ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Р.Е. Алексеева

Кафедра «Теоретические основы электротехники»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №3

ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОСТОЯННОМУ ТОКУ

КОСВЕННЫМ МЕТОДОМ

по курсу “Метрология и электрические измерения”

для студентов специальностей

140205, 140211, 140604, 140605, 140606, 140607, 140608, 210106

очной, очно-заочной, заочной форм обучения

Нижний Новгород 2016 г.

доц., к.ф.м.н. Охулков С.Н., ст. преп., Ершова Е.А.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБАТА N3

ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОСТОЯННОМУ ТОКУ

КОСВЕННЫМ МЕТОДОМ

1.1. Цель работы.

1.1.1. Освоить методику измерения малых и больших сопротивлений методом амперметра и вольтметра.

1.1.2. Изучить схемы определения сопротивлений по методу вольтметра и амперметра;

1.1.3. Оценить погрешность измерения при различных способах включения вольтметра и амперметра.

1.2. Основные теоретические положения.

Основными методами измерения сопротивления постоянному току являются: косвенный метод; метод непосредственной оценки и мостовой метод.

Выбор метода измерений зависит от ожидаемого значения измеряемого сопротивления и требуемой точности. В лабораторной работе рассматривается наиболее универсальный из косвенных методов - метод амперметра-вольтметра.

Метод амперметра-вольтметра.  Метод вольтметра и амперметра - косвенный способ измерения сопротивления постоянному току основан на использовании закона Ома для участка цепи, сопротивление R_x которого определяется по известному падению напряжения U_x на нем и току I_х так:

Поэтому, метод вольтметра и амперметра основан на измерении тока, протекающего через измеряемое сопротивление и падения напряжения на нем.

Применяют две измерительные схемы для двух различных способов измерения падения напряжения U_x и тока I_х: измерение малых сопротивлений (рис. 1,а) и измерение больших сопротивлений (рис. 1,б). По результатам измерения тока и напряжения определяют искомое сопротивление.

Рис. 1. Упрощенные измерительные схемы для измерения малых (а) и больших (б) сопротивлений методом амперметра-вольтметра.

Для схемы рис. 1,а искомое сопротивление и относительная методическая погрешность измерения определяются

где R_в -сопротивление вольтметра.

Для схемы (рис. 1,б) искомое сопротивление и относительная методическая погрешность измерения определяются

где R_x - измеряемое сопротивление; R_а - сопротивление амперметра.

Из определения относительных методических погрешностей следует, что измерение по схеме рис. 1,а обеспечивает меньшую погрешность при измерении малых сопротивлений, а измерение по схеме рис. 1,б - при измерении больших сопротивлений.

Погрешность измерения по данному методу рассчитывается по выражению

где γ_в, γ_a, - классы точности вольтметра и амперметра;

U_п, I _п пределы измерения вольтметра и амперметра.

Используемые при измерении приборы должны иметь класс точности не более 0,2. Вольтметр подключают непосредственно к измеряемому сопротивлению. Ток при измерении должен быть таким, чтобы показания отсчитывались по второй половине шкалы. В соответствии с этим выбирается и шунт, применяемый для возможности измерения тока прибором класса 0,2.

Во избежание нагрева сопротивления и снижения точности измерений, ток в схеме измерения не должен превышать 20% номинального.

Рекомендуется проводить 3 - 5 измерений при различных значениях тока. За результат, в данном случае, принимается среднее значение измеренных сопротивлений.

На (рис. 2,а,б) представлены модифицированные измерительные схемы для измерения малых и больших сопротивлений методом амперметра-вольтметра.

Рис. 2. Модифицированные измерительные схемы для измерения малых (а) и больших (б) сопротивлений методом амперметра-вольтметра.

Измерительные части приведенных схем не обеспечивают одновременное измерение напряжения U_x и тока I_х. Так 1-я схема (рис. 2,а.) позволяет измерить с помощью вольтметра напряжение U_x, а амперметр дает возможность определить ток I, равный сумме I_х и I_в, из которых последний является током обмотки вольтметра.

В этом случае определяемое сопротивление:

Во второй схеме (рис. 2,б.) амперметр учитывает ток I_х, но вольтметр по­казывает напряжение U, равное сумме падений напряжений U_x на со­противлении R_x и U_a на амперметре. Поэтому определяемое сопротив­ление:

где R_a - сопротивление амперметра.

Следовательно, если при расчете определяемого сопротивления учитывать сопротивления приборов, то все схемы равноценны.

