一、电学基本仪器及其使用
电表的结构和原理，国内外都基本一样，可分为模拟式电表和数字式电表两大类。
这两类电表的工作原理截然不同。数字式电压表的基本单元是模数转换器，输入电压通过模数转换器转换成数字量后，通过液晶显示器或数码管直接显示出来。数字式电流表则是使电流通过标准的取样电阻后变成电压量，然后进行测量的。而模拟式电表的基本单元是微安表，其工作原理是载流线圈在磁场中受到力矩而转动——即安培定理。电压表则是将待测电压通过标准电阻产生一个与电压成正比的电流，然后用电流表来测量。 模拟式电表因为有机械运动部件，所以常常称为机械表。它的内部机构如图2—2—1所示。为了尽量使载流线圈所受到的转动力矩与载流线圈所在角位置无关，使力矩的大小只和线圈上通过的电流大小成正比，所以实际使用的电表要专门设计磁极形状以使磁场的大小和方向能满足上述线性化的要求(见图2—2—1(b))。
电表又可分为直流电表和交流电表*直流电表是基本的。交流电表只是把被测的交流电先进行整流，变成直流电，或者脉动直流电后再进行测量。
点焊机电极
单用途电表的两个最重要参数是它的量程和测量精度。电表的量程是指它的最大可测量值，对模拟式电表，它的量程可直接由该电表表盘上的最大到度值读出。电表的“测量精度”专业上常用更确切的名词——测量“准确度”来表述。对数字式电表，它可由厂方的产品说明书查得。对模拟式电表，则可由该电表表盘上所刻的准确度等级A来读出(例如，见图2—2—12精密直流伏特表的表盘中的带圈的0.5，或图2—2-14中的一15，～1．5)。
根据我国的国家标准，一般模拟式电表的准确度等级A分为7等，它们是：0.1，0.2，0．5，1．0，1．5，2．5，5．0。无级别标志的电表可认为它的准确度等级劣于5．0。
电表的准确度等级，表示在该量程范围内的最大误差限，对模拟式电表，它的计算公式是电表的准确度等级
A＝(最大允许误差／量程)×100 (2—2—
1)
可见难确度等级A的数值越小的电表越精密，或者说越“高级”。
电表的系统误差则由两部分所组成：基本误差和其他附加误差。即
电表的系统误差＝基本误差+其他附加误差(2—2—2）电表的基本误差在规定的使用情况下，可按该量程范围内的最大误差限来计算，即电表的基本误差=量程×A％(2—2—3) 由上式可知，同一个电表，在不同量程时它们的基本误差是不一样的。请记住：电表每一次换量程挡后，它们的基本误差就变了。
电表的“规定使用情况”是电表保证它的最大误差限(即允许误差极限)不会大于它的准确度等级所表示的值的条件，或者说前提。模拟式电表要求的“规定使用情况”一般由电表的生产厂家根据国家标准，用统一的符号标记在电表的面板上。例如：
模拟式电表的放置方式：⊥表示该电表使用时庇垂直放置；∏表示水平放置(数字式电表没有放置方式的要求)。
电表的使用环境：II级防外磁场
电表的其他附加误差是指电磁场环境和温、湿度等的影响。在实验室的小正常工作条件下一般较小，可以忽略。注意，模拟式电表的放置方式对电表测量的准确度的影响很大。不按规定方式放置，例如，有的学生坐着做实验，为广读数方便，常常把电表倾斜放置(在工作中我们也可常常见到类似的错误方式)，对模拟式电表一般会引起人的测量误差，使电表的系统误羌远大于(2-2—3)式所表示的基本误差，在实验中必须禁止。数字式电表的放置方式可以随便。
万用表的基本功能是测量电压、电流和电阻。世界各国所生产和使用的万用表虽有价格高低、准确度不同和体积大小之分，但它们的基本功能和结构原理都是大致相同的，基本的使用方法也没有多大差别。
万用表可分为模拟式和数字式两大类。
下面介绍万用表使用的一般知识和操作技巧。
金属刷⑴万用表测试表笔的连接和使用
万用表都有“+”端和“-”端两个输入端(测量孔)(“-”端有的标以“*”，或者标以文字“COM”，通常称为“公共端”)，同时附带红黑两测试表笔。使用时，红表笔接“+”端，黑表笔接“-”端(“公共端”)
在进行电流或电压测量时，红表笔接电源的“+”端(或者电路的高电位端)，黑表笔接电源的“-”端(或者电路的低电位端)。如果接反，一般只是使电表的指针向反方向偏转，不
会造成电表损坏。在进行电阻测量时，就不必区分红黑表笔，即是说红黑笔无论接电阻的哪一端，测量结果都一样，
led天花灯电源
(2)正确、合理选择档位、量程
