Практические задания

1. Расширение пределов измерения амперметра до ~ 10 100 мА.

По номинальным значениям цены деления по току C_I и внутреннего сопротивления r_G школьного демонстрационного гальванометра, указанным на гальванометрической шкале, можно определить предельный ток гальванометра , гдеk – число делений шкалы, и, зная силу тока, которую необходимо измерить I₀, рассчитать сопротивление шунта:

.

Выбрав напряжение источника тока U₀, необходимо рассчитать сопротивление, которое включается в цепь для создания тока I₀: . Потом надо выбрать контрольный амперметр с пределом I₀.

С

обрать схему (Рис. 3), по контрольному амперметру выставить силу тока, заданную преподавателем, и убедиться, что гальванометр с рассчитанным шунтом показывает полное отклонение, т.е. имеет предел измерения, соответствующий именноI₀. Если при этом токе отклонение стрелки гальванометра не максимально (крайнее деление) или выходит за пределы шкалы, то необходимо экспериментально скорректировать величину сопротивления шунта.

П

12

роградуировать гальванометр по контрольному амперметру, меняя силу тока в цепи, построить график соотношения, гдеN– деление шкалы гальванометра.

2. Расширение пределов измерения вольтметра до ~ 1 10 В.

Зная номинальные значения внутреннего сопротивления r_Gи предельное значение тока гальванометраI_G, определить предел измерения гальванометра по напряжению. Получив у преподавателя значениеU₀, рассчитать величину добавочного сопротивления:

.

Зная U₀, необходимо выбрать контрольный вольтметр с пределом измеренияU₀.

Собрать схему (Рис. 4), выставить по контрольному вольтметру требуемое напряжение U₀, и, если есть необходимость, скорректировать величину добавочного сопротивления так, чтобы стрелка гальванометра отклонилась на последнее деление.

Отградуировать полученный вольтметр по контрольному прибору, меняя напряжение на источнике, и построить график соответствия напряжения делениям гальванометра .

Проанализировать полученные графики и сделать вывод о рабочих характеристиках полученных электроизмерительных приборов с расширенными пределами измерения.

Вопросы к зачету по работе.

• Объяснить устройство и принцип действия электроизмерительных приборов магнитоэлектрической, электромагнитной и электродинамической систем.

• Почему последовательное или параллельное подключение сопротивления меняет пределы измерения электроизмерительных приборов?

• Т

  13

  еоретически вывести формулы для расчета величины сопротивлений шунта и добавочного сопротивления.

Лабораторная работа № 3

Методы экспериментального определения электрического сопротивления

Цель работы.

Изучить метод амперметра и вольтметра и мостовой метод определения сопротивления.

Знания, необходимые для допуска к работе.

• Закон Ома для участка цепи постоянного тока;

• Правила Кирхгофа для разветвленных цепей.

Краткие сведения из теории.

Д

ля определения электрического сопротивления можно воспользоваться законом Ома для участка цепи, содержащего измеряемое сопротивление. Достаточно измерить падение напряжения на сопротивлении и силу тока, протекающего по нему. Но, в силу того, что электроизмерительные приборы также обладают сопротивлением, включение их в электрическую цепь приведет к изменению тока и падения напряжения на остальных элементах цепи, в том числе – и на исследуемом сопротивлении. Причем, в зависимости от того, как подключены амперметр и вольтметр, выдавать искаженные данные будет либо один, либо другой прибор.

П

14

ри одном подключении амперметра и вольтметра (Рис. 1,а), амперметр показывает не ток через сопротивление, а сумму токов, протекающих по параллельным ветвям, содержащим сопротивление вольтметра и измеряемое сопротивление , и, соответственно, дает завышенные показания. Величина этой погрешности равнаи будет тем меньше, чем больше сопротивление вольтметра по сравнению с исследуемым сопротивлением, т.е. чем меньший ток будет идти через вольтметр. Поэтому данный вариант подключения электроизмерительных приборов используется при измерении небольших сопротивлений.

Для измерения больших сопротивлений используется другой способ подключения (Рис.1, б). В этом случае уже вольтметр измеряет не напряжение на неизвестном сопротивлении, а сумму напряжений на сопротивлении амперметра и неизвестном сопротивлении . В таком варианте подключения желательно, чтобы выполнялось условие. Тогда падение напряжения на сопротивлении амперметрабудет незначительным, и показания вольтметра можно считать достаточно точными.

Ясно, что желательно при выборе электроизмерительных приборов соблюсти оба условия для их сопротивлений, и тогда обе схемы дадут достаточно высокую точность определения неизвестного сопротивления.

Д

ругим методом измерения сопротивлений является мостовой метод. Простейший мост содержит источник питания, плечи соотношенияR₁ и R₂, плечо сравнения R_ср и плечо, в которое включается неизвестное сопротивление R_x, гальванометр (индикатор нуля). Методика измерения состоит в приведении к нулю разности потенциалов в точках двух параллельных ветвей, к которым подключен гальванометр. Это достигается или смещением движка потенциометра, т.е. изменением соотношения плеч (линейный мост – Рис. 2, а), или изменением величины сопротивления плеча сравнения при неизменном соотношении плеч (магазинный мост – Рис. 2, б).

Гальванометр показывает отсутствие тока если:

.

Эти равенства можно записать через токи, текущие соответственно в ветви сравнения и неизвестного сопротивления и ветви соотношения моста,

,

а, поделив почленно эти равенства друг на друга, получаем условие равновесия моста:

15

,

откуда выводим формулу для расчета неизвестного сопротивления:

.

Если сопротивления плеч соотношения R₁ и R₂ равны, такой мост называется равноплечным, и позволяет измерить неизвестное сопротивления с наибольшей точностью. Но использовать равноплечный мост возможно не всегда, например, когда сопротивление плеча сравнения заведомо меньше неизвестного сопротивления, приходится использовать разноплечный мост с известным соотношением плеч . Возможны ситуации, когда необходимо пользоваться мостом с соотношением плеч < 1.