ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ




Муромский институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Владимирский государственный университет

Имени Александра Григорьевича и

Николая Григорьевича Столетовых»

 

 

Кафедра: «ФПМ»

Дисциплина: Физика

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5.06

 

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

 

 

Утверждена на методическом семинаре кафедры ФПМ

 

Зав. кафедрой___________

 

 

Лабораторная работа №5.06

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Цель работы: изучение устройства, принципов действия и правил применения электроизмерительных приборов и методики измерения на них.

Приборы и принадлежности: различные электроизмерительные приборы, реостаты, магазин сопротивлений, источники тока. провода.

Электроизмерительные приборы принято классифицировать по неско­льким признакам: 1) по принципу действия, 2) по роду измеряемой ве­личины, и др.

По принципу действия электроизмерительные приборы подразде­ляются на несколько систем:

1. МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ. Их действие основано на взаимодействии постоянного магнитного поля подковообразного маг­нита и проводника с током (катушкой). Достоинства таких приборов:

большая точность, равномерная шкала, высокая чувствительность. слабое влияние внешних магнитных полей, мало собственное потреб­ление энергии.

Недостатки-.применение только в цепях постоянного тока. Однако при­менение различного типа выпрямителей позволяет использовать их для переменных токов. Чувствительны к перегрузкам.

2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРИБОРЫ. Они основаны на взаимодейст­вии магнитного поля катушки, по которой проходит ток, с ферромаг­нитным (железным) сердечником. Их достоинства.' Применение в це­пях постоянного и переменного тока. выносливость в отношении к пе­регрузкам. механическая прочность и простота конструкции. Недостат­ки: Неравномерная шкала, небольшая точность, сильное влияние внешних магнитных полей, большое собственное потребление энер­гии.

3. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ. Основаны на взаимодейст­вии двух катушек с током. Их достоинства: применение в цепях пе­ременного и постоянного тока, высокая точность, (особенно для переменных токов промышленной частоты). Недостатки: неравно­мерная шкала, подвержены влиянию внешних магнитных полей, значительное собственное потребление энергии.

4. ТЕПЛОВЫЕ ПРИБОРЫ. Основаны на тепловом действии тока. В настоящее время встречается очень редко.

5. ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ. Основаны на взаимодействии электростатических полей и неподвижных зарядов. На практике в заводских лабораториях встречаются редко.

По роду измеряемой величины электроизмерительные приборы де­лятся на несколько видов:

1. АМПЕРМЕТРЫ. (Миллиамперметры, микроамперметры)-это при­боры для измерения силы тока. Они включаются последовательно и по этой причине должны обладать малым сопротивлением.

2. ВОЛЬТМЕТРЫ, -приборы для измерения напряжения между двумя токами цепи. Они включаются параллельно участку цепи и по этой причине должны обладать большим сопротивлением, чтобы через них проходил небольшой ток.

3. ВАТТМЕТРЫ-это приборы для измерения мощности тока. Это как правило приборы электродинамической системы.

4. ГАЛЬВАНОМЕТРЫ-это приборы для измерения малых токов, на­пряжений и количеств энергии или как нулевые приборы, т.е. как при­боры, устанавливающее отсутствие тока на определенном участке из­мерительной цепи. Гальванометры обладают высокой чувствительно­стью. Подвижная часть таких приборов легко подвержена даже незна­чительным механическим воздействиям(резкие толчки, тряски и др.). По этому с гальванометрами следует обращаться осторожно.

РЕОСТАТЫИ ПОТЕНЦИОМЕТРЫ

 
 

Реостаты служат для регулирования тока в цепи. Существует несколь­ко типов реостатов. Наибольшее распространение получили реостаты со скользящим контактом. На реостатах обычно указывается величина его сопротивления и значение тока.на который рассчитан реостат, по­этому при включении реостата в цепь надо учитывать эти параметры.

Потенциометры или делители напряжения служат для регулировки на­пряжения, подаваемого на участок измерительной цепи (проводник, диод. триод и т. п.) Простейшим потенциометром может служить рео­стат «Е» со скользящим контактом, включенный по схеме рисунок 1. Реостат R2 - регулирует ток.

