù)字歐姆表5、數(shù)字電壓表12、數(shù)字電流表11提供工作電壓，該電路位于底座內(nèi)，另一路用于提供實(shí)驗(yàn)電路電源，并可通過電源電壓調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)輸出電壓。

所述底座1上設(shè)有一控制實(shí)驗(yàn)電路通斷電的開關(guān)16。

所述底座1設(shè)有一220v交流電開關(guān)15，打開則變壓器開始工作，三個(gè)數(shù)字表亮，同時(shí)直流電源9有電壓。

所述底座上設(shè)有分別與指針式標(biāo)準(zhǔn)電流表、指針式微安表、指針式標(biāo)準(zhǔn)電壓表、數(shù)字歐姆表、數(shù)字電壓表、數(shù)字電流表、高阻值精密電位器、低阻值精密電位器、用于分壓或者限流的高阻值電位器、用于限流的低阻值電位器、二極管、開關(guān)、穩(wěn)壓直流電源相連的接線柱。

本具體實(shí)施采用高阻值精密電位器7、低阻值精密電位器13并采用數(shù)字顯示方式顯示其阻值，采用與微安表表頭一致的指針式表頭進(jìn)行校準(zhǔn)，同時(shí)可采用數(shù)顯表顯示電壓或者電流并對(duì)改裝表進(jìn)行校準(zhǔn)，采用數(shù)顯歐姆表對(duì)改裝的歐姆表進(jìn)行校準(zhǔn)。本具體實(shí)施中的指針式電壓表、電流表、微安表、數(shù)字電壓表、數(shù)字電流表、數(shù)字歐姆表、開關(guān)、穩(wěn)壓直流電源均可以獨(dú)立使用，高阻值精密電位器14可以獨(dú)立用作傳統(tǒng)滑動(dòng)變阻器的分壓接法及限流接法使用，低阻值電位器6可以獨(dú)立用作傳統(tǒng)滑動(dòng)變阻器的限流接法使用，且本具體實(shí)施可搭配不同種類二極管，做二極管的非線性伏安特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)。采用±300微安量程的指針式微安表頭時(shí)，本具體實(shí)施可以做用直流單臂電橋測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)。

本具體實(shí)施相比于其他使用電阻箱的實(shí)驗(yàn)儀，電位器能夠連續(xù)的改變電阻，而電阻箱則是分級(jí)調(diào)節(jié)，使用電位器不僅是實(shí)驗(yàn)誤差減小，并且以更低的成本完成了此實(shí)驗(yàn)，使中學(xué)生能夠更加深刻認(rèn)識(shí)了解電表改裝的過程，并且達(dá)到了“對(duì)癥下藥”。

實(shí)施例1

測(cè)量穩(wěn)壓二極管的正向伏安特性曲線

①線路分析及元件參數(shù)的計(jì)算：

二極管的正向壓降一般為1v左右，電壓變化范圍較小，故應(yīng)選擇限流線路。而限流線路需要計(jì)算限流電阻的全電阻；

2cw1穩(wěn)壓二極管的正向電流為50ma，正向電阻設(shè)為r0＝40ω，若特性曲線從1ma作起，則最小電流imin＝1ma。

根據(jù)則

e＝imax·r0＝50ma×40ω＝2v

調(diào)整穩(wěn)壓電源電壓調(diào)節(jié)旋鈕(10)調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源電壓輸出調(diào)整為2v(調(diào)節(jié)時(shí)接數(shù)顯電壓表(12)或者指針式電壓表(4)顯示電源輸出電壓)。

根據(jù)則r＝2000ω-40ω＝1960ω；

限流電阻r應(yīng)選用1960ω，用實(shí)驗(yàn)裝置中可用于分壓或者限流的2000ω精密電位器(14)可滿足要求。

②測(cè)繪正向伏安特性曲線

按圖2所示的電路圖連接線路。合上實(shí)驗(yàn)儀的開關(guān)(16)k調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)儀的精密電位器(14)的r值，電流每變化1ma，記錄相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)儀的指針式電流表(2)或者數(shù)顯電流表(11)顯示的電流值、及實(shí)驗(yàn)儀的指針式電壓表(4)或者數(shù)顯電壓表(12)顯示的電壓值，并將數(shù)據(jù)標(biāo)于坐標(biāo)紙上，做出正向伏安特性曲線。在曲線變化較大的地方盡可能多測(cè)幾組數(shù)據(jù)，以便更準(zhǔn)確地描繪曲線。

