2863

УДК 537 Ф-50

Физика [Текст]: лаб. практикум: Электростатика. Постоянный ток / Бородин В.Н., Бомбин А.М., Евсикова Н.Ю., Камалова Н.С., Кумицкий Б.М.,

Панюшкин Н.Н., Саврасова Н.А., Саушкин В.В.; Фед. агентство по образованию, Гос. образовательное учреждение высш. проф. образования, Воронеж. гос. лесотехн. акад.– Воронеж, 2006. – 39 с.

Ответственный редактор В.В. Саушкин.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТА

Табл. Ил. Библиогр.: назв.

3

Лабораторная работа 4.1 (73)

ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

Цель работы: изучение принципа действия и характеристик основных электроизмерительных приборов; проверка закона Ома; измерение удельного сопротивления проводника.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МИНИМУМ

Электроизмерительные приборы классифицируются по следующим признакам:

•по виду измеряемой физической величины - амперметры, вольтметры, омметры и др.;

•по роду тока - приборы постоянного тока, приборы переменного тока, приборы постоянного и переменного тока;

•по принципу действия - магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, тепловые и др.;

•по степени точности - в зависимости от класса точности.

Основные признаки прибора обозначаются условными знаками и приводятся на шкале прибора.

Вид измеряемой величины

Величина, измеряемая прибором, указывается в виде обозначения единицы измерения, в которых отградуирован прибор.

Вфизическом практикуме электроизмерительные приборы используются

восновном для измерения силы тока и напряжения. Для измерения силы тока применяются амперметры (A), миллиамперметры (mA) и микроамперметры ( A), а для измерения напряжения – вольтметры (V ) или милливольтметры

(mV ).

Результаты измерений следует записывать русскими символами:

А - ампер, мА - миллиампер, мкА - микроампер, В - вольт, мВ - милливольт.

Система прибора

Любой электроизмерительный прибор состоит из подвижной и неподвижной части. По величине перемещения подвижной части (чаще всего стрелки) судят о величине измеряемого тока, напряжения и т.д.

Конструкция прибора определяется в первую очередь принципом работы и назначением прибора и зависит от устройства его измерительного механизма. В данном пособии рассматривается устройство и принцип работы двух наиболее распространенных систем.

Принцип работы приборов магнитоэлектрической системы (рис. 1) основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита и обмотки подвижной части прибора, по которой протекает измеряемый ток. Между наконечниками 2 постоянного магнита 1 неподвижно укреплен стальной цилиндрический сердечник 3, в зазоре между которыми находится подвижная рамка 4 с обмоткой из тонкого провода. На торцевых сторонах катушки укреплены полуоси 5, упирающиеся в подпятники 6. На одной полуоси закреплена стрелка 7. Конец стрелки может перемещаться над шкалой с

имеет два предела измерения 3 В и 7,5 В, то на его шкале может быть нанесено 75 делений, а на переключателе указано 3 V и 7,5 V.

Цена деления

Цена деления прибора равна значению измеряемой величины, которое соответствует одному делению шкалы. Если шкала прибора имеет N делений, а его предел измерения Хт, то цена деления такого прибора

Формулу (1) можно применять только для приборов магнитоэлектрической системы с равномерной шкалой.

Цена деления прибора, изображенного на рис. 3, равна 5 мА/дел.

У многопредельных приборов цена деления для разных пределов измерений различна. Например, если вольтметр имеет два предела измерения: 3 В и 7,5 В, а шкала прибора имеет 75 делений, то цена деления

для предела 3 В с = 3В/75 дел = 0,04 В/дел.; для предела 7,5 В с = 7,5В/75 дел = 0,1 В/дел.

Класс точности и приборные погрешности

Приборные погрешности измерений зависят от класса точности прибора. Электроизмерительные приборы делятся на 8 классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

Числа, определяющие класс точности прибора, указывают на то, что систематическая абсолютная погрешность прибора в любом месте шкалы не должна превышать соответственно 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 процента от предела измерения прибора.

Если γ – класс точности прибора, а предел его измерения Хт , то

не от значения измеряемой величины, а только от класса точности прибора и его предела измерения. Она имеет одно и то же значение в пределах всей шкалы.

Приборная относительная ошибка εпр определяется как отношение

Подставляя в формулу (3) значение (2), получим

прибора зависит от значения измеряемой величины и тем больше, чем меньше измеряемая величина. Для уменьшения относительной приборной погрешности необходимо пользоваться приборами, пределы измерения которых близки к значениям измеряемых величин. При точных измерениях измеряемые величины должны составлять не менее 70…80 % от предела измерения прибора.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Общий вид экспериментальной установки изображен на рис. 4, электрическая схема приведена на рис. 5.

Исследуемый проводник – это хромоникелевая проволока 1 (рис. 4), натянутая между двумя неподвижными кронштейнами 2, которые закреплены на вертикальной стойке 3. К концам проводника подведено низкое постоянное напряжение от выпрямителя, находящегося в блоке 4. Напряжение на исследуемом проводнике изменяется с помощью потенциометра П (рис. 5) при вращении ручки 6 (рис. 4).

Средний подвижный кронштейн имеет скользящий контакт 5, позволяющий включить в электроизмерительную цепь часть проводника (между скользящим контактом и нижним кронштейном). Сопротивление R этого участка провода можно определить путем измерения напряжения U и силы тока I на этом участке цепи и применения закона Ома.

Недостатком такого метода измерения сопротивления R является влияние сопротивления подводящих проводников и внутреннего сопротивления электроизмерительных приборов: амперметра RA и

вольтметра RV . Возможны две схемы подключения электроизмерительных приборов к исследуемому сопротивлению R . Если переключатель К (рис. 5)

Учитывая это соотношение и закон Ома, получим расчетную формулу для сопротивления проводника

сопротивлении U и на амперметре U A :

UV =U +U A .

Применяя закон Ома к двум участкам цепи, содержащим сопротивления R и RA , получим расчетную формулу для искомого сопротивления

измерения сопротивления? Это определяется тем, в каком случае будет меньше ошибка измерения сопротивления. Анализ выражения для погрешности R показывает, что если исследуемое сопротивление значительно меньше внутреннего сопротивления вольтметра (R << RV ), то

следует использовать схему " а " (рис. 5 ). Если же сопротивление R значительно больше внутреннего сопротивления амперметра (R >> RA ), то

Электроизмерительные приборы – амперметр и вольтметр - смонтированы в блоке 4 (рис. 4). Имеющийся на блоке клавишный переключатель позволяет включать одну из схем: " а " или " b ". Схема изображена на корпусе блока и там же схематично показано положение клавишей, соответствующее включению каждой схемы: отжатое ("высокое") или утопленное ("низкое").

Приборы и принадлежности: установка для измерения сопротивления; микрометр.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Заполните табл. 1 характеристик электроизмерительных приборов, используемых в работе.

индивидуального задания.)

3. Схема измерений вначале выбирается произвольно. Для заданной длины проводника проводятся предварительные

RV = 2500Ом, выбирается необходимая измерительная схема (" а

" или " b ") и дальнейшие измерения ведутся по этой схеме, а расчет величины R по формуле (6) или (7) соответственно.

4.Для заданной длины L проводника по выбранной схеме

измерения определите зависимость силы тока I A от напряжения UV . Для этого величину I A измерьте при 5-7 значениях UV . Сила

тока регулируется ручкой РЕГ.ТОКА в пределах от минимального до максимально возможного значения. Для каждой пары значений