лабораторная по метрологии. Лабораторная работа по теме Расширение пределов измерения электроизмерительных приборов при помощи шунтов и добавочных сопротивлений
 Скачать 470.07 Kb.
|
 Оглавлени 2. Шунт с каким сопротивлением необходимо использовать при измерении силы тока до 1000 мА амперметром с верхним пределом измерения 200 мА? 11 3. Почему шунт для расширения предела измерения амперметра включается параллельно амперметру, а шунт для расширения предела измерения вольтметра – последовательно вольтметру? 11 4. Определите действительное значение напряжения в сети, если вольтметр показывает 125 в, величина добавочного сопротивления – 150 кОм. 11 1.Теоретическая часть 3 2.Сборка схемы и измерение показаний……………………………5 3.Обработка эксперементарных данных 7 Вывод 10 Ответы на вопросы 10 Лабораторная работа по теме: «Расширение пределов измерения электроизмерительных приборов при помощи шунтов и добавочных сопротивлений» Цель работы: Изучить методы измерения больших значений силы тока, определении зависимости верхнего предела измерения электроизмерительных приборов от значения шунтирующего сопротивления. Постановка задач: Изучить схем подключения шунтирующего сопротивления к амперметру и вольтметру. Провести серии экспериментов для различных значений шунтирующего и добавочного сопротивления. Установить зависимости полученного шунтированием предела измерения прибора от значения сопротивления шунта. Выполнение работы: Подключение шунтов и добавочных сопротивлений к электроизмерительным приборам. Увеличение предела измерения электроизмерительного прибора связано с необходимостью выдерживания высоких значений силы тока. Большие токи вызывали бы увеличение сечения проводов обмотки катушки (обычно диаметр проводов не превышает 0,2 мм), а, следовательно, массы и момента инерции подвижной части прибора. Кроме того, приборы обладают внутренним сопротивлением, наличие которого приводит к тому, что подключение измерительных приборов к цепи влияет на её параметры. При этом наличие внутреннего сопротивления у амперметра приводит к тому, что общее сопротивление участка цепи возрастает, и поэтому сила тока в цепи с амперметром меньше чем сила тока без него. Чем меньше внутреннее сопротивление амперметра, тем меньшее изменение силы тока происходит на том участке цепи, куда включается амперметр. Поэтому пределы измерения по току расширяют с помощью шунтов, а по напряжению – с помощью добавочных резисторов. Шунтирование – подключение параллельно амперметру с внутренним сопротивлением RA сопротивления Rш, называемого шунтом. Схема подключения приведена на рисунке 1. При этом часть тока Iш проходит через шунт, а общий измеряемый ток I'm становится больше, чем предел измерения амперметра I'm. Такое соединение можно рассматривать как амперметр с новым пределом измерения, равным I'm. Рисунок 1 – Схема подключения шунта к амперметру  По законам Кирхгофа:  Решение системы уравнений относительно I'm будет иметь вид:  Из выражения следует, что чем меньше будет сопротивление шунта Rш, тем больше будет новый предел измерения I'm. Сопротивление Rш определяется выражением:  где  – коэффициент шунтирования.Сборка схемы и измерение показаний Расширение предела измерения амперметра. Собрали электрическую схему, представленную на рисунке 2. Рисунок 2 – Схема экспериментальной цепи  Соединили контакт К1 выхода Автотрансформатора с гнездом 8 мультиметра. Перевели мультиметр в режим измерения переменного тока, предел измерений 200 мА. Соединили гнездо 9 мультиметра (с контактом К1.1 электромагнитного Амперметра панели «Приборы магнитоэлектрические». Соединили контакт К2.1 электромагнитного Амперметра панели «Приборы магнитоэлектрические» с контактом К1.1 Активной нагрузки панели «Блок нагрузок». Соединили контакт К2.1 Активной нагрузки панели «Блок нагрузок» с общим контактом К2 Автотрансформатора. Соединили контакт К1.2 электромагнитного Амперметра панели «Приборы магнитоэлектрические» с контактом «99999,9 Ω» Магазина сопротивлений. Соединили контакт К2.2 электромагнитного Амперметра панели «Приборы магнитоэлектрические» с контактом «0» Магазина сопротивлений. Повернули регулятор напряжения Автотрансформатора против часовой стрелки до упора (установили указатель на отметку 0 В). Включили электропитание лабораторной установки, установив переключатели автоматических сетевых выключателей АВ1 и АВ2, мультиметр. С помощью галетных переключателей «×10» и «×1» Магазина сопротивлений установили сопротивление шунта равным R1. Плавно