伏安法测量线性电阻阻值(设计性)实验报告[1]

成都信息工程学院

物理实验报告(仅供参考)

姓名: 赵小云 专业: 班级: 学号: 实验日期: 2008-9-26下午 实验教室: 5206 指导教师: 【实验名称】 伏安法测线性电阻阻值(设计性) 【实验目的】

1. 学会简单的电路设计;明确如何选择仪器和确定最佳测量条件 2. 学会分析实验中的系统误差,掌握其修正方法 【实验要求】

1.若要求电阻的测量误差

RXX

1.5%,应如何选择仪器和确定最佳测量条件?

2.对你所用仪器来说,两种接线方法(即内接法和外接法)其电表内阻给测量引起的系统误差各为多少?你采用哪一种方法?是否必须修正才能满足实验要求的

RRX

1.5%?

3.设计并绘出适当的线路图(图中标仪器规格,元件参数); 4.写出测量步骤设计好数据记录表格. 5.提出数据处理和误差估算方法. 【仪器和用具】(根据设计需要选择)

1.待测电阻两个(RX115;RX110K) 2.直流稳压电源一台

3.滑线变阻器(500,1.3A一只;23,3A一只;140,1A一只)

4.电压表:(0-2.5-5-10V,0.2级,电压灵敏度333.3/V)一只,(0-1.5-3V,0.5级,电压灵敏度200/V)一只

5.电流表:(0-50-100mA,0.5级,表头压降90mV)一只,(0-150-300A,0.5级,表头压降177mV)一只 6.开关数个,导线若干.

设计思路提示:(你的实验具体情况可能与下面不同,详细分析你的设计

方案,以下仅供参考)

1、实验原理:本实验要求用伏安法测量线性电阻的阻值,其实验原理是欧姆定律即:R测量电阻两端的电压,以及流过电阻的电流,根据欧姆定律计算得到电阻的值。

2、设计要求:用伏安法测量线性电阻的阻值的相对误差要不超过1.5%,即ER过伏安法测量线性电阻的阻值R

V

,通过I

Rx

1.5%。通Rx

V

,是间接测量,需要通过间接测量误差的传递公式而合成,据此: I

①根据间接测量误差传递公式:ER

RxIV

1.5%。 RxIV

假设电阻RX的误差平均地分配到V、I分误差上(误差均分原则)。 ②根据误差均分原则:

IV1.5%

0.75%IV2

对于电表这类的示值类的仪器,%

I

0.75%IV

0.75% V

仪量程

。以上两式就是选择电流表和电压表等级的重要依据。

③选择电表:对于电表的选择,重要的两个参数就是电表的等级和量程。 因为

V

0.75%VI

0.75%,电表在等级的选择上必须选取小于等于0.75级的。根据国标规I

定,电表的等级划分为:0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七个等级。那满足实验要求就有0.1、0.2、0.5三个等级的电表,但是在设计性实验中,选择仪器设备时还有一个节约的原则,就是:在满足条件的情况下,首先考虑选择精度最低的仪器。那么在本实验中,只有选择0.5级的电压表和电流表,在所提供选择的电压表中只有一只是0.5级的。而两只电流表都是0.5级的。还要分别对两个不同阻值的电阻的测量进行分析:

A、对于测量RX115,假设选取0.5级,1.5V的电压表,那么根据R

VVI IR

I1m

V11.5

100mA Rx115

所以测量RX1时应选择0.5级,1.5V的电压表和0.5级,100mA的电流表作为测量仪器。 B、对于测量RX210K,同理可以得到I2m

V23

300A Rx210000

所以测量RX2时应选择0.5级,3V的电压表和0.5级,300uA的电流表作为测量仪器。

④判断电流表的接法:

对于伏安法测线性电阻阻值,电表的接法主要是指电流表在电路中内接还是外接。一般有两种判断方法:

Rx,电流表外接,如图1

Rx,电流表内接,如图2所示; A、 对于测量RX115,根据所选的电表:

RV2001.5300,RA90/1000.9

16.43

所以测量RX115时,电流表采用外接。 B、 对于测量RX210K,根据所选的电表:

