数字式仪表在电磁学实验中的应用研究

测量是获得信息的重要手段.在自动化信息化社会中，要求测量的精度高、速度快，要求实现测量自动化.同时，被测对象范围也不断扩大，由单-物理量扩展为多个物理量，由静态量扩展为动态量.对于这样的测量任务，传统的模拟指针式仪表是无法完成的.数字化测量技术正是适应这-需要而发展起来的.数字化测量是将被测的连续物理量经过取样和量化，转化为相应的离散的物理量，以数字的形式进行编码、传输、储存、数据处理和显示的测量方法.数字化测量是将被测量转化成数字量后，可直接送到计算机中进行数据处理或实时控制.数字化测量原理、方法及仪器结构等方面完全不同于传统的指针式仪表.它具有测量速度快、精确度高、操作方便等优点.因此，数字化测量技术广泛地应用于数字仪表、非电量测量、数据采集系统、自动控制等各个领域.在电磁学实验中，有很多实验应用的是指针式仪器，给实验带来诸多不便，若用数字式仪表替代指针式仪器，除给实验的操作带来很多方便外，还能大大提高实验的测量精度。

1 应用于惠斯通电桥测电阻实验用惠斯通电桥测电阻实验中，以前的平衡指示器用的是指针式检流计，如图1所示，若换成数字电压表，实验将得以改进。

1)电阻R -R 初值放的不准确，或电路有故障，电压表都不会被烧毁.因为数字电压表有过载保护，不用担心电压表被烧毁。

2)调平衡过程中(电阻箱有断路现象)，数字电压表因有过载保护不用担心电压表被烧毁。

3)没有读数误差.由于测量结果直接以数字形式给出，所以示数读出方便，不用估读数据，所以不会产生读数误差。

基金项目：辽宁侍育厅高等教育教学改革研究项目(No：2009B145)。

作者简介：符时民(1958-)，男，教授，从事基础物理实验教学及科研工作图1 惠斯通电桥原理图330 渤海大学学报(自然科学版) 第 33卷4)测量速度快.数字电压表的最高测量速度可达每秒钟几万到几十万次。

6)数字仪表操作简单，测量过程自动化，可以自动地判断极性，带有微机处理器的数字仪表具有自动校零、自动校准、切换量限的功能。

2 应用于电位差计校表实验以前电位差计校表实验中的电位差计用的是 UJ37型电位差计，其平衡指示器用的是指针式检流计，现改用数字式33D型电位差计，如图2、图3所示.实验研究发现具有如下优点：1)不用使用标准电池，节省仪器费用。

I 上 个、 u 0 ，1tI 1t 2J - - 图2 校准电压表电路图2)不用经过温度修正，计算简单。

E K图3 校准电流表电路图3)测量方便.不用经过校准和测量两个步骤的调节，直接由uJ33D读出。

5)消除系统误差.避免了uJ37方法中工作电流发生变化带来的系统误差。

6)有过载保护.如电路有故障或误操作，因为UJ33D有过载保护，所以不用担心 UJ33D被烧毁。

7)没有读数误差.由于测量结果直接以数字形式给出，示数读出方便，不用估读数据，所以不会产生读数误差。

8)测量速度快.数字电压表的最高测量速度可达每秒钟几万到几十万次。

9)灵敏度高.现代积分式数字电压表分辨率可达0.01 IxV。

10)准确度高.UJ37测量电压的准确度是0.5%；UJ33D测量电压的准确度可以达到满度值的0.01%。

11)测量电压值区域宽.UJ37量程是 0-103 mV；UJ33D量程是0-2500 mV。

3 应用于霍尔效应实验霍尔效应实验，以前用于测量工作电流 I、励磁电流 I .、霍耳电压 u ，用的是指针式电流表和电压表，现改用数字式电流表和电压表，如图3所示.实验研究发现具有如下特点：1)数字仪表所占的体积小.霍耳效应测试仪上所用的两块数字电流表和-块数字电压表所占的体积很小，与指针式相比，大约是指针式的五分之-。

2)测量的准确度高.以前实验室常用的指针式电流表、电压表的准确度是0.5%；现在用的数字仪表的准确度可以达到满度值的0.01%。

3)没有读数误差.由于测量结果直接以数字形式给出，示数读出方便，不用估读数据，所以不会产生第4期 符时民，姜秀娟：数字式仪表在电磁学实验中的应用研究 331读数误差。

4)测量省时.由于数字表测量速度快，数字电压表的最高测量速度可达每秒钟几万到几十万次，所以测量省时。

工作电流 霍耳电压 励磁电流图3 用霍尔效应测定螺线管磁秤线图5)灵敏度高.现代积分式数字电压表分辨率可达0.O1 IxV。

6)数字仪表操作简单，测量过程自动化，可以自动地判断极性，所以不会因为表的极性接错而损坏仪表。

7)有过载保护.如电路有故障或误操作，因为三块数字表都有过载保护，所以不用担心三块表被烧毁。

8)大大减小系统误差.由于数字仪表测量速度快，贝0量时间短，霍耳元件消耗的焦耳热少，电阻变化就小.所以测量霍耳电压u 带来的系统误差大大的减小。

4 应用于冲击电流计测电容及高电阻冲击电流计测电容及高电阻实验，以前用的是机械式冲击电流计，现改用数字式冲击电流计，如图4、图5所示.实验研究发现具有如下特点：ba图4 冲击法测电容电路图 图5 冲击法测高阻电路图1)不用安装在墙上，省去调节光路的麻烦。

2)数字冲击电流计所占的体积小.与指针式相比，数字式的所占的体积很小，大约是指针式的二十分之-。

3)不怕振动.机械式冲击电流计非常怕振动，因为-振动，光路就会发生变化，没有办法进行光路调332 渤海大学学报(自然科学版) 第33卷节 。

5)有过载保护.测量数据超过量限、电路有故障或误操作，数字冲击电流计因有过载保护，所以不用担心数字仪表被烧毁。

6)恢复测量状态非常容易.数字冲击电流计只要按调零键就会立即回零，不像机械冲击电流计那样不容易回零，所以恢复测量状态非常容易。

7)测量省时.由于数字表测量速度快，数字电压表的最高测量速度可达每秒钟几万到几十万次，所以测量省时.又不用换向开关测量，所以能提高测量速度。

8)没有人为读数误差.机械式冲击电流计是根据标尺刻度来读数，会因各人读数习惯不同而产生人为不确定度；数字式的是以数字形式给出，示数读出方便，不用估读数据，所以不会产生人为读数误差。

9)读数容易且准确.机械冲击电流计的光标移动到最大位置时很快返回，读数时很困难