ТДЭ 1-5. Общее оборудование физического кабинета. Гальванические элементы и аккумуляторы. Школьный распределительный щит
 Скачать 6.9 Mb.
|
|
Погрешность измерения 5% Рабочее положение ваттметра вертикально. УСТРОЙСТВО ПРИБОРА Ваттметр демонстрационный (рис. 1) состоит из следующих основных частей: измерительного механизма ферродинамической системы M, сменных добавочных сопротивлений C, смешанных шкал Ш. Прибор смонтирован в пластмассовом футляре, лицевая сторона которого застеклена. Это позволяет учащимся видеть шкалу, стрелку и устройство измерительного механизма. Снизу на лицевой стороне футляра установлены 5 зажимов. Три зажима верхнего ряда обозначены *I, 1А, 5А. Два зажима нижнего ряда обозначены *V и V. Зажимы, отмеченные звёздочкой, являются генераторными. Зажимы верхнего ряда служат для включения прибора последовательно в измеряемую цепь. Зажимы нижнего ряда служат для включения прибора параллельно измеряемой цепи. К зажиму, обозначенному «V», подключают добавочные сопротивления. Для наглядности головки зажимов верхнего ряда отличаются по цвету от головок зажимов нижнего ряда. В крышке футляра имеются три прямоугольных паза. Передний паз предназначен для установки рабочей шкалы, остальные – для хранения двух свободных шкал, не используемых при данном измерении. В комплект прибора входят две двусторонние и одна односторонняя шкала. Они соответствуют пределам измерения мощности: 30, 150, 300, 750 и 1500 Вт. Каждая шкала разделена на 15 делений. Внутри прибора укреплена дополнительная фоновая шкала. На обратной стороне фоновой шкалы имеются 15 равномерных делений. Крайние отметки соответствуют началу и концу рабочих шкал. Это позволяет преподавателю следить за расположением стрелки прибора через застеклённую заднюю стенку футляра. На этой же стенке расположена головка корректора, вращая которую устанавливают стрелку прибора в исходное нулевое положение. В нижней части футляра имеется выдвижной ящик, предназначенный для хранения сменных добавочных сопротивлений.  Рис. 4 Демонстрационный ваттметрЭлектрическая СХЕМА ваттметра показана на рисунке 5.Сопротивление Rш служит для подгонки (при сборке прибора) номинального тока параллельной цепи ваттметра – 10 мА.ПРИМЕНЕНИЕ ДЕМОНСТРАЦИОННОГО ВАТТМЕТРАДемонстрационный ваттметр градуирован для измерения активной мощности переменного тока. Поэтому его основное назначение – измерение мощности при активных нагрузках в цепи однофазного переменного тока промышленной частоты (50 Гц). Наличие сердечника из ферромагнитного материала вызывает дополнительные погрешности в зависимости от характера нагрузки (от cos ).  Рис. 5 Электрическая схема ваттметра. При проведении демонстрационных опытов с цепями переменного тока, включающих или индуктивности, или ёмкости, следует иметь в виду относительно большую погрешность измерения. Показания прибора при этом могут быть использованы только для качественной характеристики демонстрируемого явления, а не для количественного обоснования физического закона. Ещё более значительной является погрешность ваттметра при его включении в цепь постоянного тока. Из-за влияния остаточного магнетизма при постоянном токе замечается зависимость показания прибора от предыдущего магнитного состояния магнитопровода. Вследствие этого влияния подвижная часть прибора (рамка), включенная под напряжение, будет отклонятся при отсутствии тока в неподвижной катушке ваттметра. Поэтому демонстрационным ваттметром нельзя производить измерения мощности постоянного тока. ВКЛЮЧЕНИЕ ВАТТМЕТРА В ИЗМЕРЯЕМУЮ ЦЕПЬ Для включения ваттметра его генераторные зажимы (зажимы, обозначенные *I и *V), соединяются накоротко одним проводником. Для правильного показания ваттметра оба генераторных зажима должны быть присоединены к одному проводу со стороны генератора источника тока, а не нагрузки. Затем другим проводом включается последовательно в цепь неподвижная катушка; при этом в зависимости от предела тока этот провод подключается к зажиму 1А – при измеряемом токе не превышающем 1А, или 5А при токе, не превышающем 5А. Затем включается параллельно цепи рамки; для этого предварительно к зажиму подключается одно из дополнительных сопротивлений (в зависимости от предела напряжения: 30V – до 30В, 150V – до 150В и 300V – 300В). В передний паз крышки прибора устанавливается рабочая шкала так, чтобы лицевая сторона прибора была обращена к шкале с пределом измерения, равным произведению предела по току на предел по напряжению. ОПЫТЫ С ВАТТМЕТРОМ Ниже описаны только отдельные опыты, характеризующие возможности демонстрационного ваттметра. ОПЫТ 1. Измерение мощности в цепи однофазного переменного тока с активной нагрузкой. Для выполнения этого опыта собирают электрическую цепь по схеме, приведённой на рисунке 3. При проведении опыта целесообразно иметь возможность плавного изменения напряжения, поэтому следует провода А, Б подключить к зажимам регулируемого напряжения школьного распределительного щита или воспользоваться школьным регулятором напряжения (или иным трансформатором), допускающим плавное или ступенчатое регулирование напряжения.  