поворачивая регулятор напряжения Автотрансформатора по часовой стрелке, увеличили силу тока в цепи. Показания образцового амперметра, соответствующие показаниями «Ii» электромагнитного амперметра, занесли в таблицу 1. Отключить питание лабораторной установки, выключить мультиметр. С помощью галетных переключателей «×10» и «×1» Магазина сопротивлений установили сопротивление шунта равным R2. Включили питание установки, мультиметр. Плавно поворачивая регулятор напряжения Автотрансформатора по часовой стрелке, увеличили силу тока в цепи. Показания образцового амперметра, соответствующие показаниями «Ii» электромагнитного амперметра, занесли в таблицу 1. Таблица 1 – Результаты эксперимента
Таблица 2 – Параметры установки
Обработка экспериментальных данных По данным таблицы 1 рассчитали коэффициенты шунтирования амперметра n1 и n2 по формуле:  где I'm – показания электромагнитного амперметра, Im – показания образцового амперметра. При R1=50 Ом:      При R2=150 Ом:     Для полученных совокупностей значений коэффициентов шунтирования определили математическое ожидание по формуле:  При R1=50 Ом:  10+11,1+10,7+11,1+0)=8,58При R2=150 Ом:  Для полученных совокупностей значений коэффициентов шунтирования определили дисперсию по формуле:  При R1=50 Ом:  При R2=150 Ом:  (12,33+0,976+2,214+0,289+0,248)=4Для полученных совокупностей значений коэффициентов шунтирования определили среднеквадратичное отклонение по формуле:  При R1=50 Ом:  При R2=150 Ом:  =2Построили графики зависимостей показаний образцового прибора при различных значениях шунтирующего сопротивления от показаний электромагнитного прибора: Рисунок 1 – Зависимость показаний образцового прибора при R1=50 Ом шунтирующего сопротивления от показаний электромагнитного прибора  I'm  Im  Рисунок 2 – Зависимость показаний образцового прибора при R2=150 Ом шунтирующего сопротивления от показаний электромагнитного прибора I'm Im  Выводы В ходе данной лабораторной работе: Изучены методы измерения больших значений силы тока. Определена зависимость верхнего предела измерения электроизмертельных приборов от значения шунтирующего сопротивления. Установлена зависимость полученного шунтированием предела измерения прибора от значения сопротивления шунта. Проведена серия экспериментов для различных значений шунтирующего и добавочного сопротивления. 5. Была найдена взаимосвязь между сопротивлением резистора и коэффициента шунта. Коэффициент шунтирования показывает, во сколько раз увеличивается предал измерения амперметра при включении шунта. При низком сопротивление коэффициент становится больше Ответы на контрольные вопросы 1. Почему шунт позволяет изменить предел измерения электроизмерительных приборов? Увеличение предела измерения электроизмерительного прибора связано с необходимостью выдерживания высоких значений силы тока. Большие токи вызывали бы увеличение сечения проводов обмотки, а, следовательно, массы и момента инерции подвижной части прибора. Кроме того, приборы обладают внутренним сопротивлением, наличие которого приводит к тому, что общее сопротивление участка цепи возрастает, и поэтому сила тока в цепи с амперметром меньше чем сила тока без него. Чем меньше внутреннее сопротивление амперметра, тем меньше измерение силы тока происходит на том участке цепи, куда включается амперметр. Поэтому пределы измерения по току расширяют с помощью шунтов, а по напряжению – с помощью добавочных резисторов. 2. Шунт с каким сопротивлением необходимо использовать при измерении силы тока до 1000 мА амперметром с верхним пределом измерения 200 мА? Находим коэффициент шунтирования:   3. Почему шунт для расширения предела измерения амперметра включается параллельно амперметру, а шунт для расширения предела измерения вольтметра – последовательно вольтметру? Это связано с особенностями параллельной и последовательной работе цепи для вольтметра и амперметра. Ток, подключённый параллельно амперметру распределяемся между ветвями в то время, как при последовательном соединении он будет одинаков на всех элементах цепи, поэтому шунтирование не будет иметь смысла; то же самое происходит и с вольтметром: при последовательном подключении напряжение разделяется между элементами, а при параллельном одинаково на всех элементах цепи, и шунт, в таком случае, был бы бесполезен. 4. Определите действительное значение напряжения в сети, если вольтметр показывает 125 в, величина добавочного сопротивления – 150 кОм. +  | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||