RV2003600,RA177/0.3590

594

所以测量RX210K时,电流表采用内接。

I

I

图1

图2

另一种判断方法是根据内外接电路所带来的误差进行比较,选取误差小一些的接线方式进行具体实验。方法如下

假设(1)、电流表外接,如图1示:

Rx两端电压为VVx ,电流表上IIxIV,那么

联的结果,所引入的方法误差表示为:

RRV

xV,实际是Rx与电压表内阻RV的并IRxRV

Rx

(1) Rx

RxRv

(2)、电流表内接,如图2所示:

2

IIx, 则 VVAVx,

VVAVx

实际是Rx与电流表内阻RA的并联的结果,RARx,

IIx

所引入的方法误差表示为:

RxRA (2)

A、对于测量RX115,选取的测量仪器是0.5级,1.5V的电压表,带入数据得到

Rx外0.72Rx内0.9,通过比较得应该采取电流表外接的接线电路。如图1

B、对于测量RX210K,选取的测量仪器是0.5级,3V的电压表和0.5级,300uA的电流表,带入数据得到Rx外9434

Rx内590,通过比较得应该采取电流表内接的接线电路。如图2

⑤、确定最佳测量条件:

使用的仪器选、电路的接线方式确定后,应选取最佳的测量范围。确定最佳测量范围的原则是: 1、电表不能超过满量程。

2、电表使用低于满量程时,由电表引起的测量相对误差应满足要求

UI

0.75% UI

A、对于测量RX115,选取0.5级,1.5V的电压表,因为

V仪量程

%,

V仪量程%0.75% ,又 V测

V仪0.75%

0.75%

1V,

0.75%

可得电压表的最佳测量范围为:1VV测1.5V

同理毫安表的最佳测量范围为:66.7mAI100mA(在此条件内都能满足误差要求)

B、对于测量RX210K,同理根据上例可得出

电压表的最佳测量范围为:2VU3V 电流表的最佳测量范围为:200AI300A

⑥、计算公式的修正:

A、对于测量RX115,我们采取电流表外接的接线电路。

Rx1

VV

IRV

X2Rx2

【注意事项】

V

RA I

1. 在最佳测量范围内采用多点测量法,且各点均匀。 2. 按照要求接好线路,检查无误后方能通电。 【数据记录】(双击可见以下两表的计算过程)

A、对于测量RX115 RV300

V(v)

I(mA)

1.00071.1

1.05074.8

1.10078.2

1.15082

1.20086

1.25089.1

1.30092.9

1.35097

1.400100

1.4501.500

Rx1()

Rx1

14.75714.72714.75814.71214.63414.71714.67814.59514.685

14.6959

()

Rx1

0.04255

Rx1()

0.060590.030580.062570.016220.061780.02150.017720.101330.01061

B、对于测量RX210K RA590

V(v)

I(A)

Rx2()

2.00198

2.10208

2.20218

2.30228

2.40239

2.502509410

2.60258

2.70269

2.80278

2.90289

3.00298

9506.29501.79497.79451.8

9470.58

9487.59447.29481.99444.69477.1

Rx2

()

35.572831.162127.1383

18.74

60.58116.938423.406311.361425.97896.5331

Rx2()

Rx2

注意:

25.7412

1、 一定要用修正公式进行计算,得到Rx的值。

2、 可能有一些测量点不在测量范围,要舍去,用符合要求的测量点进行计算。 【数据处理】

X1RX1

R

n

X1i

14.70

RX1

R

n

X1i

0.04

RX1

100%0.27% 1.5%RX1

B、对于测量RX2 :

RX2

R

n

X2i

9.47k

RX2

R

n

X2i

0.03k

RX2

1.5%100%0.31%

RX2

【实验结果】

A、对于测量RX1 :

RX1RX1RX1=14.700.04

RX1

R100%=0.28%X1

实验结果完全符合实验要求,说明该设计合理,操作正确,实验成功。

B、对于测量RX2 :

RX2RX2RX2=(9.470.03)103

RX2

R100%=0.32%X2

实验结果完全符合实验要求,说明该设计合理,操作正确,实验成功。

【问题讨论】 略

成都信息工程学院

物理实验报告(仅供参考)

姓名: 赵小云 专业: 班级: 学号: 实验日期: 2008-9-26下午 实验教室: 5206 指导教师: 【实验名称】 伏安法测线性电阻阻值(设计性) 【实验目的】

1. 学会简单的电路设计;明确如何选择仪器和确定最佳测量条件 2. 学会分析实验中的系统误差,掌握其修正方法 【实验要求】

1.若要求电阻的测量误差

RXX

1.5%,应如何选择仪器和确定最佳测量条件?

