Физика 3.1. Лабораторная работа Изучение электроизмерительных приборов
 Скачать 203.1 Kb.
|
|
Федеральное агентство связи Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики Кафедра физики Лабораторная работа № 3.1. Изучение электроизмерительных приборов Выполнил: студент группы МК-14 Мурашев Никита Романович Преподаватель: Миронов М.Е. 1. Цель работы 1. Изучить основные электроизмерительные приборы, определить их основные характеристики, освоить методику измерения с помощью этих приборов. 2. Исследовать зависимость силы тока от напряжения на резисторе. 3. Используя амперметр и вольтметр определить величину неизвестного сопротивления. 2. Основные теоретические положения. Электроизмерительные приборы широко применяются при различных измерениях в электрических цепях. Наиболее распространенными являются системы: Магнитоэлектрическая  Электромагнитная  Работа приборов магнитоэлектрической системы основана на взаимодействии поля постоянного магнита и подвижной катушки, по которой течет измеряемый ток. В приборах электромагнитной системы измеряемый ток протекает по неподвижной катушке и создает магнитное поле, в которое втягивается ферромагнитный сердечник, намагниченный этим полем. Достоинства этого 15 типа: простота и надежность, возможность измерения как постоянных, так и переменных токов. Недостатки – невысокая чувствительность, неравномерная шкала. В связи с неравномерной шкалой, измерения в начале шкалы имеют очень высокую погрешность, и начальная часть шкалы прибора считается нерабочей. Рассмотрим некоторые характеристики электроизмерительных приборов. 2.1 Класс точности Любой электроизмерительный прибор дает при измерении некоторую погрешность. Пусть А̅ – истинное значение измеряемой величины, А – показание прибора. Тогда разность:  (1)определяет абсолютную погрешность измерения прибора. Относительной погрешностью называется отношение:  (2)Все электроизмерительные приборы снабжены указателем класса точности, обычно это жирные цифры на шкале прибора, разделенные запятой. Класс точности соответствует приведенной погрешности прибора (γ):  (3)и определяет максимальную абсолютную погрешность прибора ∆А, которая считается одинаковой для всех точек шкалы:  (4)В приведенных формулах Аm – максимально возможное показание прибора, предел измерений. Ясно, что при малом отклонении стрелки прибора точность измерения уменьшается. Для повышения точности рекомендуется проводить измерения таким образом, чтобы стрелка находилась во второй половине шкалы прибора. Пример Вольтметр со шкалой 200 В, класс точности 2.0, при измерении дает показание 80 В. Максимальная абсолютная погрешность прибора, связанная с его классом точности, в соответствии с формулой (4), равна: U 0,022004В. Относительная погрешность (2) равна:  Результат измерения записывается так: U 804В, U 5%. 2.2 Чувствительность и цена деления Важной характеристикой прибора является цена деления — величина, обратная чувствительности:  (5) С другой стороны, цена деления равна значению измеряемой величины при отклонении стрелки прибора на одно деление шкалы и может быть рассчитана по формуле:  (6) где N — полное число делений шкалы. Зная цену деления и величину отклонения стрелки, легко рассчитать значение измеряемой величины:  (7) Чувствительностью измерительного прибора называется отношение линейного перемещения стрелки прибора к измеряемой величине, вызвавшей это перемещение  (8) где N — перемещение стрелки или число делений шкалы, на которое указывает стрелка прибора, при измерении величины А. Приборы с более высокой чувствительностью позволяют измерить меньшие абсолютные значения физических величин. Пример При измерении напряжения, равного 2,5В, стрелка прибора переместилась на 50 делений. Следовательно, чувствительность прибора равна  , а цена деления  2.3 Пределы измерений Значение измеряемой величины, при котором стрелка прибора отклонится до конца шкалы, называется пределом измерения. Электроизмерительные 17 приборы могут иметь несколько пределов измерений (многопредельные приборы), осуществляемых с помощью переключателя пределов. НЕОБХОДИМО ПОМНИТЬ, что цена деления многопредельных приборов на различных пределах измерений — различна. Многопредельность амперметра достигается его шунтированием. Шунт — дополнительное сопротивление, подключаемое параллельно к амперметру (рис. 1).  При шунтировании только часть измеряемого тока I течет через амперметр (IА), остальной ток идет через шунт. Пусть надо измерить ток I в n раз больший, чем максимально допустимый через прибор ток (рис. 1). Здесь RA — внутреннее сопротивление амперметра. Определим сопротивление шунта RШ, пользуясь законом Ома. Напряжение на шунте и амперметре одинаково, т. к. они соединены параллельно: Iш Rш I аRа Полный ток в цепи равен сумме токов: I Iа Iш По условию требуется, чтобы:  Окончательно находим:  (9) Следовательно, для увеличения предела измерения в n раз сопротивление шунта должно быть в (n - 1) раз меньше сопротивления амперметра. Предел измерения вольтметра изменяют с помощью дополнительного сопротивления RД, подключаемого последовательно к вольтметру (рис. 2).  Здесь RV — внутреннее сопротивление вольтметра, R — сопротивление нагрузки, на котором измеряется напряжение. Для того, чтобы измерить с помощью вольтметра напряжение, в n раз превышающее максимально измеряемое вольтметром, нужно подключить дополнительное сопротивление, равное:  (10) Эта формула может быть получена из соображений, аналогичных при рассмотрении шунтирующего сопротивления к амперметру. Следовательно, для увеличения предела измерения вольтметра в n раз, последовательно к нему нужно подключить дополнительное сопротивление в (n -1) раз большее внутреннего сопротивления вольтметра. Рассмотрим простой метод определения сопротивления проводника с помощью вольтметра и амперметра. Измеряя величину тока, протекающего по сопротивлению, и напряжение на нем, можно рассчитать величину сопротивления по закону Ома:  (11) Для повышения точности обычно проводится несколько измерений и строится график зависимости силы тока от напряжения (вольтамперная характеристика сопротивления, ВАХ), (рис.3). Через экспериментальные точки прямую проводят так, чтобы точки в среднем были одинаково расположены по обе стороны от проведенной линии. Относительную погрешность определения сопротивления находим по формуле (см. Приложение 5.2):  (12) Абсолютные погрешности при измерении силы тока и напряжения определяются классом точности приборов. В качестве I и U в формуле (12) можно взять наибольшие измеренные величины, если экспериментальные точки отклоняются от прямой не более чем на  и  Абсолютную погрешность расчета сопротивления определим следующим образом: (13)3. Описание лабораторной установки Установка состоит из регулируемого источника постоянного напряжения с подключенными к нему многопредельными амперметром и вольтметром, и неизвестным сопротивлением. Она смонтирована на электрическом стенде согласно схеме, рис. 4.  4. Задание I часть работы. Изучение аналоговых электроизмерительных приборов Таблица 1. Характеристики электроизмерительных приборов
II часть. Определение сопротивления резистора. Таблица 2. Вольтамперная характеристика резистора
 5.Вывод Я познакомился с такими измерительными приборами, как вольтметр и миллиамперметр. Научился работать с этими приборами и вычислять абсолютную погрешность и сопротивление. Зависимость силы тока от напряжения и изобразил их на графике. Из него видно, что при возрастании напряжения сила тока тоже увеличивается. Зависимость линейная, прямо пропорциональная. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||