Провода от источника тока «Е» (Батарея, выпрямитель, аккумулятор и т.п.) подключаются к нижним клеймам реостата R. С помощью подвижного контакта «б» в измерительную цепь снимается напряже­ние с участка «аб» потенциометра. Изменяя положение контакта «б», можно в измерительную цепь подавать напряжение в пределах от

О до U max Е (ЭДС источника тока). При сборе измеритель­ных цепей контакт «б» потенциометра ставит в такое положение, когда в цепь подается минимальное напряжение(и=0, а реостат R2 устанав­ливают на максимальное сопротивление

МАГАЗИНЫСОПРОТИВЛЕНИЙ И ЕМКОСТЕЙ

При выполнении различных измерений в измерительную цепь необ­ходимо ввести точные значения сопротивлений. Это можно сделать с помощью магазинов сопротивлений, состоящих из некоторого числа включенных последовательно катушек с заданными сопротивлениями.,Их включают или с помощью штепселей (штепсельные) или с помо­щью рычажков(рычажные магазины).

Магазины емкостей состоят из набора конденсаторов известной ем­кости. Их устройство аналогично устройству магазинов сопротивлений.

ШУНТЫИ ДОБАВОЧНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ. МНОГОПРЕДЕЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ.

Рис 2.
 
 

При измерениях силы тока не всегда целесообразно, чтобы весь из­меряемый ток проходил через амперметр. Тогда амперметр любой из отмеченных ранее систем снабжается шунтом. Параллельно измерительному механизму амперметра подключается известное сопротив
 
 

ление Р (рис.2). В этом случае только определенная часть тока. прохо­дящего в цепи, ответвляется в прибор (Ya< Y-Yg). Зная сопротивление прибора Ra и шунта Rg, можно точно измерить ток в цепи. Проградуировав амперметр с учетом точки Yg через шунт. Обычно шунты монтируются внутри корпуса амперметра. Однако их можно подключать и снаружи. Для расширения возможностей амперметра его часто снабжают несколькими шунтами, вмонтированными в прибор. Такой амперметр может быть использован для измерения различных токов. Он называется многопредельным.

 

 
 

Рис. 3

При измерении напряжения с помощью вольтметра также не всегда желательно, чтобы измеряемое напряжение полностью подводилось к клеммам вольтметра. Тогда последовательно с ним включают известное добавочное сопротивление R (рис.3),которое монтируется внутри корпуса прибора, а вольтметр градуируется с учетом добавочного сопротивления. Если внутрь вольтметра вмонтировать несколько соединенных последовательно добавочных сопротивлений, то им можно измерять напряжение в разных пределах. Такой вольтметр называется многопредельным. Многопредельный прибор (амперметр или вольтметр) имеет одну шкалу. Включая его на разные пределы измерения, необходимо каждый раз найти цену деления.

Например. Вольтметр имеет четыре предела измерения: 1.5 В; 15В;

150 В; 350 В. Шкала имеет 150 делений. Надо включить прибор на 1.5 В. Это означает, что можно измерять напряжение от 1.5 В до 0. Чтобы найти цену деления «в», необходимо указанный предел(1.5 В) поделить на число делений шкалы

Зная цену деления, легко найти напряжение. Допустим, стрелка при­бора стоит на делении 15, тогда напряжение

 

КЛАССЫТОЧНОСТИ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ.

 

Все электроизмерительные приборы снабжаются указателем «клас­са точности» (цифра в кружке на шкале приборов). Класс точности оп­ределяется максимальной ошибкой прибора, выраженной в процентах от полной ветчины шкалы. Так, амперметр класса 1.5 с полной шка­лой I А измеряет протекающий через него ток с ошибкой, не превосхо­дящей (1.5/100)*1A=15mA. Легко видеть, что ошибка 15 мА составляет небольшую долю от измеренного тока лишь при измерении токов поряд­ка 1 А, т.е. при отклонении стрелки на всю шкалу. При отклонении стрелки на 1/2 шкалы ошибка составит уже 3% от измеряемой величины, а при измерении еще меньших токов может составить 10% или даже 20% от величины измеряемого тока. Поэтому если нужно произвести измерения с хорошей точностью, рекомендуется выбирать такой прибор, на котором измеряемый ток вызовет отклонение больше чем на половину шкалы.

Приведенный способ определения ошибки прибора по его классу точности оговорен государственными стандартами, и указывает вели­чину максимальной погрешности, с которой прибор может быть выпу­щен с завода. Практически погрешности приборов всегда оказываются несколько меньше. Более того, обычно можно считать, что класс точности определяет ошибку не в долях полной шкалы, а в долях из­меренного тока. Таким образом, при измерении тока величиной 0.5 А практически можно считать, что ошибка составит 1.5 % не от всей шкалы прибора, соответствующей току в 1 А (что составляет 15 мА), а 1.5 % от тока 0.5 А. т.е. 8 мА.

Точность прибора определяется значением погрешностей измерений. т.е. степенью приближения его показаний к действительному значению измеряемой величины. Различают несколько видов погрешностей:

1. АБСОЛЮТНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ. Она равна разности между пока­заниями прибора а, и действительным значением измеряемой ве­личины а.