2.对你所用仪器来说,两种接线方法(即内接法和外接法)其电表内阻给测量引起的系统误差各为多少?你采用哪一种方法?是否必须修正才能满足实验要求的

RRX

1.5%?

3.设计并绘出适当的线路图(图中标仪器规格,元件参数); 4.写出测量步骤设计好数据记录表格. 5.提出数据处理和误差估算方法. 【仪器和用具】(根据设计需要选择)

1.待测电阻两个(RX115;RX110K) 2.直流稳压电源一台

3.滑线变阻器(500,1.3A一只;23,3A一只;140,1A一只)

4.电压表:(0-2.5-5-10V,0.2级,电压灵敏度333.3/V)一只,(0-1.5-3V,0.5级,电压灵敏度200/V)一只

5.电流表:(0-50-100mA,0.5级,表头压降90mV)一只,(0-150-300A,0.5级,表头压降177mV)一只 6.开关数个,导线若干.

设计思路提示:(你的实验具体情况可能与下面不同,详细分析你的设计

方案,以下仅供参考)

1、实验原理:本实验要求用伏安法测量线性电阻的阻值,其实验原理是欧姆定律即:R测量电阻两端的电压,以及流过电阻的电流,根据欧姆定律计算得到电阻的值。

2、设计要求:用伏安法测量线性电阻的阻值的相对误差要不超过1.5%,即ER过伏安法测量线性电阻的阻值R

V

,通过I

Rx

1.5%。通Rx

V

,是间接测量,需要通过间接测量误差的传递公式而合成,据此: I

①根据间接测量误差传递公式:ER

RxIV

1.5%。 RxIV

假设电阻RX的误差平均地分配到V、I分误差上(误差均分原则)。 ②根据误差均分原则:

IV1.5%

0.75%IV2

对于电表这类的示值类的仪器,%

I

0.75%IV

0.75% V

仪量程

。以上两式就是选择电流表和电压表等级的重要依据。

③选择电表:对于电表的选择,重要的两个参数就是电表的等级和量程。 因为

V

0.75%VI

0.75%,电表在等级的选择上必须选取小于等于0.75级的。根据国标规I

定,电表的等级划分为:0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七个等级。那满足实验要求就有0.1、0.2、0.5三个等级的电表,但是在设计性实验中,选择仪器设备时还有一个节约的原则,就是:在满足条件的情况下,首先考虑选择精度最低的仪器。那么在本实验中,只有选择0.5级的电压表和电流表,在所提供选择的电压表中只有一只是0.5级的。而两只电流表都是0.5级的。还要分别对两个不同阻值的电阻的测量进行分析:

A、对于测量RX115,假设选取0.5级,1.5V的电压表,那么根据R

VVI IR

I1m

V11.5

100mA Rx115

所以测量RX1时应选择0.5级,1.5V的电压表和0.5级,100mA的电流表作为测量仪器。 B、对于测量RX210K,同理可以得到I2m

V23

300A Rx210000

所以测量RX2时应选择0.5级,3V的电压表和0.5级,300uA的电流表作为测量仪器。

④判断电流表的接法:

对于伏安法测线性电阻阻值,电表的接法主要是指电流表在电路中内接还是外接。一般有两种判断方法:

Rx,电流表外接,如图1

Rx,电流表内接,如图2所示; A、 对于测量RX115,根据所选的电表:

RV2001.5300,RA90/1000.9

16.43

所以测量RX115时,电流表采用外接。 B、 对于测量RX210K,根据所选的电表:

