2012_Лекция 2_Введение в физпрактикум

Рис. 2.4. Конструкція електростатичного вольтметра.

Таким чином, у положенні рівноваги кут відхилення ϕ визначається квад-

ратом напруги, що вимірюється ϕ = kU 2 .

Квадратична залежність показів електростатичного приладу обумовлює такі ж особливості його характеристики, що й у приладів електромагнітної системи: можливість вимірювання сталої та змінної напруги; нерівномірність шкали; наявність неробочої ділянки на початку шкали.

Аналогічно приладам ЕМ системи при подачі змінної напруги кут відхилення стрілки пропорціональний середньому значенню квадрата напруги, що ви-

Конструктивними та технологічними методами забезпечують рівномірність шкали на більшій частині діапазону вимірювання, окрім початкової частини шкали, яка виходить за клас його точності та вважається неробочою. Шкала електростатичного вольтметра проградуйована в одиницях ефективної напруги

Uд = <U 2 >.

Перевагами приладів ЕС системи є високий вхідний опір ( >1010 Ом),

можливість вимірювання сталої та змінної напруги, широкий діапазон робочих частот.

Лекція 2. Електровимірювальні прилади 12 Вступ в лабораторний практикум курсу загальної фізики “Електрика та магнетизм” в редакції В.П. Олефіра

Внаслідок високого вхідного опору R заряд на електродах вольтметра зберігається на протязі тривалого часу, не зважаючи на малу ємність C ≈10 пф. То-

му перед установкою покажчика вольтметра на "0" необхідно зняти сторонній заряд, замкнувши вхідні клеми.

Недоліками приладів ЕС системи є низька чутливість, невисока точність, необхідність екранування від зовнішніх електричних полів, чутливість до чистоти та вологості повітря, чистоти поверхні ізоляторів вхідних клем, нерівномірність шкали, наявність неробочої ділянки на початку шкали.

Електрична схема електростатичного вольтметра наведена на рис. 2.5. Вимірювальне коло вольтметра містить захисний опір R =1кОм, що захищає вимі-

рювальний механізм від пошкодження при випадковому замиканні між нерухомим і рухомим електродами. Для екранування приладу від зовнішніх електричних полів на його корпус зсередини наноситься провідна суміш, та корпус сполучається з клемою "екран".

Рис. 2.5. Схема електростатичного вольтметра.

При вимірюванні напруги сталого струму та змінного частотою до 20 кГц вольтметр необхідно включати по схемі з захисним опором. При вимірюванні змінної напруги з частотою вище 20 кГц вольтметр необхідно включати без захисного опору. На частотах вище 1 Мгц довжина сполучних провідників повинна бути мінімальною, інакше з'являються великі похибки вимірювань.

2.3.5. Електродинамічна система (ЕДС)

У електродинамічних приладах (рис. 2.6) магнітне поле, що діє на рухому рамку зі струмом 2, створюється соленоїдом 2. Вісь обертання рамки зі струмом 5, що розташована усередині соленоїда, перпендикулярна його осі.

Рис. 2.6. Електродинамічний вимірювальний прилад.

За відсутності струму площина рамки паралельна вісі соленоїда. Соленоїд та рамка включаються послідовно і через них проходить один і той же струм I .

Обертаючий момент M об , що діє на рамку, дорівнює:

віссю соленоїда та нормаллю до площини рамки; ϕ - кут повороту рамки з поло-

Одним з недоліків електродинамічного гальванометра є те, що його шкала є нерівномірною внаслідок квадратичної залежності кута ϕ повороту стрілки від сили струму I в рамці. В той же час перевагою електродинаміч-

ного гальванометра є те, що він може бути використаний для вимірювання як сталих, так і змінних струмів.

Крім того, електродинамічний гальванометр може бути використаний для вимірювання потужності, що розвивається електричним струмом. Для цього обмотку соленоїда необхідно включити паралельно ділянці кола, а обмотку рамки - послідовно.

2.3.6. Комбінований аналоговий вимірювальний прилад (тестер)

Комбінований аналоговий вимірювальний прилад - ампервольтомметр (тестер) - є універсальним приладом, за допомогою якого вимірюються струм, напруга в колах сталого та змінного струму (як правило, від 20 Гц до 20 кГц) та опір сталому струму.

В якості вимірювального механізму використовується мікроамперметр магнітоелектричної системи. При вимірюванні струму паралельно мікроамперметру включаються багатоступінчаті шунти, а при вимірюванні напруги послідовно з мікроамперметром - додаткові опори.

При вимірюванні змінного струму та напруги до мікроамперметра підключається випрямляч.

Вимірювання опорів проводиться по схемі, наведеній на рис. 2.7, де E - джерело струму.

Рис. 2.7. Схема вимірювання опорів за допомогою тестера.

Опір Rx , що вимірюється, включений послідовно з мікроамперметром, який має внутрішній опір Ra . Струм I у колі дорівнює

Rx , що вимірюється, це дозволяє проградуювати шкалу приладу в Омах.

Граничні значення струму дорівнюють

Таким чином шкала омметра повинна бути оберненою шкалі амперметра, тобто "0" омметра співпадає з максимальним відхиленням стрілки амперметра і навпаки.

Розширення діапазонів вимірювання омметра здійснюється за допомогою опорів R0i , що перемикаються.

Для компенсації зміни напруги джерела живлення в процесі його експлуатації передбачено регулювання опору R0 . Регулювання необхідно проводити пе-

ред кожним вимірюванням опору Rx підстроюванням нуля "0" омметра при зако-

рочених вхідних клемах.