电流表的保护改进初探

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1、天津理工大学学生课外学术科技基金资助项目电流表的保护改进初探韦宏军（天津理工大学理学院）指导老师：张保立9天津理工大学学生课外学术科技基金资助项目摘要目前，《伏安特性》这一实验是全国各高等院校普通物理实验中非常重要的一项实验，而实验过程中电流表是一个必不可少的测量工具，但是这一实验在实际操作中存在诸多不足之处。比如说实验中电路调整不当或者其他因素使得高精度电流表损坏，影响实验进行的同时，造成经济资源的损失。我们的课题旨在通过研究和实验，用整流二极管对电流表进行一定的电路改装改装，从而使得高精度电流表在实验过程中不会造成指针损坏和电表的线圈烧毁，这样大大延长了仪表的

2、使用年限，同时节省各实验室的经费支出。关键词Ⅰ.科技立项…Ⅱ.物理学-实验-高等学校Ⅲ.伏安法…9天津理工大学学生课外学术科技基金资助项目目录摘要……………………………………………2关键词…………………………………………2目录……………………………………………31.电流表实施安全改进的必要性……………………41.1.当前各高校的电流表使用现况………………41.2.电流表使用出现得常见问题…………………41.3.研究课题的提出……………………………42.改装方案中所用部件的原理及特性概述……………42.1.电流表的内部结构原理……………………42.2.整流二极管的导

3、电特性……………………53.电流表保护改进设计及原理阐述……………………63.1.改进方案的电路图及其原理阐………………63.2.改进方案的误差分析………………………74.本研究成果的意义………………………………84.1.实用价值…………………………………84.2.经济价值…………………………………8鸣谢…………………………………………8参考资料……………………………………89天津理工大学学生课外学术科技基金资助项目1.电流表实施安全改进的必要性1．1.当前各高校的电流表使用现况众所周知，电流表作为一个测量仪表，在各种电学验证实验和创新设计实验中都是一个不可缺少的

4、部件，现存市面上大体分为两大类即普通模拟安培表和数字电流表。但是现阶段各高校以及中学生的各类电学实验所用的电流表均为模拟安培表，另一方面模拟安培表是在电磁理论的基础上设计制造出来的，而其原理又是学生物理课程中所要求必须熟知和掌握的，还有就是模拟安培表牵扯到一系列改装实验，尤其是学生的创新实验。综上，现阶段包括以后很长一段时间内，各高校包括中小学的实验室中在电流表这个行列中模拟安培表就助于主流地位。1．2.电流表在使用过程中常见的问题对于电流表（这里以及下文中除申明外出现得电流表均指模拟安培表）的使用相信大家都并不陌生，即使用过程中将电流表与被测元件串联，选择合适的

5、量程，正确读数记录即可。看似这并不复杂，但是，在电流表的实际使用过程中问题却并不少见，常见的问题轻者有随着使用时间的增长，仪表的精度逐渐降低，重者有电流表指针打弯或打断，更有甚者电流表表头线圈烧毁，至于出现上述状况的原因大概来自两方面，其一为认为因素，包括使用仪表过程中错误判断量程或者误将仪表的正负极接反，其二就是自然因素，比如电路中由于设备的故障导致实验电路中电流过大等等。至于从作用效果分析呢，导致电流表损坏的因素有两个：①电路中电流过大。②电流表的正负极错误的反接。1．3.研究课题的提出基于1.1和1.2提出的问题呢我们提出了我们的研究课题《电流表的保护改进初

6、探》，我们的课题旨在对传统的模拟安培表做一些简单的改进设计，使得当在实验中出现人为地错误操作或者非正常的自然因素时能对电流表起到一定的保护作用，或者说不至于仪表发生偏差或者损坏。不难发现，我们的所做的改进必须要符合以下要求：⑴．所有的改进方案必须要保证在不改变原有仪表的精度或者说差生的偏差必须在实验要求的误差允许范围之内，因为我们所处理的对象是测量仪器，如果我们改装后的电流表所测量的数据达不到测量的要求，那么我们的改装设计也就没有任何意义可谈了。⑵．我们所改装后的的电流表得在当出现非正常情况时确确实实能起到自我保护的功效，否则所谓的改进就形同虚设了。⑶．所有的改进

7、设计方案中用到得材料部件要易找，廉价;改进方案在付诸实践的过程中操作要简单，做工要求不高，这样才能为大家都所接受，所普及，真正的服务于大家。2.改装方案中所用部件的原理及特性概述2.1．电流表的内部结构原理电流表的内部结构也并不复杂，大体上说是由一个灵敏电流计表头和一个电阻并联而构成的，电路图如下：9天津理工大学学生课外学术科技基金资助项目我在这里首先说的是电阻R及其R与仪表的量程及其精度的关系，为了叙述方便我们设I为电流表的满偏电流，即量程，和分别为电流表表头的满偏电流和电阻，则他们有如下关系：从上式不难发现，电流表的量程I和1/R成正相关，同时：R偏大时，测量

8、值偏大;R