實(shí)施例2

測(cè)量穩(wěn)壓二極管的反向伏安特性曲線

由于2cw1管的額定電壓(反向擊穿電壓)為7v左右，反向電阻甚大r反＞10mω，故采用分壓線路。為觀察反向電流在7v附近的變化，應(yīng)在分壓線路上接入實(shí)驗(yàn)儀的低阻值精密電位器(6)作為限流電阻r1用于細(xì)調(diào)。實(shí)驗(yàn)儀的穩(wěn)壓電源電壓輸出選擇為8～10v(調(diào)節(jié)時(shí)接數(shù)顯電壓表(12)或者指針式電壓表(4)顯示電源輸出電壓)。

按圖3所示的電路圖連接線路。將實(shí)驗(yàn)儀的低阻值精密電位器(6)r1調(diào)至阻值最大位置，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)儀的高阻值精密分壓電位器(14)r，使接入二極管電路的分電壓為零。合上實(shí)驗(yàn)儀的開關(guān)(16)k，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)儀的高阻值精密分壓電位器(14)r，使實(shí)驗(yàn)儀的(8)二極管反向電壓由小到大，觀察實(shí)驗(yàn)室的指針式電流表(2)或者數(shù)顯電流表(11)的電流變化，當(dāng)電流表有指示時(shí)，記錄下指針式電流表(2)或者數(shù)顯電流表(11)顯示的電流和指針式電壓表(4)或者數(shù)顯電壓表(12)顯示的電壓值，再調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)儀的高阻值精密分壓電位器(14)r使電壓每變化0.1v，記錄相應(yīng)的指針式電流表(2)或者數(shù)顯電流表(11)顯示的電流、指針式電壓表(4)或者數(shù)顯電壓表(12)顯示的電壓值。當(dāng)電流達(dá)到10ma時(shí)，高阻值精密分壓電位器(14)r的調(diào)節(jié)就比較困難了，改用實(shí)驗(yàn)儀的低阻值精密電位器(6)r1調(diào)節(jié)，直至25ma。將數(shù)據(jù)標(biāo)于坐標(biāo)紙上，做出反向伏安特性曲線。

實(shí)施例3

微安表改裝為大量程電流表

根據(jù)電阻并聯(lián)規(guī)律可知，如果在表頭兩端并聯(lián)上一個(gè)阻值適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)儀的(7)高阻值精密電位器r2+實(shí)驗(yàn)儀的(13)低阻值精密電位器r3，如下圖所示，可使表頭不能承受的那部分電流從r2+r3上分流通過(也可僅僅使用其中任意一個(gè)電位器)。這種由表頭和并聯(lián)電阻r2+r3組成的整體就是改裝后的電流表。如需將量程擴(kuò)大n倍，則不難得出r2+r3＝rg/(n-1)。

圖4為微安表改裝為電流表原理圖。用電流表測(cè)量電流時(shí)，電流表應(yīng)串聯(lián)在被測(cè)電路中，所以要求電流表應(yīng)有較小的內(nèi)阻。另外，在表頭上并聯(lián)阻值不同的分流電阻，便可制成多量程的電流表。

實(shí)施例4

微安表改裝為電壓表

一般表頭能承受的電壓很小，不能用來測(cè)量較大的電壓。為了測(cè)量較大的電壓，可以給表頭串聯(lián)一個(gè)阻值適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)儀的(7)高阻值精密電位器r2+實(shí)驗(yàn)儀的(13)低阻值精密電位器r3，如下圖所示，使表頭上不能承受的那部分電壓降落在電阻r2+r3上。這種由表頭和串聯(lián)電阻r2+r3組成的整體就是電壓表，串聯(lián)的電阻r2+r3叫做擴(kuò)程電阻。選取不同大小的r2+r3，就可以得到不同量程的電壓表。由下圖可求得擴(kuò)程電阻值為：實(shí)際的擴(kuò)展量程后的電壓表原理見圖5。

用電壓表測(cè)電壓時(shí)，電壓表總是并聯(lián)在被測(cè)電路上，為了不因并聯(lián)電壓表而改變電路中的工作狀態(tài)，要求電壓表應(yīng)有較高的內(nèi)阻。

實(shí)施例5

微安表改裝為歐姆表

用來測(cè)量電阻大小的電表稱為歐姆表。根據(jù)調(diào)零方式的不同，可分為串聯(lián)分壓式和并聯(lián)分流式兩種。其原理電路如圖(a)、圖(b)所示。主要練習(xí)串聯(lián)分壓式。

