Лабораторная работа № 3. Измерения при помощи комбинированного прибора

Цель работы: ознакомление с принципом действия, применением комбинированного прибора; приобретение практических навыков измерения постоянных и переменных токов, напряжений, параметров электрической цепи с оценкой погрешностей измерений.

Особенности схем включения комбинированного прибора

Приступая к выполнению работы, студент должен знать, что комбинированный измерительный прибор – ампервольтомметр (авометр) является универсальным многопредельным прибором, с помощью которого возможны измерения токов, напряжений в цепях постоянного и переменного тока частотой от 20 Гц до 20 кГц, сопротивлений постоянному току. Отдельные типы авометров позволяют измерять также емкость, относительный уровень переменного напряжения в децибелах, некоторые параметры транзисторов.

В приборе применяют измерительный механизм магнитоэлектрической системы.

Следует иметь в виду, что при измерении постоянного тока параллельно измерительному механизму включаются многоступенчатые шунты, а при измерении постоянного напряжения последовательно с измерительным механизмом – добавочные резисторы. Таким образом, в режиме измерения постоянного тока и напряжения авометр работает как многопредельный магнитоэлектрический амперметр и вольтметр.

При измерении переменных токов и напряжений звуковых частот прибор включается по схеме многопредельного выпрямительного амперметра или вольтметра.

Н еобходимо знать, что выпрямительный прибор представляет собой сочетание полупроводниковых выпрямителей и магнитоэлектрического измерительного механизма. В авометрах практическое применение находят мостовые цепи двухполупериодного выпрямителя с двумя диодами и двумя резисторами (рис.3.1). Выпрямленный ток проходит через измерительный механизм (ИМ) в течение обоих полупериодов в одном направлении. За один полупериод ток протекает по цепи VD1, ИМ, R₂, причем часть тока ответвляется через сопротивление R₁, за другой – по цепи R₁, ИМ, VD2 , в этом случае часть тока ответвляется через сопротивление R₂. По сравнению с мостовой схемой с четырьмя диодами данная схема имеет большую температурную стабильность, однако обладает меньшей чувствительностью в результате того, что в каждый полупериод через ИМ ответвляется лишь часть (30 – 40 %) выпрямленного тока. Уравнение шкалы выпрямительного прибора:

α=S_iI_ср.

где S_i – чувствительность к току, показывает, что отклонение подвижной части пропорционально среднему значению тока. Так как в цепях переменного тока обычно нужно знать действующее значение тока (напряжения), шкалы выпрямительного прибора градуируют в действующих значениях синусоидального тока (напряжения):

α=S_iI / K_ф=S_iI /1,11.

где К_Ф – коэффициент формы кривой (для синусоиды К_Ф= 1,11). Если же форма кривой отлична от синусоидальной, в показаниях прибора появляется погрешность.

Измерение сопротивлений авометром следует производить по последовательной и параллельной схемам магнитоэлектрического омметра (рис.3.2,а,б соответственно).

В последовательной схеме омметра измеряемое сопротивление R_x следует включать последовательно с измерительным механизмом, в параллельной – параллельно. Уравнение шкалы омметра с последовательной схемой

,

для омметра с параллельной схемой

.

Из уравнений вытекает, что при постоянном напряжении источника питания U=const показания будут определяться значением измеряемого сопротивления R_Х. Следовательно, шкала может быть отградуирована в единицах сопротивления. Из уравнений следует, что шкалы омметров неравномерные, обратные для последовательной схемы и прямые – для параллельной. Омметры с последовательной схемой более пригодны для измерения больших сопротивлений (10³ – 10⁸Ом), а с параллельной – малых (0,1 – 10³ Ом). В качестве источника питания обычно применяют сухую батарею. С течением времени напряжение батареи падает, и условие U=const не выполняется. Ввести поправку на изменение U, как видно из уравнений, можно путем соответствующей регулировки резистора R_Д, который выполняется переменным. Для регулировки омметра с последовательной схемой перед измерением следует замкнуть накоротко его зажимы, и в том случае, если стрелка не установлена на отметке «0», перемещать ее до этой отметки с помощью резистора R_Д. Регулировку омметра с параллельной схемой нужно производить при отключенном резисторе R_Х. Величину R_Д необходимо установить такой, чтобы указатель находился на отметке шкалы R_Х = ∞.