D a=a1-a

Абсолютная погрешность выражается в тех же величинах, что и изме­ряемая величина. Величина абсолютной погрешности постоянна по всей шкале, независимо от того равномерна она или нет.

2. ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ. Равна отношению абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины

Обычно δа выражается в процентах

3. ПРИВЕДЕННАЯ ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ. Представляет

собой отношение абсолютной погрешности D a к предельному зна­чению измеряемой величины, т.е. к ее наибольшему значению, кото­рое может быть измерено по шкале прибора am

(1)

По величине приведенной погрешности различают несколько классов точности электроизмерительных приборов: 0. 05; 0. 1; 0. 2; 0. 5; 1.0;

2. 5; 4. 0.

Значение класса точности указано на лицевой стороне прибора внутри небольшого кружка, зная класс точности, легко найти наибольшую аб­солютную погрешность измерения.

Из (1) следует (2)

Допустим, что мы измеряем силу тока амперметром с пределом 5 А, класс точности которого 1.5. Допустим, что нам потребовалось изме­рить три значения тока: I = 1А. I = 2А. I = 2.5A.

По формуле (2)

Относительные погрешности измерений

Из этого примера видно, что последнее измерение 1, более точно. Следовательно, необходимо избегать измерений малых величин при­борами с большими пределами измерений.

3. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ПРИБОРА S. Называется отношение угло­вого или линейного перемещения указателя (например стрелки) Х к значению измеряемой величины

 

Например: Измеряемый ток = 2.5 А, стрелка прибора показывает 75 делений. Следовательно

S=75/2.5=30дел/А

 

ЗАДАНИЕ К РАБОТЕ

ЗАДАНИЕ 1. По указанию преподавателя или лаборанта подобрать 3-4 электроизмерительных прибора (амперметра или вольтметра). Для этих приборов установить: 1) систему побора; 2) класс точности; 3) пределы измерений; 4) цену деления для всех пределов измерения; 5) чувствительность; абсолютную погрешность по (2); 6) внутреннее со­противление для каждого предела измерения. Эти данные занести в таблицу.

ЗАДАНИЕ 2. Шунтирование и градуировка амперметра. В качестве шунтируемого прибора используется миллиамперметр или милли-вольтметр(по указанию преподавателя). Максимальная сила тока I

задается преподавателем. Требуется рассчитать сопротивление Rg, шунта из медной проволоки. Для этого надо найти внутреннее сопро­тивление Ra прибора по предельной величине тока и напряжения,

которые должны быть указаны на шкале прибора.

Разработать и собрать схему для градуировки шунтируемого прибо­ра с помощью контрольного амперметра. По результату измерений по­строить градуировочный график.

Ym=f(Yk)

ЗАДАНИЕ 3. Расчет добавочного сопротивления и градуировка вольт­метра. В качестве исследуемого прибора берем милливольтметр. На­ходят его внутреннее сопротивление Rb также. как в задании 2. Максимальное напряжение задается преподавателем. По этим дан­ным расчитывается добавочное сопротивлениеRg. Затем следует

Разработать и собрать схему для градуировки исследуемого прибора с помощью контрольного вольтметра. По результатам измерений по­строить график градуировки.

UK=f(Ug)

ЗАДАНИЕ 4. Разработать и собрать схему для проверки закона Ома для однородного участка цепи с помощью испытуемых в заданиях 2 и

3 приборов. Результаты всех измерений занести в соответствующие таблицы. Сделать вывод.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Дайте классификацию электроизмерительных приборов по принци­пу их действия и по роду измеряемой величины. "

2. Сформулируйте правила пользования амперметрами и вольтмет­рами.

3. Что регулирует реостаты и потенциометры? Как они включаются в электрическую цепь.

4. Что называется шунтом? Для каких приборов он предназначен? Как найти сопротивление шунта?

5. Что называется добавочным сопротивлением? Где и как оно вклю­чается?

6. Что называется приведенной ошибкой прибора?

7. Как определяется класс точности прибора? Как найти по классу точности абсолютную погрешность?

8. Что называется чувствительностью прибора?

9. Что означает градуировка прибора?

10. Сформулируйте закон Ома.

ЛИТЕРАТУРА.

1. Фриш С.Э...Тиморева А.В. Курс общей физики, т.2,ШИТТЛ-М-Л.. 1949.

2. Яворский Б.М., ДетлафА.А.. Милковская Л.Б. Курс физики. Т.2 Высшая школа. М..1

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-27 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: