§5. Основные характеристики

ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

1. Предел измерения (А_ном или А_пред) - это максимальное зна­чение измеряемой прибором величины. Если прибор многопредельный, то предел измерения указывается у переключателя пределов или око­ло клемм; если прибор однопредельный, то - у края шкалы. Предел измерения должен быть больше или равен значению измеряемой вели­чины, т.е.

Х_изм ≤ 75% - 80% ≤ А_ном

Например, если предел измерения миллиамперметра I_ном = 50mА, то величина измеряемого тока I_изм ≤ 40mА.

2. Цена деления (С) — отношение измерения измеряемой величи­ны к величине углового или линейного отклонения, вызванного этой величиной.

Цена деления показывает, сколько единиц измеряемой величины приходится на одно деление шкалы. У приборов с равномерной шка­лой для определения цены деления нужно предел измерения A_нoм раз­делить на общее количество делений шкалы - n.

3. Чувствительность прибора (S) - величина, обратная цене деления.

Она определяется отношением линейного или углового отклоне­ния указателя к изменению измеряемой величины, вызвавшему это отклонение.

Для равномерной шкалы –

4. Класс точности (К) характеризует точность измерения при­бора, указывается на шкале в виде числа. Согласно ГОСТ 2.710-81 электроизмерительные приборы разделены на 8 классов (см. §2 п.4).

Показатель класса (К) численно равен приведенной погрешнос­ти прибора на данном пределе измерения, выраженной в процентах, т.е. отношению максимальной абсолютной погрешности ∆Х к макси­мальному значению измеряемой величины А_ном или А_пред.

Тогда абсолютная погрешность измерения прибора на выбранном пределе будет одинакова по всей шкале и определяется согласно формуле:

а относительная погрешность измерения:

По мере уменьшения измеряемой величины Х_i относительная погрешность (ɛ_i) увеличивается.

Отсюда следует, что при использовании многопредельных прибо­ров нужно правильно выбирать предел измерения A_ном (А_пред ) так, чтобы стрелка прибора располагалась ближе к предельному делению шкалы, т.е. чтобы относительная погрешность измерения ɛ_i была минимальной. Покажем это на примере.

Пример.

Для измерения тока используется многопредельный миллиампер­метр- на 50 mА, 100mА, 150mА, 200mА с классом точности Г, 5. Определим относительную погрешность, даваемую этим прибором на разных пределах.

Итак ɛ₁ = 4%, ɛ₂= 3%, ɛ₃ = 2%. Ясно, что в этом случае более точно будет измерен ток при включении миллиамперметра на пре­дел измерения 100 mА. Отсюда следует, что для увеличения точнос­ти измерения (т.е. уменьшения погрешности измерения) следует ис­пользовать наименьший допустимый предел.

§ 6. Элементы электрических цепей

(Вспомогательная аппаратура)

При выполнении лабораторных работ по электричеству использует­ся вспомогательная аппаратура: реостаты, магазины сопротивлений, выключатели, коммутаторы и т.д. Необходимо правильно подбирать и умело использовать в лабораторных работах эту аппаратуру.

Р еостат (Рис.5) состоит из керамического цилиндра (1), на ко­торый навита проволока (2) с большим удельным сопротивлением и ма­лой зависимостью сопротивления от температуры, например, из константана (сплав 50% Си и 40% Ni). Концы проволоки выведены к двум клеммам (3). Над цилиндром расположен металлический стержень (4), по которому передвигается ползунок (5), скользящий по обмотке реостата, позволяющий постепенно выключать или включать в цепь обмотку. На условном обозначении стрелка означает скользящий контакт. На реостате указываются данные о величине сопротив­ления и предельном значении тока. При использовании реостата для плавного изменения тока в цепи он включается последовательно че­рез клемму движка и одну клемму обмотки (Рис.6).

Передвижением ползунка из I в II плавно изменяется сопротив­ление цепи так, что во II положении сопротивление уменьшилось по сравнению с I.

С помощью реостата можно плавно изменять также и напряжение, в этом случае реостаты включаются как потенциометры, т.е. тремя контактами (Рис.7).