RV2003600,RA177/0.3590

594

所以测量RX210K时,电流表采用内接。

I

I

图1

图2

另一种判断方法是根据内外接电路所带来的误差进行比较,选取误差小一些的接线方式进行具体实验。方法如下

假设(1)、电流表外接,如图1示:

Rx两端电压为VVx ,电流表上IIxIV,那么

联的结果,所引入的方法误差表示为:

RRV

xV,实际是Rx与电压表内阻RV的并IRxRV

Rx

(1) Rx

RxRv

(2)、电流表内接,如图2所示:

2

IIx, 则 VVAVx,

VVAVx

实际是Rx与电流表内阻RA的并联的结果,RARx,

IIx

所引入的方法误差表示为:

RxRA (2)

A、对于测量RX115,选取的测量仪器是0.5级,1.5V的电压表,带入数据得到

Rx外0.72Rx内0.9,通过比较得应该采取电流表外接的接线电路。如图1

B、对于测量RX210K,选取的测量仪器是0.5级,3V的电压表和0.5级,300uA的电流表,带入数据得到Rx外9434

Rx内590,通过比较得应该采取电流表内接的接线电路。如图2

⑤、确定最佳测量条件:

使用的仪器选、电路的接线方式确定后,应选取最佳的测量范围。确定最佳测量范围的原则是: 1、电表不能超过满量程。

2、电表使用低于满量程时,由电表引起的测量相对误差应满足要求

UI

0.75% UI

A、对于测量RX115,选取0.5级,1.5V的电压表,因为

V仪量程

%,

V仪量程%0.75% ,又 V测

V仪0.75%

0.75%

1V,

0.75%

可得电压表的最佳测量范围为:1VV测1.5V

同理毫安表的最佳测量范围为:66.7mAI100mA(在此条件内都能满足误差要求)

B、对于测量RX210K,同理根据上例可得出

电压表的最佳测量范围为:2VU3V 电流表的最佳测量范围为:200AI300A

⑥、计算公式的修正:

A、对于测量RX115,我们采取电流表外接的接线电路。

Rx1

VV

IRV

X2Rx2

【注意事项】

V

RA I

1. 在最佳测量范围内采用多点测量法,且各点均匀。 2. 按照要求接好线路,检查无误后方能通电。 【数据记录】(双击可见以下两表的计算过程)

A、对于测量RX115 RV300

V(v)

I(mA)

1.00071.1

1.05074.8

1.10078.2

1.15082

1.20086

1.25089.1

1.30092.9

1.35097

1.400100

1.4501.500

Rx1()

Rx1

14.75714.72714.75814.71214.63414.71714.67814.59514.685

14.6959

()

Rx1

0.04255

Rx1()

0.060590.030580.062570.016220.061780.02150.017720.101330.01061

B、对于测量RX210K RA590

V(v)

I(A)

Rx2()

2.00198

2.10208

2.20218

2.30228

2.40239

2.502509410

2.60258

2.70269

2.80278

2.90289

3.00298

9506.29501.79497.79451.8

9470.58

9487.59447.29481.99444.69477.1

Rx2

()

35.572831.162127.1383

18.74

60.58116.938423.406311.361425.97896.5331

Rx2()

Rx2

注意:

25.7412

1、 一定要用修正公式进行计算,得到Rx的值。

2、 可能有一些测量点不在测量范围,要舍去,用符合要求的测量点进行计算。 【数据处理】

X1RX1

R

n

X1i

14.70

RX1

R

n

X1i

0.04

RX1

100%0.27% 1.5%RX1

B、对于测量RX2 :

RX2

R

n

X2i

9.47k

RX2

R

n

X2i

0.03k

RX2

1.5%100%0.31%

RX2

【实验结果】

A、对于测量RX1 :

RX1RX1RX1=14.700.04

RX1

R100%=0.28%X1

实验结果完全符合实验要求,说明该设计合理,操作正确,实验成功。

B、对于测量RX2 :

RX2RX2RX2=(9.470.03)103

RX2

R100%=0.32%X2

实验结果完全符合实验要求,说明该设计合理,操作正确,实验成功。

【问题讨论】 略


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