Тема: Вимірювання параметрів ланцюгів методом вольтметра-ампертетра.

Мета: навчальна: формувати в учнів знання про розрахунок параметрів вимірювальних перетворювачів, будову, принцип дії та застосування вимірювальних перетворювачів;

розвиваюча: розвивати здібності учнів до творчості й інтелектуальної праці, формувати предметні компетентності з метрології та технічних вимірювань, сприяти розвитку спостережливості, уявного і логічного мислення, вміння систематизувати набуті знання з метрології та технічних вимірювань і спеціальних предметів, усвідомленої потреби до набуття, поглинання поглиблення та поповнення знань;

виховна: виховувати інтерес до вивчення метрології та технічних вимірювань, розуміння її ролі та важливості метрологічних знань у житті, бажання наукової творчості, уявлення про фізику як обов’язкову складову загальнолюдської культури.

Навчально-методичне забезпечення, ТЗН:

План

1. Вимірювання активного опору методом вольтметра-амперметра

2. Вимірювання ємності методом вольтметра-амперметра

3. Вимірювання індуктивності

4. Вимірювання взаємної індуктивності

5. Вимірювання активного опору контуру

Література:

1. Шаповаленко о.Г., Бондарев в.М., Основи електричних вимірювань: Підручник. – к.: Либідь, 2002. – 320с.

2. Хромой б.П., Моисеев ю.Г., Электрорадиоизмерения: Учебник для техникумов. – м.: Радио и связь, 1985. – 288с.

3. Кушнир ф.В. Электроизмерения: Учебное пособие для вузов. – л.: Энергоатомиздат, Ленинград. Отделение, 1983. – 320с. Виклад лекційного матеріалу

Активні опори за значенням вимірюваної величини прийнято розділяти на три групи: малі ─ до 1,0 Ом, середні - від 1,0 Ом до 1,0 МОм, більші ─ більше 1 МОм.

Вимірювання активного опору методом вольтметра- амперметра

Метод вольтметра-амперметра є непрямим, тому що зводиться до вимірювання струму і напруги в ланцюзі з вимірюваним опором і наступним розрахунком його за законом Ома.

Суть методу пояснюється схемами на рис. 10.1. Перевага його полягає в тому, що резистор, опір якого вимірюється, можна поставити в реальні умови роботи, тобто пропускати через нього реально діючий струм, що важливо при вимірювані опорів, значення яких залежать від струму.

Рис. 10.1. Схема вимірювання активного опору

методом вольтметра (а) і амперметра (б)

Дійсне значення вимірюваного опору:

(10.1)

Реальне значення , виміряне в схемах на рис. 10.1,а і б, буде відрізнятися від дійсного через кінцеві значення внутрішніх опорів приладів і , тобто буде мати місце методична похибка.

Для схеми на рис. 10.1,а справедлива рівність:

,

Абсолютна похибка:

де — струм, що протікає через вольтметр; ─ опір вольтметра, тобто частина струму буде протікати, минаючи через , чим

, (10.2)

Відносна похибка:

. (10.3)

З виразу (10.3) для видно, що даною схемою (рис. 10.1. а) слід користуватися у тих випадках , коли велике у порівнянні з , тобто при вимірюванні малих опорів, цим фізично і пояснюється методична похибка.

Для схеми на рис 10.1, б справедлива рівність:

, (10.4)

де ─ опір амперметра;

. (10.5)

У даному випадку відносна методична похибка обернена пропорційна , отже цю схему доцільно використовувати, коли , тобто при великих значеннях .

Вимірювання ємності методом вольтметра-амперметра

Схеми вимірювань , що пояснюють сутність методу, подані на рис. 10.2.

Суть методу полягає в тому, що за показами приладів, які вимірюють змінний струм і напругу , можна розрахувати точний опір конденсатора увімкненого в схему вимірювання:

, (10.6)

де .

Рис. 10.2. Схема вимірювання ємності методом вольтметра-амперметра

Якщо втрати малі, тобто активна складова повного опору значно менша від його реактивної складової , то ,

(10.7)

Живлення вимірювальної схеми здійснюють від низькочастотного джерела.

Схему на рис. 10.2,а застосовують для вимірювання ємностей, опір яких значно менший від вхідного опору вольтметра , тобто для вимірювання малих ємностей.

Навпаки, схему на рис. 10.2,б застосовують для вимірювання великих ємностей, опір яких значно більший від опору міліамперметра . Опір визначають із врахуванням частоти сигналу із умови (10.7)

Вимірювання індуктивності. Вимірявши струм І в котушці та напругу на її затискачах U (рис. 10.3) можна визначити модуль її повного опору , а , нехтуючи опором котушки R_L отримати . Частота сигналу повинна бути відома.

В

Рис. 10.4

Рис. 10.3

имірювання взаємної індуктивності. Схема вимірювання зображена на рис. 10.4. ЕРС, що наводиться у вторинній котушці L2, дорівнює , де M – коефіцієнт взаємної індуктивності ; І₁ – струм в первинній котушці L1 ;  частота струму в ланцюзі.

В изначивши струм І1 амперметром, а значення Е2 вольтметром PV1 з великим вхідним опором, взаємну індуктивність знаходять за формулою .

Ч

Рис. 10.5

астота, на якій проводять вимірювання, повинна бути значно нижче тієї, на якій можуть проявлятися резонансні властивості ланцюга, так як це може призвести до значної похибки вимірювань. Взаємну індуктивність M можна виміряти, застосовуючи дворазове послідовне з'єднання котушок (рис. 10.5). Вимірюючи будь-яким методом загальну індуктивність L_a згідно включеним котушкам L1 і L2 і індуктивність L_b при зустрічному включенні, знаходять коефіцієнт взаємної індуктивності M, враховуючи, що

, а

тобто

або .

В

Рис. 10.6

имірювання активного опору контуру. Використовуючи різновид методу вольтметра-амперметра, можна визначити опір втрат коливального контуру. Для усунення впливу реактивних елементів вимірювання проводять при резонансі. Збирають схему, наведену на рис. 10.6, затискачі 1-2 замикають перемичкою і налаштовують контур в резонанс з частотою генератора G. При цьому показання вольтметра максимальні і рівні

,

де E - ЕРС, наведена в контурі котушкою зв'язку L_cв; С – ємність контуру; R_L - опір втрат котушки;  частота коливань генератора.

Потім, видаливши перемичку, приєднують до затискачів 1-2 зразковий резистор R_oбр. Якщо необхідно, контур підлаштовують в резонанс і відзначають нові покази вольтметра:

.

Діюча в контурі ЕРС підтримується постійною, що контролюється незмінністю показів амперметра PAl. Розділивши U₁ на U₂ отримаємо

Метод вольтметра-амперметра досить простий, але не забезпечує високої точності. Опір втрат вимірюваних реактивних елементів, паразитні реактивні опори резисторів, власна ємність котушки і індуктивність затискачів конденсатора, несинусоїдальность напруги джерела живлення – всі ці фактори визначають похибки методу.

Контрольні запитання

1…

2…

3…