关于“单电源如何实现欧姆表的多倍率”的探讨

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  学生对多用电表中的欧姆表的使用,以及其内部电路和工作原理,往往有诸多疑问,各位教师也都尽其所能为学生答疑解惑.不久前在本刊的2014.4的第7期中,拜读了江苏无锡的周孝明老师的《欧姆表使用过程中的最易滑过的几个问题》一文,觉得文章的题目十分风趣,对疑问的解答也很详实.但是,对“单电源是如何实现欧姆表的多倍率?”的解答,我有不同看法,希望能与周老师、以及对此课题有兴趣的同行们交流探讨.
  周老师的原文中提出:电流表的量程增大为原来的10倍,欧姆表的倍率就扩大10倍,并且配了电路图(如图1所示).我沿用周老师设定的符号再来推导一遍:
  设电流表的内阻为Rg、量程为Ig,电源的电动势为E、内阻为r,调零电阻为R0.当欧姆表选定“×1”的档位(如图1所示),经过欧姆调零后,欧姆表的内阻为R内=R0 r Rg=[SX(]EIg[SX)].根据欧姆表读取电阻的方法:电阻测量值=表盘示数×倍率,可知表盘上所标刻度即为欧姆表在“×1”档位下待测电阻的测量值(如图2所示).以中值刻度为例,当待测电阻Rx=R内时,接待测电阻后的电流为Ix=[SX(]ER内 Rx[SX)]=[SX(]12[SX)]Ig,此时电表指针半偏,表盘示数为R内,这也就是待测电阻的阻值.
  [TP1GW93.TIF,BP#]
  现给电流表并联一个阻值为[SX(]Rg9[SX)]的定值电阻,电流表的量程就扩大了10倍,再重新欧姆调零后,新欧姆表的内阻为R内′=[SX(]E10Ig[SX)]=[SX(]R内10[SX)].当测量阻值为Rx′=R内′的待测电阻时,新电流表的电流为Ix′=[SX(]ER内′ Rx′[SX)]=[SX(]12[SX)]Ig′,此时电表指针也半偏,表盘示数还是R内,那么待测电阻的测量值就是“R内×10”.显然,测量值是真实值的100倍!
  错误出在哪呢?——错误就出在倍率的设定上!
  当电流表的量程增大10倍,欧姆表的倍率不应该扩大10倍,反而应该缩小10倍,即“×[SX(]110[SX)]”.可是,我们所用的欧姆表都是扩大倍率的,没有缩小倍率的!那么应该怎样设置才能在欧姆表扩大倍数后让测量值与真实值相等?
  我们可以反其道而为之:将电流表在原有量程下的欧姆表倍率设定为“×1k”档位,对应的表盘示数也要相应的减少为测量电阻阻值的[SX(]11000[SX)](如图3所示).以中值刻度为例,示数为[SX(]R内1000[SX)] (R内是电流表在原有量程下的欧姆表总内阻),那么待测电阻的测量值为R测=[SX(]R内1000[SX)]×1 k=R内.可见,测量值与真实值[LL]相等.
  [TP1GW94.TIF,BP#]
  当电流表量程增大为原来的10倍,欧姆表的倍率将减小10倍,即“×100”档位.还是以中值刻度为例,待测电阻的测量值为R测=[SX(]R内1000[SX)]×100=R内′.可见,测量值与真实值还是相等的.
  同理当电流表量程增大为原来的100倍,欧姆表的倍率为“×10”档位;当电流表量程增大为原来的1000倍,欧姆表的倍率为“×1”档位.原理图应调整为图4.
  所以,欧姆表的倍率越大,电流表的量程应该越小.
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