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实验一 基本电工仪表使用及测量误差分析
一、实验目的
1. 掌握电压表、电流表等使用方法。
2. 会测定电压表、电流表准确度。
3. 学会减少电表对测量结果的影响及测量误差的计祘。
二、实验原理
用电工测量仪表测量一个电量时，仪表的指示值Ax与被测量的实际值Ao之间，不可避免地存在一定的误差，它可用两种形式表示：
绝对误差：△＝Ax－Ao
相对误差：＝×100%
用仪表测量会影响测量误差的因素很多（可参阅“附录一”或相关书籍），下面仅讨论其中的两个主要因素及处理方法。
1． 仪表准确度对测量误差的影响：
仪表准确度关系到测量误差的大小。目前，我国直读式电工测量仪表准确度分为0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5和5.0七个等级。这些数字表示仪表在正常工作条件下进行测量时产生的最大相对误差的百分数。

仪表准确度等级通常标在仪表面板上。仪表使用过程中应定期进行校验，最简单的校验方法是比较法。按仪表校验规定，必须选取比被校表的准确度等级至少高2级的仪表作为标准表，校验可用图1－1所示电路。

图1－1 比较法校验电路
在仪表的整个刻度范围内，逐点比较被校表与标准表的差值△，根据△最大值的绝对值与被校表量程Am之比的百分数，可以确定被校表的准确度等级。如测得结果，则被校表的准确度等级为2.5级。
例：有一准确度为2.5级的电压表，其量程为100V，在正常工作条件下，可产生的最大绝对误差（即：由于仪表本身结构的不精确所产生的基本误差）为：
＝2.5％×100＝±2.5（V）
对于量程相同的仪表，越小，所产生的就越小。
另外，用上述电压表分别测量实际值U为5V和100V的电压时，测量结果的相对误差分别为：

可见，在选用仪表量程时，被测量程值愈接近仪表满量程值，相对测量误差越小。
2．表内阻对测量误差的影响：
实际电路测量中，需将电压表与被测电压的支路并联，电流表与被测电流的支路串联。而电压表的内阻不可能为无穷大，电流表的内阻可能为零。所以当仪表接入被测电路时，会改变被测电路的工作状态，使测得的结果与被测电路的实际值产生误差。如测量未知电阻RX，可采用图1－2中的两种接法。

图1－2 用伏安法测电阻的两种方法
图1－2中，RV为电压表内阻，RA为电流表内阻。根据电路基本定律，从图1－2（a）可得
(1－1)
从图1－2（b）可得
（1－2）
从式(1－1)或（1－2）可看出，电表内阻RA、RV对测量结果有影响。如果我们能测得电压表、电流表的内阻，被测电阻RX就可通过式（1－1）或式（1－2）得到修正。
另外，根据误差理论，间接测量RX的相对误差，可用下列公式求得：
对应式（1－1）的公式为

(1－3)
对应式（1－2）的公式为
(1－4)
式(1-3)和(1-4)式中、分别为电压表、电流表读数的相对误差，、分别为电压表内阻RV 、电流表内阻RA测量值的相对误差。
三、实验内容
1. 用实验台上数字式直流电压表校验一个MF型万用表5V档的准确度等级；用实验台上数字式直流毫安表校验另一个MF型万用表50mA档的准确度等级。
校验方法：例如用图1－1电路（a）校验电压表调节恒压源输出电压US，使被校表指针依次指在标尺的大刻度值上，如图1－3所示的a、b、c、d、e、f位，分别记下被校表标准表相应的读数UX、UO（参数表1－1），则UXUO 分别为测量值和真值，则在每一大刻度值上的绝对误差为
△U=UX－UO，根据值确定被校表等级。
表1－1 校验电压表的准确度等级
MF型万用表5V档UX(V)
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
实验台数字式电压表UO(V)

绝对误差△U(V)

准确度等级：

表1－2校验电流表的准确度等级
MF型万用表50mA档IX(mA)
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
实验台数字式电压表IO(mA)

绝对误差△I(mA)

准确度等级：

2．用被校验5V、50mAMF型电表，按图1－2两种接法测标称值为100的电阻值。用数字万用表电阻档测量被测电阻，将该测量值视为被测电阻的真值。
表1－3 内接法、外接法测电阻
测量电路
图1－2（a）
图1－2（b）
U(V)

I(mA)

RX＝(kΩ)

3．数字式万用表分别测出MF型5V电压档、50mA电流档的内阻RV 、RA。（△RV 、△RA的计祘方法见万用表使用说明书）
四、主要仪器
1．直流恒压源
2．数字式直流电压表、毫安表
3．MF型万用表2只
4．数字式万用表1只
5．被测电阻（用三相交流负载箱上100Ω可调电阻的最大值）
五、实验注意事项
1． 实验台上的恒压源、恒流源均可通过粗调（分段调）波动开关
和细调（连续调）旋钮调节其输出量，并由该组件上数字电压表、
数字毫安表显示其输出量的大小。在启动这二个电源时，先应使
其输出电压调节或电流调节旋钮置零位，待实验时慢慢增大。
2. 恒压源输出不允许短路，恒流源输出不允许开路。
3. 电压表并联测量，电流表串入测量，并且要注意极性与量程的合理选择。
六、思考
1． 用量程为100 mA、1.5级电流表测量电流，电流表读数为89.5mA，求测量的绝对误差和相对误差。
2． 式（1－3）、（1－4）中的与求法？
七、实验报告要求
1．根据表1－1和1－2的数据，计算各被测仪表的的准确度等级。
2．根据表1－3的数据，按式（1－3）和式（1－4）计祘两种电路测量误差，并进行比较。