免测电表内阻的伏安法电路设计及其应用研究 )

摘 要
　　物理学是自然科学的重要学科之一，是一门建立在实验基础上的科学。在实验研究中，测量是基本的、大量的工作之一。
　　"伏安法测电阻"作为中学物理的基础实验之一，又随着测量技术的发展，对测量电阻准确度的要求也越来越高。而由于在中学物理中，我们对电阻的测量并未考虑到电表内阻，若能采取一定的措施，在测量电阻时不测量电表内阻也能较准确测量电阻。
　　本文在中学伏安法测电阻（内接法、外接法）的基础上，对测量结果进行了误差分析，并根据欧姆定律对电路进行创新设计，对两种测量方案的结果进行了不确定度、相对误差、精确度的比较。同时，在测量过程中，根据现阶段数字测量的发展，也对电阻进行了一定的数字测量，对模拟化测量与数字化测量进行了比较。本文创新电路的设计，基本解决了测量系统中电表内阻对测量结果的影响。
　　伏安法测电阻作为中学物理测量实验的基础，将不断成熟和完善，免测电有内阻伏安法测电阻的应用，不仅可以在普通物理实验中进行，也可在一些技术性项目尤其是在缺乏实验条件的情况下，达到较准确测量电阻的目的。
　　关键词：伏安法、欧姆定律、电表内阻

Abstract
The physics are one of natural sciences important disciplines, is an establishment in the experimental foundation science. In the experimental study, the survey is basic, one of massive work. "The voltammetry measured the resistance" takes one of middle school physics foundation experiments, also along with the survey technology development, to surveys the resistance accuracy the request more and more to be also high. But because in the middle school physics, we considers the electric instrument by no means to the resistance survey internal resistance, if can take the certain measure, when survey resistance the mishap electric internal resistance also can the more accurate survey resistance. This article in the middle school voltammetry measured resistance (in connection, outside connection) in the foundation, has carried on the error analysis to the measurement result, and carries on the innovation design according to the ohm's law to the electric circuit, has carried on uncertainly, the relative error, the precision comparison to two kind of surveys plans result. At the same time, in survey process, according to present stage numeral survey development, also has carried on the certain digital survey to the resistance, to simulated the survey and the digitized survey has carried on the comparison. This article innovates the electric circuit design, basically has solved in the measurement system the electric instrument nternal resistance to the measurement result influence. The voltammetry measured the resistance took the middle school physics survey experiment the foundation, unceasingly mature and will be perfect, exempts measured the electricity will have internal resistance the voltammetry to measure the resistance the application, not only will be allowed to carry on in the ordinary physical experiment, also might in lack the experimental condition in particular in some technical project in the situation, will achieve the more accurate survey resistance the goal.
 Key word: Voltammetry, ohm's law, electric instrument internal resistance
我们这次毕业设计的课题是"免测电表内阻伏安法测电阻"，它属于电测量电阻领域，特别是属于伏安法测电阻的范围研究。
　　在"伏安法测电阻"中，电阻是一个基本的重要的物理量，又是必要的重要的基本的电学测量。随着科学技术的不断发展，科学实验也在其重要的位置上发挥着作用，而"伏安法测电阻"作为普通物理实验的基础，一直处在重要的电学实验、研究位置。
　　1820年，法国物理学家安培（1755.1.22─1836.6.10）发现了"安培定律"，奠定了电动力学的基础；1827年，德国物理学家欧姆（1787.3.16─1854.7.6）在所发表的《电路的数学研究》一文中，提出了欧姆定律。欧姆定律在电路中是最基本的定律，为电学新时代拉开了序幕。之后，人们开始对电阻测量进行了一系列的研究，最基本的测量方法还是"电流表内接法和外接法"，其次是半偏法，还有就是替代法、补偿法（电流补偿、电压补偿）、电桥法（单电桥、双电桥）。例如：惠斯通电桥是英国发明家克里斯蒂在1833年发明的，但是由于惠斯通第一个用它来测量电阻，所以人们习惯上就把这种电桥称作了惠斯通电桥；开尔文电桥是1856年开尔文为了成功地装设海底电缆中进行研制的。
　　国内对测电阻的应用研究是从19世纪80年代清华大学对测电阻的研究开始的，同时结合国外先进的经验技术的基础上，运用欧姆定律R=，在基本的电流表外接法、电流表内接法的基础上，不断测量电阻电路进行了创新，使得测量电阻能够电路更简单、计算更方便、精度更高。其中各种方法都有其优缺点，其中补偿法相对于其它测量方法，其准确度比较高，计算也比较简单，但是测量电路比较复杂，调节过程也相对繁琐。
　　本课题先对电流表内外接法进行了测量，结合误差理论，其误差主要是系统误差，所以我们这次毕业设计"免测内阻伏安法测电阻"，也是希望能够在前人的技术发展的基础上，找到一种适合我们普通高校的，方便我们学习、实验、研究的方法，来更好的测量电阻，提高测量电阻的精确度。
　　毕业设计作为一门普通高校毕业生的必修课程，受到了越来越广泛的重视时，让我们毕业生能够通过一种比较好的方式，学会自我学习和自我创新。"免测内阻伏安法测电阻"做的重要工作之一就是科学实验。而测量是基本的大量的工作之一。所以此次毕业设计从科学实验讲，也让我们更好地学会了科学实验。
　　本次的"免测内阻伏安法测电阻"通过对普通的伏安法测量（电流表内接法、电流表外接法）的分析比较，通过对仪器仪表的学习使用，总结了物理实验中的常用的数据处理方法（本次主要用到了最小二乘原理），并对伏安法测电阻的实验方法进行了一定的创新性设计。
　　此外，在进行毕业设计的过程中，参阅了国内外大量文献资料，吸收了众多研究者的经验和长处，所录参考文献如有疏漏处，请给予谅解。在此，还要特别感谢本次毕业设计的指导老师张昆教授的辛勤指导。