Рис. 6 Схема электрической цепи в опыте 1. В качестве нагрузки следует включить ползунковый реостат сопротивлением до 20 Ом (с допустимым током 5А). Ваттметр включают в цепь через добавочное сопротивление 150V и через зажим 5А (см. схему). Остановив ползунок реостата так, что в цепь включается все сопротивления реостата, устанавливается напряжение на нагрузку 50В, и наблюдают показания ваттметра, вольтметра и амперметра. Затем повышают напряжение на нагрузку, устанавливая последовательно 60, 80, 100В наблюдая каждый раз показания всех приборов. Результаты этого опыта подтверждают, что мощность равна произведению напряжения на силу тока. ОПЫТ 2. Измерение мощности в цепи трёхфазного тока с активной симметричной нагрузкой. С помощью одного демонстрационного ваттметра можно произвести опыт по измерению активной мощности трёхфазного тока при равномерной нагрузке всех фаз (т.е. когда в каждую фазу включены одинаковые нагрузки). Для проведения этого опыта собирают электрическую цепь, как показано на рисунке 7. В каждую фазу в качестве нагрузки включают по одной электрической лампе одинакового сопротивления. Измерительные приборы используются те же, что и в предыдущем опыте. Пределы ваттметра (по току и напряжению) устанавливаются в зависимости от напряжения и мощности электрических ламп. Р  ис. 7 Схема электрической цепи в опыте 2. По показаниям приборов устанавливают, что мощность одной фазы равна произведению фазного напряжения на ток в фазе. Учитывая полную симметрию цепи трёхфазного тока, приведённой на рисунке 4, высчитывают мощность всей цепи, умножив показания ваттметра на 3. ОПЫТ 3. Измерение мощности в цепи с активным и индуктивным сопротивлением. Для выполнения этого опыта собирают электрическую цепь по схеме приведённой на рисунке 5. В качестве активной нагрузки применяют ползунковый реостат, характеристика которого дана в опыте 1. В качестве индуктивного сопротивления включают в цепь машину постоянного тока. У этой машины индуктивной сопротивление.  Рис. 8 Схема электрической цепи в опыте 2. У машины устанавливают щётки в положении соответствующем работе машины в качестве коллекторного двигателя, и подключают обмотку возбуждения параллельно обмотке (т.е. собирают шунтовой двигатель). Ползунковый реостат и двигатель включают последовательно, затем подключают их по вторичной обмотке трансформатора, обеспечивающего напряжение 12В (можно воспользоваться универсальным трансформатором). Для измерения напряжения и силы тока применять демонстрационные амперметры и вольтметры. По показаниям приборов амперметра, вольтметра и ваттметра устанавливают, что произведение силы тока (показания амперметра) на напряжение (показания вольтметра) больше, чем активная мощность (показания ваттметра), потребляемая нагрузкой. Этот опыт подтверждает, что в цепи переменного тока мощность равна произведению тока на напряжение и на cos - косинус угла сдвига между током и напряжением. Поскольку cos меньше 1, то активная мощность меньше произведения силы тока на напряжение. Данные этого опыта позволяют определить cos. Для этого следует разделить показания ваттметра (активная мощность) на произведение силы тока на напряжение. Следует, однако, иметь в виду, что шкалы ваттметра отградуированы для измерения активной мощности и дополнительные погрешности, вызываемые наличием ферромагнитного сердечника, значительно снижают точность прибора. Поэтому данный опыт позволяет демонстрировать влияние сдвига фаз на величину мощности, но не может обеспечить точное определение. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ХРАНЕНИЮ ПРИБОРА Демонстрационный ваттметр следует хранить в сухом помещении при комнатной температуре. Для предохранения от попадания пыли (через прорези в крышке для шкал) рекомендуется хранить прибор в упаковочной картонной коробке. Как при хранении, так и при использовании ваттметр следует оберегать от толчков и ударов. 