МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА ФИЗИКИ

Определение цены деления электроизмерительного прибора

Методические указания к фронтальной лабораторной работе

(раздел «Электричество»)

Ростов-на-Дону, 2013

УДК 530.1

Составители: доц. Т.В. Шкиль,

доц. И.В. Мардасова,

доц. Н. В. Пруцакова.

Определение цены деления электроизмерительного прибора: метод. указания. - Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2013. - 15 с.

Методические указания содержат краткое описание рабочей установки и методики определения цены деления исследуемого прибора.

Предназначены для студентов инженерных специальностей всех форм обучения в лабораторном практикуме по физике (раздел «Электричество»).

Печатается по решению методической комиссии факультета «Нанотехнологии и композиционные материалы»

Рецензент проф. Г.Ф. Лемешко.

© Издательский центр ДГТУ, 2013

Определение цены деления электроизмерительного прибора

Цель работы: определение цены деления электроизмерительного прибора.

Оборудование: исследуемый прибор, эталонные вольтметр и миллиамперметр, реостат, источник тока, соединительные провода.

Теоретическая часть

Все электроизмерительные приборы классифицируют по следующим общим признакам:

а) по принципу действия: магнитоэлектрические, электромагнитные, электростатические, электродинамические и др.;

б) по роду измеряемой величины: амперметры, вольтметры, ваттметры и др.;

в) по характеру тока: приборы постоянного тока, приборы переменного тока;

г) по точности измерений: 0,1, 0,5, 2,5 и др. классов точности.

На шкалу прибора наносятся символы, указывающие: принцип действия прибора; род тока; положение прибора на лабораторном столе; пробивное напряжение изоляции; класс точности прибора (см. приложение).

Электроизмерительные приборы состоят из подвижной и неподвижной частей. При прохождении электрического тока вращающий момент подвижной части уравновешивается упругим моментом пружины или какого-либо другого устройства. При этом стрелка прибора фиксирует угол поворота подвижной части. Трение в деталях прибора или другие помехи влияют на показания, внося соответствующие погрешности.

Для скорейшего успокоения подвижной части прибора применяются специальные тормозящие устройства – демпферы, встроенные в прибор или расположенные вне его.

Цена деления – это значение измеряемой величины, соответствующее наименьшему делению шкалы прибора. Она имеет размерность измеряемой величины. Для определения цены деления нужно разделить наибольшее для данного прибора значение измеряемой величины , т.е. предел измерения прибора, на число делений шкалы прибора . Если данный прибор имеет несколько пределов измерения, то для каждого предела измерения цена деления будет иметь свое значение.

П ринцип действия приборов магнитоэлектрической системы (рис. 1) основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита М с током, протекающим по подвижной рамке 2, которая может свободно вращаться между полюсами магнита. Внутри рамки расположен железный цилиндр 1. Ток к рамке подводится с помощью упругих спиралей 3, которые одновременно создают упругий момент, противодействующий повороту рамки и возвращающий стрелку 4 в исходное положение, когда ток становится равным нулю. Угол поворота рамки прямо пропорционален силе тока, текущего по ней, в связи с чем приборы данной системы имеют равномерную шкалу и используются только для измерения постоянного тока. При включении прибора в цепь необходимо соблюдать полярность, т. е. клемму «плюс» подключать только к положительному полюсу источника тока.

Приборы магнитоэлектрической системы применяются в качестве амперметров и вольтметров постоянного тока как при технических измерениях, так и при контрольных лабораторных измерениях, поскольку дают большую точность и являются экономичными в смысле потребления энергии.

Принцип работы приборов электромагнитной системы (рис. 2) основан на взаимодействии магнитного поля катушки с током 1 и подвижного железного сердечника 2. Упругий момент создаёт спиральная пружина 3, соединённая с поршнем воздушного успокоителя колебаний 4 стрелки 5. С увеличением тока в катушке возрастает индукция магнитного поля на её оси, и железный сердечник сильнее втягивается в щель катушки. Теория показывает, что между углом поворота стрелки прибора и силой тока в нем существует квадратичная зависимость:

.

Следовательно, шкала таких приборов 6 неравномерна.

О ни могут применяться для измерения как переменных, так и постоянных токов, однако имеют меньшую точность измерения по сравнению с приборами других систем. Эти приборы получили широкое применение в качестве щитовых приборов переменного тока, поскольку просты по конструкции и недороги.

Амперметр – это прибор для измерения силы тока. Поскольку сила тока при последовательном соединении одинакова на всех участках цепи, амперметр включают последовательно тому участку, на котором измеряют силу тока (рис. 3). Чтобы включение амперметра заметно не влияло на величину тока, сопротивление амперметра делают очень малым.

Вольтметр – это прибор для измерения напряжения на данном участке цепи. Поскольку напряжение одинаково на параллельных участках цепи, вольтметр подключают параллельно тому участку АВ, на котором измеряют напряжение (рис. 4).

Для того, чтобы включение вольтметра существенно не изменило силу тока на данном участке, сопротивление вольтметра должно быть во много раз больше сопротивления этого участка цепи. Поэтому вольтметр отличается от амперметра наличием очень большого по сравнению с амперметром внутреннего сопротивления.

В лабораторной практике часто используются реостаты со скользящим контактом. Реостат представляет собой проводник, намотанный на фарфоровый или шиферный цилиндр. По проволоке скользит движок С (контакт), дающий возможность включить в цепь большее или меньшее сопротивление.

Если реостат включается в цепь с целью изменить величину тока (рис.5,а), то при передвижении движка С от А к В сопротивление, вводимое в цепь, будет возрастать, а ток уменьшаться.

Иногда возникает необходимость подключить к нагрузке только часть напряжения, даваемого источником э.д.с. В этом случае реостат включается в цепь с целью деления напряжения (как потенциометр) (рис.5,б). Если движок С перемещать от А до В, то сопротивление участка АС будет возрастать, и разность потенциалов (напряжение) между точками А и С увеличится.