仪表结构和原理
　　仪表是磁电系张丝支承结构，磁系统采用铁环轭式结构，漏磁较小，并且具有良好的防御外磁场影响性能，磁钢用铝镍钴合，并经过特殊的稳定处理，使仪表能长时期保持准确度，仪表的可动部分采用新型的张丝支承，用两根高强度合金张丝固定在减震弹片上，并装有限止器，使仪表具有良好的抗震性能。此外，可动部分采用张丝支承后，偏转时不存在摩擦，使仪表的灵敏度和使用寿命大大提高。指针尖采用特种形影玻璃丝，能保证良好的直线性，刻度板下装有消除视差的反光镜，可保证仪表读数的准确。测量机构装在胶木外壳的单独密封小室内，可防止外来的机械力作用和脏物侵害。仪表的量程转换采用插塞，使用方便。
3. 以下是用数字万用表测得的C31型电表的内阻值
C31─A型电压表  RX0=0.7Ω
量程
45mV
75mV
3V
7.5V
15V
测量值
15.8Ω
31.3Ω
1.502KΩ
3.75KΩ
7.50KΩ
量程
30V
75V
150V
300V
600V
测量值
15.01KΩ
37.5 KΩ
75.0 KΩ
149.9 KΩ
0.299MΩ
C31─V型电压表  RX0=0.6Ω
量程
75mA
15 mA
30 mA
75 mA
150 mA
300 mA
测量值
4.2Ω
3.0Ω
1.9Ω
1.2Ω
0.9Ω
0.8Ω
量程
750 mA
1.5A
3A
7.5A
15A
30A
测量值
0.7Ω
0.6Ω
0.6Ω
0.6Ω6AAM.阻"的设计中，对电阻的测量，也间接的用到了欧姆定很
0.6Ω
0.6Ω

目　录

　　绪　论 - 5 -
　　第一章 伏安法测电阻 - 7 -
一、 电表 - 7 -
1. 产品的技术特性 - 8 -
2. 仪表结构和原理 - 9 -
3. 以下是用数字万用表测得的C31型电表的内阻值 - 9 -
4. 直流电流表 - 9 -
5. 直流电压表 - 10 -
二、 可调电阻 - 10 -
1. 旋转式电阻箱 - 10 -
2. 变阻器 - 12 -
三、 电流表内接法、外接法 - 12 -
1. 电流表外接法 - 13 -
2. 电流表内接法 - 15 -
　　第二章 三种典型测量方法简介 - 17 -
一、替代法 - 17 -
１、电流表与电阻箱加电键组合测待测电阻（替代法） - 17 -
２、电压表与电阻箱和电键的组合测待测电阻（替代法） - 17 -
二、电桥法 - 18 -
三、 补偿法 - 18 -
　　第三章 免测电表内阻伏安法测电阻 - 19 -
第1节 电路原理、测量方法及步骤 - 19 -
第2节 测量数据处理 - 20 -
一、 5.1Ω标称电阻 - 20 -
二、 2 KΩ标称电阻 - 21 -
第3节 与伏安法测电阻的对比分析及实验结论 - 21 -
　　第四章 指针式仪表与数字式仪表的比较研究 - 23 -
第1节 推陈出新是历史之必然 - 23 -
第2节 模拟电表与数字电表 - 23 -
第3节 数字电表的特点 - 23 -
　　第五章 创新电路在不同电路系统中的应用 - 25 -
一、 创新电路在变压器测电阻中的应用 - 25 -
注意事项 - 25 -
规范要求 - 25 -
有关换算 - 26 -
实例分析 - 26 -
二、 毫欧姆级电阻测量 - 27 -
　　第六章 数字电路概述 - 28 -
一、数字万用表的叙述 - 28 -
一. 概述 - 28 -
二. 安全事项 - 28 -
三. 技术特性 - 28 -
四. 电阻测量 - 29 -
二、数字万用表对5.1Ω、2KΩ电阻的测量及数据处理 - 29 -
　　第七章  电阻的数字化测量 - 31 -
一、 比例运算法 - 32 -
二、 比率法 - 32 -
　　The Problem of Measurement, Electrical Instruments - 33 -
英译汉：电气仪表的量度问题 - 35 -
电气仪表 - 36 -
主要电气仪表及其用途 - 36 -
　　结束语 - 38 -
　　参考文献 - 40 -
　　附录 - 41 -
一、 电阻箱的误差限 - 41 -
二、 电压、电流波动引起的误差限、 - 41 -
三、 电表的灵敏阈带来的误差（限）δ1 - 41 -
　　致 谢 - 42 -