1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРИБОРА М1032 1.1. Назначение Гальванометр Ml032 демонстрационный магнитоэлектрической системы со световым указателем предназначен для измерения постоянного тока и напряжения при проведении физических опытов в учебных заведениях. Гальванометр может быть использован для нулевых измерений в мостовых схемах. Прибор может быть установлен на столе не имеющем капитального фундамента. Гальванометр предназначен для работы при температуре окружающего воздуха от 10 до 35,С и относительной влажности до 80% (при 25°С). 1.2. Технические данные Параметры гальванометра (не более): - цена деления по току (Ci) 5-10-7 А/дел; - цена деления по напряжению (Cu) 4-10-5 В/дел; - внутреннее сопротивление (Rг) 30 Ом; - внешнее критическое сопротивление (Rк)100 Ом; - период свободных колебаний (T0) 3 с. Примечание. Приведённые величины параметров относятся к положению переключателя регулятора чувствительности « xl ». Значения цены деления по току и напряжению, внутреннего сопротивления гальванометра, периода свободных колебаний соответствуют указанным на гальванометре, с допустимым отклонением не более 10%, а значение внешнего критического сопротивления гальванометра — с допустимым отклонением не более 20%. Регулятор чувствительности в положении переключателя «x10» и «x100» увеличивает величины постоянных по току и напряжению (Ci и Cu) в 10 и 100 раз, соответственно, с допустимым отклонением не более 10%. Разряд постоянства нулевого положения указателя гальванометра 1,0. Изменение цены деления по току, вызванное отклонением температуры окружающего воздуха от нормальной до любой температуры в пределах от 10 до 35°С не должно превышать 12%. Разница отклонений указателя гальванометра в обе стороны от нулевой отметки шкалы, при одинаковых токах, или разница токов, при одинаковых отклонениях указателя, не превышает 5% от среднего отклонения или среднего значения токов. Остаточное отклонение светового указатели гальванометра от нулевой отметки шалы, при плавном его движении от крайней отметки шкалы, не превышает 0,5 деления шкалы. Испытательное напряжение изоляции: а) между измерительной цепью и корпусом - 0,5 кВ; б) между цепью освещения и корпусом - 2 кВ; в) между измерительной цепью и цепью освещения - 2 кВ. Сопротивление изоляции при температуре 205°С н относительной влажности до 80% не менее 50 МОм. Циферблат гальванометра съёмный. На каждой стороне циферблата нанесены шкалы с 20 отметками и с крайними числами отсчета 5-0-5 с одной стороны и 0-10 с другой стороны. Длина шкалы не менее 200 мм. Цифры и отметки шкалы хорошо различимы с расстояния 7-8 м наблюдателем с остротой зрения не ниже 0,8. Световой указатель хорошо различим при этих же условиях и при освещенности шкалы от посторонних источников света до 50-100 лк. В осветителе используется лампа накаливания СМ13-10. Питание лампы осветителя производится от сети переменного тока частотой 50 Гц напряжением 127 и 220В через встроенный трансформатор. Габаритные размеры гальванометра (не более), мм 250x205x390. 1.3. Устройство и работа изделия. Гальванометр представляет собой магнитоэлектрический прибор с подвижной частью на растяжках. Принцип действия основан на взаимодействии магнитного поля в воздушном зазоре, создаваемого постоянным магнитом, и тока, протекающего в обмотке подвижной рамки. В результате этого взаимодействия возникает вращающий момент, отклоняющий подвижную часть прибора. Угол поворота рамки зависит от величины тока, протекающего по обмотке рамки и противодействующего момента растяжек. Растяжки одновременно служат для крепления подвижной части и для подвода тока к обмотке рамки. При прохождении тока, рамка поворачивается на угол, при котором противодействующий момент становится равным вращающему. В результате, угол отклонения подвижной части будет пропорционален току, протекающему по обмотке рамки. Успокоение движения подвижной части осуществляется тормозными токами, возникающими в обмотке рамки при ее перемещении в магнитном поле постоя иного магнита. Гальванометр оформлен в металлическом корпусе. Измерительный механизм закреплен в специальном гнезде и закрыт литой металлической крышкой 1 .