Если определяемое сопротивление R_x мало по сравнению с сопротивлением вольтметра R_в, током I_х можно пренебречь и, применяя первую схему (рис. 2,а), находить сопротивление R_x так:

допуская относительную погрешность:

В этих случаях, когда определяемое сопротивление R_x сравнимо с сопротивлением вольтметра R_в и пренебречь током I_в нельзя, сле­дует пользоваться второй схемой (рис. 2,б) и при расчете не учитывать падение напряжения U_a на амперметре, определяя сопротив­ление R_x так:

R_x = R'_x = U_x / I

при относительной погрешности измерения:

Для выявления пределов целесообразности использования той или другой схемы следует приравнять относительные погрешности и, затем найти значение сопротивления R_x, для которого обе схемы равноценны:

или

Откуда

Следовательно, для сопротивлений предпочтительна схема на рис. 2,а, а для сопротивлений - схема рис. 2,б.

Первую из них (рис. 2,а) называют схемой определения "малых" сопротив­лений, а другую (рис. 2,а) - схемой для определения "больших" сопротивлений.

При определении сопротивлений методом вольтметра и ампермет­ра следует выбирать магнитоэлектрические приборы с такими предела­ми измерений, чтобы показания их были близки к номинальным значе­ниям, т.к. это обеспечивает меньшие погрешности измерения.

1.3. Порядок выполнения работы

1.3.1. Ознакомиться с порядком выполнения работы.

1.3.2. Убедиться, что все выключатели стенда выключены (находятся в нижнем положении).

1.3.3. Перед включением стенда установите переключатель ЛАТРа Т1 в начальное положение (10В).

1.3.4. Собрать схему (рис. 3).

Рис. 3. Схема измерительной установки для измерения малых сопротивлений методом амперметра-вольтметра.

1.3.5. Ознакомиться с приборами, используемыми в лабораторной работе.

1.3.6. Определить цену деления приборов. Заполнить таблицу №1, где А2 -контрольный миллиамперметр, ИП - поверяемый прибор.

Таблица №1. Измерительные приборы лабораторного стенда.

№ п/п	Наименование	Система прибора	Класс точности	Пределы измерений	Цена деления
1.	Миллиамперметр (А2)
2	Вольтметр (V2)
3.	Вольтметр (ИП)

1.3.7. Переменный резистор R13 установить на максимальное сопротивление (положение max).

1.3.8. Доложить преподавателю о готовности к выполнению работы.

1.3.9. С разрешения преподавателя включить стенд (тумблер «Сеть»).

1.3.10. Включите стенд тумблером «СЕТЬ», затем тумблер включения ЛАТРа Т1 (S7) и тумблер питания цепей постоянного тока (S6).

1.4. Измерение сопротивлений малой величины

1.4.1. Провести измерение сопротивлений малой величины по схеме измерительной установки (рис. 3).

В данной работе необходима косвенным методом измерить сопротивление R14 (малой величины 300 Ом) и сопротивление R15 (сравнимое с сопротивлением обмотки вольтметра 10 кОм).

1.4.1.1. Соберите схему согласно (рис. 3) сначала с включе­нием вольтметра V2 до амперметра А2, а затем схему с включением вольтметра V2 после амперметра А2.

1.4.1.2. Включите стенд, а затем тумблер включения питания ЛАТРа T1 (S7) и наконец, тумблер питания цепей постоянного тока (S6).

1.4.1.3.Изменяйте переключателем ЛАТРа величину на­пряжения (V2) до получения измеряемого тока на приборе А2.

1.4.1.4. Изменяйте переключателем ЛАТРа величину напряжения (V2)до получения измеряемого тока.

1.4.1.5. Сделайте перекоммутацию цепи таким образом, чтобы амперметр А2 был включен после вольтметра и повторите измерения.

1.4.1.6. С разрешения преподавателя включить S7, S6 и повторить измерения.

1.4.1.7. Выключить S6, S7.

1.5. Измерение сопротивлений большой величины

1.5.1. Провести измерение сопротивлений большой величины по схеме измерительной установки (рис. 4).

В данном опыте измеряется сопротивление R15, вольтметром слу­жит миллиамперметр ИП с добавочным сопротивлением R11 (предел из­мерения 50В и внутреннее сопротивление 17 кОм).

а)

б)

Рис. 4. Схемы измерительной установки для измерения больших сопротивлений методом амперметра-вольтметра.

1.5.1.1. Соберите схему согласно (рис. 4,а).

1.5.1.2. Изменяйте переключателем ЛАТРа величину напряжения (в качестве вольтметра прибор ИП на пределе 50В) до получения из­меряемого тока. По окончании опыта верните все аппараты в исходное положение и отключите стенд.

1.5.1.3. Сделайте перекоммутацию таким образом, чтобы ампер­метр А2 был включен до вольтметра и повторите измерения (рис. 4,б).

1.5..4. По окончании работы верните все аппараты в исходное положение и отключите стенд.

1.5.5. Разобрать схему. Сдать рабочее место преподавателю.

1.5.6. Доложить преподавателю о выполнении работы.