万用表进行测量前，必须预先把万用表置于正确、合理的量程档上。这是使用万用表最重要的操作要领。一旦违反，轻则表毁，重则造成人身伤亡事故。这种恶性事故多数发生在测量电压时。当万用表处于电流档时，去测量电压，这时万用表必定烧毁无疑。同样，当万用表处于电阻档时，去测量电源电压，万用表也必毁无疑。这种烧毁是如此之快，在测量表笔接触电路的一刹那，操作者还没有反应过来，几百元一个的万用表已经烧毁了。操作者常常因此目瞪口呆，但己无法挽救。
“置万用表于正确的档位”是指，测量什么量，万用表应该宣于那一个量的档上。从图2-2-2(b)中可见，所有万用表都有测量直流电流、直流电压、交流电流、交流电压和电阻五个大档，测量直流电压时，必须预先把万用表置于直流电压档上，决不能置于电流或者电阻档上。测量交流电流时，就应把万用表预先置于交流电流档……
合理的量程选择是指下面的几层意思：
①量程的预置：在测量某一未知大小的电量时，应该预先把万用表置于该量的最大量程处：如果己知该量的大概范围，则把万用表预先置于接近于它的最大值量程处。例如在检修某一日光灯电路时，应该预先把万用表置于交流电压的250 V或500V量程处。又如当要测量晶体管收合机电路中某一点的电压时，己知该机的电源电压为6V，由此可估计出该点的电压必在0——6V间，所以应该把万用表置于
最接近于它的直流10V处。
②万用表量程的精确选择，这里分两种情况：
a．当待测量是电流或电压(无论交流或直流)时，万用表量程精确选择的基本原则是
使电表的指针尽量接近满刻度。这一原则，对数字式仪表也适用。其原因是，这样能获的最好的测量准确度。读者通过本实验的数据处理，将会清楚地认识到这一点。
b．当测量电阻时，对模拟式万用表，选择量程的原则是，使电表的指针尽量靠近表盘的中间。在中学时我们学过，万用表测量电阻时，这时测量电路是通过万用表本身所带的电池来提供电源的。随着使用时间的增加，电池电压会逐渐降低，特别是在万用表置于R×1挡测量低电阻时，电源的消耗十分大，电池电压会很快降低。模拟式万用表为了防止电池电压的降低造成测量精度的变化，特地设置了一个校零电位器。在不同电阻挡测量时。一般该电位器所处位置(电阻值)都不一样。所以测量电阻时，每换一次量程，都必须校一次零。例如，当万用表拨到只R×1挡时，测量前，必须校零。当测量过程中发现该量程不甚合适，逐拨到R×10挡，就必须再次校零。在测量下一个电阻时，如果需要再次返回到真R×1挡，则不用再校零了。
频繁校零，不但增加电表的磨损，更增加测量时间。为了减少电阻换挡校零的次数，可先在不校零的
情况下用不同的量程档进行粗测，以选择最佳的量程档位。当确信该量程测量最为合理时(电表指针最接近表盘的中间)，再对该量程校零，最后作精确测量。
⑶正确读数
为了保证正确的读数，模拟式万用表使用时需要注意掌握下面几点：
①万用表应按表盘上规定的方式放置(本实验所用的MF35型万用表使用时必须平放)。
②读数时，视线应保持与表盘相垂直。现在中高档的万用表的表盘上都安装有一个圆弧形的反射镜。这时，读数应在指针和它在镜中的像重合时进行。这样做的目的，是为了避免不同的人对表针的同一位置有不同的读数。
③选择表盘上合理的刻度线进行读数。对模拟式万用表来说，它能测量交直流电流电
压和电阻五个量，对每一个量又有好几个量程。为了使电表面板尽量简洁，除了电阻挡有专用的刻度线外，交直流的电流和电压的不同量程档常常共用一条刻度线。读数时除了必须选
择对应量的刻度线外，还应选择尽量容易读数的刻度线来读。
例如当用MF35万用表测量交流220 v电压时，如果把万用表置于交流250 v量程挡，
这时电表指针处于图2—2—14所示位置。为了读出待测电压的正确数值，首先要到正确的刻度线。仔细观察表盘可以看到，它的最上面的一条到度线的左边标有望≅V A记号，这表示该刻度线是用作交直流的电流电压测量用的，注意它是多种分度的。表盘的中间刻度线的左边记有Ω符号，这表示该刻度线是专门为电阻测量设立的。显然，当把万用表置于交流250 v挡进行交流电压测量时，读数应按最上面的刻度线来进行。其次要注意到，最世上面刻度线标有三组不同的读数值，它们分别表示满量程分别按10、25和50来分度。显然，当万用表置于交流10v挡进行测量时，用满量程为10的读数线来读最方便。对于表盘上没有对应读数线的量程，例如，交流250V挡时，显然，用满刻度为25的读数线最方便。这时只要把该刻度线上的值乘上10就是了。当然也可用满刻度为10的读数线来读数，然后把每个刻度线上的值乘上25。显然，这样要麻烦些。在图2-2-14的示例中，交流电压的测量值应该为230 v。万用表在测量交直流电流和电压的其他量程时的读数方法也都如此，不再赘述。
电阻挡设置了专用的读数线，由于测量电路本身结构原理上的原因，电阻刻度线比较特殊。首先它的零点在表盘刻线的右边．而不像电流、电压刻度线那样在左边。其次它的读数线是不均匀的，越到左边，刻度线越挤，分辨率越差。在刻度线的右边，能读出的测量值的有效数字的位数也少。只有在中间部分，能读出的测量值的有效数字的位数最多，也就是说中间部分的测量准确度最高。事实上，根据模拟式力用表的设计原理，工厂对万用表的各电阻挡的标定时，都是以中间的电阻值(称“中值电阻”)为基准进行的。所以电阻测量则，
以中间部分的读数测量最精确。注意电阻测量读数时，要把刻度线上的值乘上该挡所示的倍率。
(4)读数时、必须在刻度线的最小分度值后再进行估读
这里，最小分度值所提供的是测量值的可靠数字的最低位，估读数是可疑数字。估读的原则是：测量者按照可以明显辨别的原则，尽量读得更精细一些，估读数也可达二位，一般要读到最小分度的1/10或1/5。实验测量结果最后要保留到拿一位，则由不确定度所在的位决定。
(5)实验完毕，万用表应置于交流电压档的最大量程处
万用表不用时应置于交流电压档的500V或1000V处。原因有二：
①高电压档是万用表最安全挡位。用万用表检修电灯照明和仪器仪表的电源故障是经常遇到的工作，任务常常很急。急切中即使有经验的操作人员也合忘记在测量前必须预先置合理的档的原则，错误地直接用万用表去测量市电电压。如万用表平时已置于交流电压500v 处，这种错误就不会造成事故。相反如果平时万用表随意置挡，这时恰处于电流挡或电阻挡，则这种错误就立刻变成事故，瞬间就造成很大的经济损失。
②万用表的两个测试笔常常因各种偶然因素而短路。如果平时万用表置于电阻挡，长时间的短路会造成电表内的十电池迅速耗电而发生漏液，电解液流淌到万用表机体内，引起元部件腐蚀而使整个万用插卡式摄像头
表报废。这种事故常可见到。如果万用表置于电压挡，万用表内的干电池是被关断的，就没有这种危险隐患。
（三）、滑线电位器
滑线电位器是用电阻丝(一般为镍铬丝)绕在瓷管上构成的(见图2—2—6)。电阻丝的两端接在下方的两个接线柱上，为固定端。滑动端下面的电刷与瓷管上的电阻丝为滑动接触它的上端也通过电刷与上边的粗金属条相接，再通过金属条一端的接线柱引出，这一接线柱通常称为滑动端。有的滑线电位器为了方便使用，在金属条的两端都有接线柱。由于金属
条十分粗大，金属条本身的电阻值非常小，可以忽略，故可以认为这两端都是同一个滑动端。
在实验室中滑线电位器主要用途有两个：
(1)用作可变电阻器。这时它把滑动端和两个固定端中的一个作为输出端。随着滑动
端在瓷管上从—端滑动到另一端，输出电阻从0变化到最大值(或者从最大值逐渐减小到0，随选用哪一个固定端而定)。为了防止滑动端在滑动过程中因接触不良而断开，导致瞬间电
阻变成无穷大而使电路发生激烈跳动事故，有经验的使用者常常把另一个固定端与滑动端相连(图2—2—7(b))。
微型碾米机
（2）用作连续可调电压源。它的连接方法如图2—2—8所示。这时从一个固定端和滑动端之间可以得到从零到电源电压E之间的连续可调电压。
用这种万法得到的电源的好处是输出电压能从0调起，连续可调；并且对电源有保护
作用，一旦输出短路，短时间内也不会烧毁电源。它的缺点是电源的输出特性差，随着负载的增大而变坏。具体说，就是输出电压不是随着滑动端的移动距离而作线性变化，并且随着滑线电位器本身电阻值的增加以及输出电流的增加，线性越来越差。
如何改善滑线电位器的输出特性，以前在各种教科书中有很多讨论，如减小滑线电位器本身的阻值(代价是电源消耗功率的增加)，计算滑线电位器的阻值与负载阻抗间的关系而选合适的滑线电位器……等等。近几年来，随着电子技术的进步，几乎所有稳压电源都具有很大的输出电压连续调节能力，有的甚至可以从零电压开始，所以滑线电位器用作连续可调电源的功能正在逐渐被可调稳压电源本身功能所取代，而可调稳压电源的输出特性要远远优于滑线电位器的电压输出特性，操作也非常方便轻巧。
（四）、电阻箱
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