(рис. 9). Конструкция магнитной системы с замкнутым кольцевым ярмом обеспечивает хорошую защиту измерительного механизма от влияния внешних магнитных полей. Осветитель размещен в корпусе напротив измерительного механизма. Луч света, пройдя от лампы осветителя через застеклённое отверстие и объектив 2, попадает на зеркало подвижной части. С помощью удваивающего зеркала луч от зеркала подвижной части отражается дважды и, вторично, пройдя через объектив, попадает на наружное зеркало 3. Наружное зеркало проектирует на шкалу 4 нить лампы осветителя в виде узкой световой полоски — светового указателя. Ход светового луча на рис. 1 обозначен штриховой линией. Наружное зеркало может поворачиваться вокруг оси, что обеспечивает регулировку положения светового указателя на шкале в вертикальном направлении. Ц  иферблат 5 устанавливается на кронштейне 6 и может быть обращен наблюдателю любой из двух шкал. Рис. 9 Внешний вид гальванометра На горизонтальной плоскости колпачка размещён корректор 7, позволяющий при круговом вращении установить световой указатель на нулевую отметку шкалы. Конструкция осветителя обеспечивает продольное и поперечное перемещение и вращение лампы для регулировки размеров и яркости светового указателя. Осветитель закрыт съёмной шторкой 8, на которой предусмотрены жалюзи для вентиляции. Подключение осветителя к сети производится с помощью шнура питания 9. На боковой поверхности корпуса имеются зажимы для подключения гальванометра к внешней измерительной цепи и табличка, на которой указаны параметры и другие знаки маркировки гальванометр. На горизонтальной поверхности корпуса расположен переключатель регулятора чувствительности 10 с обозначениями «x1»; «x10»; «x100» и «Выкл.». Регулятор чувствительности состоит из комбинации шунтирующих и добавочных сопротивлений и переключателя. При установке переключателя в положение «Выкл.» рамка подвижной части гальванометра замыкается накоротко и одновременно отключается напряжение сети. Установка переключателя и положение «х1» обеспечивает работу гальванометра при наивысшей чувствительности. Для обеспечения наилучших условий успокоения подвижной части сопротивление внешней цепи должно быть близким к критическому сопротивлению гальванометра. В положениях переключателя «х10» и «х100» можно производить измерения при любом направлении внешней цепи; при этом на время установления показаний, ни соотношения постоянных по току (1:10:100) не будут практически зависеть от его величины. Однако, для того, чтобы сохранить такое же соотношение постоянных по напряжению, сопротивление внешней цепи в положениях переключателя «x1», «x10», «x100» должно быть одинаковым. Внутри корпуса гальванометра на одном из винтов, крепящих измерительный механизм, имеется клеймо Отдела технического контроля. В корпусе, кроме осветителя и регулятора чувствительности, расположен трансформатор осветителя. Дно корпуса съемное. В той части дна, которая находится под осветителем, имеются отверстия для вентиляции. ПРИБОР Э59 Н  АЗНАЧЕНИЕ Вольтметры, амперметры и миллиамперметры электромагнитные, экранированные, переносные, класса 0,5 типа Э59 предназначены для измерения напряжения и тока (соответственно) в цепях переменного тока и в цепях постоянного тока. Номинальная область частот приборов 45-55 герц. Расширенная область частот согласно таблице 1. Приборы выпускаются в 2-х исполнениях: 1.Типа Э59 - для работы в закрытых помещениях при температуре окружающего воздуха от +10°С до +35°С и при относительной влажности до 80%. 2. Типа Э59Т (тропическое исполнение) - для работы в закрытых помещениях в условиях тропического климата. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ Приборы изготовляются двух, трех и четырёхпредельными в модификациях, согласно таблице 1 по ГОСТ 8711-60. Таблица 1
Величина погрешности приборов типа Э59 для частот, лежащих за пределами расширенной области, не нормируется, однако с пониженной точностью измерений приборами Э59/1-9 можно пользоваться в значительно большем диапазоне частот по сравнению с указанными в таблице 1, но при этом частотная погрешность быстро возрастает. Для удобства пользования в таблице 2 приведены диапазоны частот, в которых основная погрешность приборов Э59 при нормальных условиях находится около 1,5% и 2,5% от конечного значения рабочей части шкалы. Таблица 2
Сопротивление и токи полного отклонения приведены в таблице 3. Таблица 3
К каждому вольтметру Э59/10 прилагаются два калиброванных проводника общим сопротивлением 0,035 Ом, с которыми производилась градуировка прибора. В таблице 3 указаны напряжения 1,5 – 3 – 7,5 - 15 вольт на свободных концах калиброванных проводников. Величины номинальных сопротивлений указаны с учетом сопротивления калиброванных проводников, подключенных к зажимам прибора. Номинальные активные сопротивления и индуктивности амперметров и миллиамперметров приведены в таблице 4. Таблица 4
Остальные параметры, общие для всей серии приборов, приведены в таблице 5. Таблица 5
Министерство образования и науки Украины Таврический национальный университет им. В.И. Вернадского Физический факультет Кафедра астрономии и методики физики Лабораторная работа № 4 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||