[再谈多用电表表盘刻度] 多用电表表盘刻度
时间：2019-01-04 03:31:41 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
多用电表是高中物理实验中要求学生必须熟练使用的仪器,它不但能测量电压、电流和电阻,而且有的兼有其它功能,因而更是检修工作中不可缺少的检测工具。如果细心观察表盘,还会发现很多值得我们研究的问题:直流电压、电流刻度均匀;电阻刻度与众不同,“0”刻线却在表盘右边,刻度由右向左先疏后密;而交流电压刻度从左向右先密后均匀。(如图1)当然表盘刻度的这种不同分布并非毫无依据,而是完全根据多用电表的测量原理来设计的。为了弄清这个问题,我们需要首先了解一下多用电表表头的工作原理。
表头是多用电表的核心部件,剖面图如图2,当处于磁场中的可动线圈通过电流后,其与永久磁铁的磁场相互作用产生转动力矩,从而使线圈带动指针产生转动,同时游丝产生反力矩,阻止线圈转动,平衡时指针静止,指出示数。因为线圈是置于圆弧型的磁极和由软铁做成的圆柱型铁蕊之间的空隙中,因而空隙中的磁场是均匀的,并呈辐射状。
造成表盘刻度不同分布的原因如下:
1.直流电压、电流刻度
由电磁学的知识可知,表头可动线圈通电流后产生转动力矩:M=NBSI。
N:线圈匝数 B:空隙中的磁感应强度
S:线圈面积I:通过线圈的电流强度
若线圈带动指针转过的角度为α,则游丝形变产生的反力矩为:
Mf=Kα(K为游丝的弹性系数)。
二力矩平衡时:M=Mf。
即:NBSI=Kα。
所以偏转角α=。
由于N,B,S,K均为定值,因此指针的偏转角α与流动表头的电流成线性关系,而流过表头的电流又是经电阻分压电路直接取样于被测电路的,即表针偏转角的大小又正比例地反映了被测电路电压或电流的大小,因而在表盘上应按电压、电流的大小进行均匀刻度。
2.电阻刻度
用多用电表电阻挡测电阻时,其原理步骤如图3、4所示。
当红黑表笔短接时,调节R得到满偏电流值:
Ig=。
E:电池电动势 R:调零电阻
R:电池内阻Rg:表头内阻
当红黑表笔接入电阻Rx时,得到测量电流值:
Ix=。
又知表针偏转角:α=。
从而得到:α=。
其中NBSE,R+r+Rg均为定值。
上式表明,每个被测电阻Rx都有一个对应的指针偏转角α,其函数关系如图5,从图中可以看出,指针偏转角α与Rx并不呈线性关系,随着被测电阻Rx的均匀增大,偏转角并非均匀减小,而是开始时减小得快,而后减小得慢,最后无限趋近于零。这样按偏转角随电阻的变化而变化的规律在表盘进行刻度时,是不均匀的。被测电阻为零,即红黑表笔短接时,流经表头的电流最大,指针偏转角最大,故其电阻“0”刻线应在最右边。当红黑表笔断开时,流经表头的电流为零,指针偏转角为零,指针位置刻度为欧姆刻度的无穷大处,且从“0”刻线开始向左刻度间隔应是先疏后密。
3.交流电压刻度
由表头工作原理可以看出,流过表头线圈的电流必须是直流才能保证线圈带动指针向一个方向偏转,从而指示示数,因而在测交流电时必须利用二极管的单向导电性将电阻分压电路取样后得到的交流电(与所测的电压成比例)变成直流电,再流过表头线圈,如采用半波整流则可让整流二极管与表头线圈直接串联。由二极管的伏安特性(图6)可知,在正向特性的起始部分OA段(小于0.5V),电流随电压的增加是缓慢的,此时的二极管呈现出一个大电阻,流过表头线圈的电流很小,表针的偏转角很小,所以表盘上的刻度间隔较密。随着电压的增加(大于0.5V),电流随电压迅速上升。如AB段,电流和电压的关系才基本上转化为直线关系,同时二极管所呈现的电阻减小,表盘上的刻度才开始“近似”均匀分布。由此可知,交流电压开始刻度的不均匀是由于二极管的伏安特性呈非线性而造成的。
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