电路基本测量

实验四　电路基本测量

一、实验目的

1．掌握电流表、电压表、万用电表、稳压电源的使用方法。

2．学习电流、电压的测量及误差分析。

3．掌握电位的测量及电位正负的判定。

4．掌握电路电位图的绘制方法。

5．学会用电流插头、插座测量各支路电流的方法。

6．根据实验电路参数，合理选择仪表量程，掌握挡位的选择及正确读数的方法。

二、实验内容

1．布置并连接实验线路，调节可调稳压源输出，使用电压表、电流表测量电路电压、电流等，判断被测量的正负，进行误差分析；用电流插头、插座测量各支路电流。

2．分别以c、e为参考节点，测量混联电路中各节点电位及相邻两点之间的电压值，判定电位的正负；通过计算验证电路中任意两节点间的电压与参考点的选择无关，并根据实验数据绘制电路电位图。

三、实验仪器与设备

四、实验原理

1．滑动变阻器的使用

滑动变阻器是一种常用的电工设备。它可作为可变电阻，用以调节电路中的电流，使负载得到大小合适的电流；也可作为电位器，用以改变电路的端电压，使负载得到所需要的电压。滑动变阻器的额定值有最大电阻R_N和额定电流I_N。在各种使用场合，不论滑动触头处于任何位置，流过它的电流均不允许超过额定电流，否则会烧坏滑动变阻器。

2．电位的测量及电位正负的判定

电路中某点的电位等于该点与参考点之间的电压。参考点选择不同，各节点的电位也相应改变，但任意两点间的电位差不变，即任意两点间电压与参考点电位的选择无关。测量电位就像测量电压一样，使用电压表或万用电表电压挡。如果将仪表接“－”的黑表笔放在电路的正方向（参考方向）的低电位点上，接“＋”的红表笔放在正方向的高电位点上，表针正偏转，则读数取正值；表针反偏，则应将表笔对调后再测量，读数取负值。

3．电位图的绘制

若以电路中的电位值作纵坐标，电路中各点位置（电阻或电源）作横坐标，将测量到的各点电位在该坐标平面中标出，并把标出点按顺序用直线相连接，就得到电路的电位变化图。每一段直线段表示某两点间电位的变化情况；而且任意两点的电位变化，即为该两点之间的电压。

在电路中，电位的参考点可任意选定。对于不同参考点，所绘出的电位图不同，但其各点电位变化的规律是一样的。

4．电压和电流的测量与读数

在电路测量中，电流表应与被测电路串联，电压表要与被测电路并联。在直流电路中，要注意仪表正极端必须与电路高电位点连接，否则，仪表会出现反摆，甚至损坏。接线前，应估算电路参数后，正确选择仪表的量程：量程选择太小会使电参数超过仪表量程，损坏仪表；量程选择太大又会增加测量误差。根据误差理论分析，一般应当使读数在1／2～2／3满刻度之间。一定准确度的仪表，所选量程越接近被测值，测量结果的误差就越小。

5．电流插座和插头的设置

为了用同一电流表测量多个支路电流，电流表并不直接串入电路，而是用几个电流插座来代替。将电流插座接入被测电流支路，电流插头两接线端与一个电流表两接线端相接；只要将电流插头插入电流插座的两接触铜片间，电流就流经电流表，测得所需支路电流。

6．电路故障分析与排除

（1）实验中常见故障

①连线：连线错误、接触不良、短路或断路。

②元件：元件错误或元件值错误，包括电源输出错误。

③参考点：电源、实验电路、测试仪器之间公共参考点连接错误等等。

（2）故障检查

故障检查方法很多，一般根据故障类型，确定部位，缩小范围，在小范围内逐点检查，最后找出故障点并给予排除。简单实用的方法是用万用电表（电压挡或电阻挡）在通电或断电状态下检查。

①通电检查法：用万用电表电压挡或电压表，在接通电源的情况下，若根据实验原理，电路某两点应该有电压，万用电表测不出电压；某两点不应该有电压，万用电表测出了电压；所测电压值与电路原理不符，则故障即在此两点间。

②断电检查法：电工实验过程中，经常会遇到接触不良或连接导线内部断开的隐性故障，利用万用电表可以较方便地寻找到这类故障点。在测量过程中发现某点或某部分电路在数值上与理论值相差甚远或时有时无时，可以大致推断出故障区域；然后切断电源，用万用电表欧姆挡测量故障区域内的端钮、接线、焊点或元件，当发现某处应当是接通而阻值较大时，即为故障点。

五、实验注意事项

1．使用指针式仪表时，要特别关注表针的偏转情况，及时调换表的挡位，防止指针打弯或仪表损坏。

2．测量电位时，不但要读出数值，还要判断实际方向，并与设定的参考方向进行比较，若不一致，则该数值前加“－”号。

3．使用电流测试线时，红色插头接电流表“＋”，黑色插头接电流表“－”。

4．使用数字直流电压表测量电位时，黑表笔端插入参考点，红表笔端插入被测各点，若显示正值，则表明该点电位为正（即该点电位高于参考点电位）；若显示负值，表明该点电位为负值（即该点电位低于参考点电位）。

5．使用数字直流电压表测量电压时，红表笔端接入被测电压参考方向的正（＋）端，黑表笔插入被测电压参考方向的负（－）端，若显示正值，则表明电压参考方向与实际方向一致；若显示负值，表明电压参考方向与实际方向相反。

六、实验内容与步骤

图4－15　实验电路

1．实验线路如图4－15所示，实验前先任意设定三条支路的电流参考方向，如图I₁、I₂、I₃所示。

（1）分别将两路直流稳压电源接入电路，按如表4－13所列数据调节稳压电源输出电压。

（2）熟悉电流插头的结构，将电流插头的两接线端接至直流数字毫安表的“＋”、“－”两端，并分别插入三条支路的三个电流插座中，记录电流值，填入表4－13中。

（3）用直流数字电压表分别测量两路稳压电源的输出电压及电阻元件上的电压值，将测量结果记入表4－13中。

表4－13　电路基本测量实验数据

2．令U_S1＝12V，U_S2＝10V，分别以c、e为参考节点，测量图4－15中各节点电位及相邻两点之间的电压值，将测量结果记入表4－14中。通过计算验证电路中任意两节点间的电压与参考点的选择无关，并根据实验数据绘制电路电位图。

表4－14　不同参考点的电位与电压

七、实验报告要求

1．计算表4－14中所列各值，总结出有关参考点与各电压间的关系。

2．根据实验数据，绘制电位图形。

3．回答实验思考题。

4．写出实验心得体会。

八、实验思考题

1．测量电压、电流时，如何判断数据前的正负号？负号的意义是什么？

2．电位出现负值，其意义是什么？

3．电路中同时需要±12V电源供电，现有两台0～30V可调稳压电源，问怎样连接才能实现其要求？试画出电路图。

4．若I₁或I₂与图4－15中所标方向相反，测量时能否判定？其含义如何？