В этом случае провода от источника подключаются к зажимам об­мотки, а напряжение на нагрузку (R) снимается с движка и одного зажима обмотки. Принцип работы потенциометра ясен из рис.8.

У становив движок на край реостата в положение 1, получим U_вх = U_вых, в положении 2: U_вых=0. При других положениях можно получить любое значение U_вых в интервале 0 ≤ U_вых ≤ U_вх.

Для того, чтобы напряжение U_вых линейно зависело от положения движка реостата, необходимо, чтобы сопротивление нагрузки было гораздо больше сопро­тивления реостата (раз в 10-15). При таком условии можно не учитывать ток в потребителе и снимае­мое напряжение с обмотки потенциометра (U_вых) будет прямо пропорцио­нально длине обмотки потенциометра, к которой подключена нагрузка (потребитель).

Магазин сопротивлений представляет собой набор эталонных со­противлений, точно выверенных проволочных катушек, соединенных последовательно друг с другом. Магазин предназначен для включения в электрические схемы постоянного тока, где необходимо иметь достаточно точное, не изменяющееся во времени и от температуры сопротивление. Каждая катушка состоит из хорошо изолированной проволочной оболочки, изготовленной из манганина (сплав Cu, Ni, Мn).

К атушки набора помещают в общий ящик. Различные комбинации вклю­чения этих катушек (сопротивлений) осуществляются чаще всего с помощью переключателей. Сопротивления подбираются таким образом, чтобы один переключатель позволял набирать единицы, второй - де­сятки, третий - сотни и т.д. единиц измерения, например: омы, килоомы. Такие переключатели называются декадными. В схемах пе­ременное сопротивление обозначается

Магазин сопротивлений Р-33 имеет 6 ручек (декад), имеющих по 10 возможных положений и позволяет получить сопротивления от 0,1 до 99999,9 Ом. На корпусе находятся четыре зажима. При под­ключении к зажимам "0" и "0,9" Ом включается первая декада мага­зина (9 х 0,1); при подключении к зажимам "0" и "9,9" Ом включа­ются две первые декады (9 х 0,1 и 9 х 1); зажимы "0" и "99999,9" Ом служат для включения всех декад магазина. Чтобы определить сопротивление, нужно сложить показания включенных декад.

Переключатель имеет три клеммы и перекидной рычаг и употребля­ется для поочередного включения двух параллельных цепей. Ставя рычаг в два крайних положения, производим поочередное подключе­ние цепей к источнику питания.

К оммутатор (Рис. 9) служит для изменения направления тока в цепи. Он представляет собой соединение двух переключателей с рычагом. На панели его находится три пары клемм. Средние клеммы (1,2) под­ключаются к источнику тока, одна пара крайних (3,4) - к потреби­телю, в цепи которого должно меняться направление тока. Крайние по диагонали зажимы соединены между собой.

Если рычаг повернуть вправо и соединить с источником тока за­жимы 3 и 4, в цепи потребителя пойдет ток от 5 к 6 зажиму; при по­вороте влево в цепи потребителя направление тока будет обратным. (См. рис.10).

В практике научных и технических измерений широкое применение нашли комбинированные приборы, позволяющие проводить в зависимости от подключения последовательное измерение нескольких величин, например, силы тока, напряжения, сопротивления, частоты, температуры, элетроемкости, параметров транзисторов и т.д.

П реимущест­ва такой универсальности очевидны. В зависимости от сочетания измеряемых величин подобные приборы получили соответствующие на­именования. Так, прибор, измеряющий силу тока, напряжение и со­противление, получил название ампервольтметр или мультиметр.

Универсальный цифровой мультиметр DT9205A способен измерить постоянное и переменное напряжение, силу переменного и постоянного тока, а также сопротивление. Помимо этого, мультиметр может измерять емкость конденсаторов. Данный измерительный прибор имеет специальные разъемы непосредственно на корпусе для проверки транзисторов. Функции измерения температуры и частоты имеет прибор DT9208A. В остальном его функционал и дизайн мало чем отличается от DT9205A.

Порядок работы с мультиметром.