圖6中e為實(shí)驗(yàn)儀的(9)直流穩(wěn)壓電源，實(shí)驗(yàn)儀的(5)高阻值精密電位器r為限流電阻，實(shí)驗(yàn)儀的(7)高阻值精密電位器r2+實(shí)驗(yàn)儀的(13)低阻值精密電位器r3為調(diào)“零”電位器，c、d兩端接被測(cè)電阻rx(測(cè)量時(shí)可以選實(shí)驗(yàn)儀的(6)低阻值精密電位器)。等效微安表頭內(nèi)阻為rg。

歐姆表使用前先要調(diào)“零”點(diǎn)，即c、d兩點(diǎn)短路，(相當(dāng)于rx＝0)，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)儀的(7)高阻值精密電位器r2+實(shí)驗(yàn)儀的(13)低阻值精密電位器r3的阻值，使表頭指針正好偏轉(zhuǎn)到滿度?？梢?，歐姆表的零點(diǎn)是就在表頭標(biāo)度尺的滿刻度(即量限)處，與電流表和電壓表的零點(diǎn)正好相反。

在圖6中，當(dāng)c、d端接入被測(cè)電阻rx后，電路中的電流為

對(duì)于固定的表頭和線路來說，rg、r、r2+r3都是常量。由此可見，當(dāng)電源端電壓e保持不變時(shí)，被測(cè)電阻和電流值有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。即接入不同的電阻，表頭就會(huì)有不同的偏轉(zhuǎn)讀數(shù)，rx越大，電流i越小。短路c、d兩端，即rx＝0時(shí)，這時(shí)指針滿偏。

當(dāng)rx＝rg+r+r2+r3時(shí)，

這時(shí)指針在表頭的中間位置，對(duì)應(yīng)的阻值為中值電阻，顯然r中＝rg+r+r2+r3。

當(dāng)rx＝∞(相當(dāng)于c、d開路)時(shí)，i＝0，即指針在表頭的機(jī)械零位。

所以歐姆表的標(biāo)度尺為反向刻度，且刻度是不均勻的，電阻r越大，刻度間隔愈密。如果表頭的標(biāo)度尺預(yù)先按已知電阻值刻度，就可以用電流表來直接測(cè)量電阻了。

歐姆表在使用過程中電池的端電壓會(huì)有所改變，而表頭的內(nèi)阻rg及限流電阻r為常量，故要求r要跟著e的變化而改變，以滿足調(diào)“零”的要求，設(shè)計(jì)時(shí)用可調(diào)電源模擬電池電壓的變化，范圍取1.3～1.6v即可。

并聯(lián)分流式歐姆表利用對(duì)表頭分流來進(jìn)行調(diào)零的，具體原理圖為圖7。圖7中，實(shí)驗(yàn)儀的(7)高阻值精密電位器r2+實(shí)驗(yàn)儀的(13)低阻值精密電位器r3一起組成分流電阻(也可僅僅使用其中任意一個(gè)電位器)。學(xué)生可以選做該實(shí)驗(yàn)。

實(shí)施例6

用直流單臂電橋測(cè)電阻

直流單臂電橋又稱惠斯通電橋，其基本原理如圖8所示。圖中實(shí)驗(yàn)儀的(9)高阻值精密電位器r1、實(shí)驗(yàn)儀的(7)高阻值精密電位器r2一般為固定電阻，用本實(shí)驗(yàn)儀實(shí)驗(yàn)時(shí)可以方便的調(diào)整，實(shí)驗(yàn)儀的(13)低阻值精密電位器rs為可調(diào)電阻，它們與待測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)儀的(6)低阻值精密電位器rx連成一個(gè)四邊形。每一邊稱為電橋的一個(gè)臂，在對(duì)角a和c之間接入實(shí)驗(yàn)儀的(9)直流穩(wěn)壓e。在對(duì)角b和d之間用實(shí)驗(yàn)儀的(3)指針式微安表g(需選用±300微安量程的指針式微安表頭)搭橋連接。若調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)儀的(13)低阻值精密電位器rs使b點(diǎn)和d點(diǎn)電位相等，則實(shí)驗(yàn)儀的(3)指針式微安表g(需選用±300微安量程的指針式微安表頭)中無電流通過，電橋處于平衡。此時(shí)有

i1r1＝i2r2

i1rx＝i2rs

兩式相除得

通常稱rx為待測(cè)臂；rs為比較臂；r1和r2為比例臂，比值r1/r2稱為倍率?？梢姡陔姌蚱胶鈺r(shí)，只要知道倍率和rs的值，就可計(jì)算出待測(cè)電阻，利用實(shí)驗(yàn)儀的(5)數(shù)顯歐姆表可以測(cè)得r1、r2及rs的阻值。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。