Лаба 5
.pdf
Лабораторна робота №5
ВИМІРЮВАННЯ ОПОРІВ ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА НЕПРЯМИМИ МЕТОДАМИ
1МЕТА РОБОТИ
1.1Вивчити методи вимірювання опору електричного кола непрямими методами.
1.2Ознайомитись із різними схемами вимірювання опорів.
2 ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ
За величиною всі омічні опори умовно поділяються на малі (до 10 Ом), середні (від 10 до 106 Ом) і великі (понад 106 Ом). У кожному діапазоні існують свої особливості вимірювання опорів. На практиці, як правило, опір електричного кола вимірюють такими методами:
-амперметра і вольтметра;
-одного вольтметра;
-одного амперметра.
Метод амперметра і вольтметра базується на окремому вимірюванні струму Іх в колі вимірюваного опору і напруги Uх на затискачах опору з наступним розрахунком значення Rх на основі закону Ома за показами амперметра і вольтметра:
U
RX = I X (5.1)
X
Залежно від величини вимірюваного опору застосовуються дві схеми увімкнення приладів. Наведені схеми дозволяють отримати лише приблизне
значення опору rх. Це зумовлено методичною похибкою, виникнення якої пояснюється впливом внутрішніх опорів приладів під час вимірювання, Інакше
кажучи - кінцевим значенням власних опорів амперметра rА і вольтметра rV. Приблизне значення вимірюваного опору визначають за формулою:
(5.2)
де UРV - покази вольтметра; ІРА - покази амперметра.
Для отримання дійсного значення Rx вимірюваного опору необхідно
знати опори rА і rV застосовуваних приладів.
Якщо ці опори відомі, то при вимірюванні за схемою, наведеною на рис.5.1,а дійсне значення вимірюваного опору можна визначити за формулою:
RX = |
U |
X |
= |
U |
V |
− I r |
А |
=r'X −rА |
(5.3) |
|
|
А |
|||||||
|
|
|
|
I А |
|
||||
|
I X |
|
|
|
|
|
|||
а при вимірюванні за схемою, наведеною на рис.5.1,б :
, |
(5.4) |
Rx= |
U |
||
|
|
||
|
I − |
U |
|
|
RV |
||
|
|
||
де UV і IA -відповідно значення напруги і струму за показами вольтметра і амперметра
а)
б)
Рис.5.1 Електричні принципові схеми для вимірювання: а) великого опору Rx1>>RA1; б) малого опору Rx2, сумірного з опором амперметра РА1
З урахуванням цих поправок обидві схеми при інших однакових умовах рівноцінні з точки зору точності отриманих результатів, немає даних про опори
rА і rV, - неминучі похибки. Відносна похибка вимірювань за схемою, наведеною на рис.5.1,а , визначається за формулою:
γr= |
r'X − RX |
100%= |
r'X −(r'X |
−rА ) |
100%= |
r А |
100 % |
(5.5) |
RX |
RX |
|
RX |
|||||
|
|
|
|
|
|
Відносна похибка вимірювань за схемою, наведеною на рис.5.1,б , визначається за формулою:
γr= |
r'x −Rx |
100%=− |
Rx |
100% |
(5.6) |
|
|
||||
|
Rx |
R x+rV |
|
||
З наведених виразів для визначення відносної похибки випливає, що схему на рис.5.1,а доцільніше використовувати для вимірювань опорів порядку тисяч Ом, а схему на рис.5.1,б – для опорів порядку одиниць Ом.
Метод одного приладу. Якщо опори вимірюваних приладів відомі, то можна виміряти опір одним приладом замість двох. При U = соnst можна виміряти Rx одним вольтметром за схемою наведеною на рис.5.2. Коли перемикач SA знаходиться в положенні 1, вольтметр показує напругу:
U1=IV rV = U rV =U |
|
|
|
(5.7) |
|||||
|
rV |
|
|
|
|
|
|
|
|
Коли перемикач SА знаходиться в положенні 2, вольтметр показує |
|||||||||
напругу: |
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
U2=IV rV = |
|
|
rV |
|
|
|
(5.8) |
||
rV |
|
|
|
|
|
|
|||
|
+R X |
|
|
|
|
||||
Отже, за показами вольтметра U1 і U2 можна розрахувати значення |
|||||||||
вимірюваного опору: |
|
|
U1 −U2 |
|
U1 |
|
|||
|
|
|
|
|
|||||
RX =rV |
|
|
|
=rV ( |
|
−1) |
(5.9) |
||
|
|
U2 |
U2 |
||||||
Схему, зображену на рис.5.2, використовують для вимірювання опорів порядку тисяч Ом.
Рис.5.2. Електрична принципова схема вимірювання опору |
за |
допомогою вольтметра |
|
Невідомий опір Rx можна виміряти також одним амперметром за схемою, наведеною на рис.5.3. Коли вимикач SА знаходиться у вимкненому положенні, покази амперметра є такими:
I1= |
U |
= |
I A r A |
=I A |
|
r A |
r A |
||||
|
|
|
При увімкненому вимикачі SА амперметр покаже значення струму:
|
|
|
I А |
r А |
|
|
I А rX |
|
I1= |
U |
= |
r А+rX |
|
= |
|||
r А |
|
rА |
|
r А |
+rX |
|||
|
|
|
|
|
||||
(5.10)
(5.11)
За отриманими значенням І1 і І2 вимірюваний опір можна визначити за формулою
RX =rА |
|
I2 |
(5.12) |
|
I1 |
− I2 |
|||
|
|
Схему , зображену на рис.5.3 , використовують для вимірювання опорів порядку одиниць Ом.
RР
Рис.5.3. Електрична принципова схема вимірювання опору за допомогою амперметра : RР — реостат
3ПОСЛІДОВНІСТЬ ВИКОНАННЯ РОБОТИ
1.Ознайомитись з обладнанням та приладами, записати технічні характеристики і опори приладів.
2.Визначити необхідні прилади для проведення вимірювань.
3.Скласти схему (рис.5.1,а).
4.Після перевірки схеми викладачем увімкнути її в мережу і визначити опір Rx1 за показами вольтметра і амперметра для трьох різних значень напруги.
5.Скласти схему (рис.5,1,б.)
6.Після перевірки схеми подати на неї напругу і виміряти опір Rx2 за показами вольтметра і амперметра аналогічно п.4.
7.Покази приладів і результати розрахунків занести до таблиці 5.1.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблиця 5.1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Результати |
|
Результати розрахунків |
|
|||
|
|
№ схеми |
Вимірюваний |
вимірювань |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
(рисунок) |
опір |
I |
U |
r’x |
|
Rx |
γ |
|
|
|
|
|
А |
В |
Ом |
|
Ом |
% |
|
1 |
|
Рис.5.1,а |
Rx1 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
Рис.5.1,б |
Rx2 |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Формули для розрахунків |
|
|
5.2 |
|
5.3 для Rx1 |
5.5 для Rx1 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
5.4 для Rx2 |
5.6 для Rx2 |
|
8.Скласти схему, наведену на рис.5.2.
9.Після перевірки схеми викладачем увімкнути її в мережу і виміряти опір за показами вольтметра.
10.Скласти схему, наведену на рис.5.3.
11.Після перевірки схеми викладачем увімкнути її в мережу і виміряти опір за показами амперметра.
12. |
Результати |
вимірювань |
та |
розрахунків |
занести |
до |
таблиці 5.2. |
|
|
|
|
|
|
Реостат лабораторний 
|
|
|
|
|
|
|
Таблиця 5.2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№ |
Результати вимірювань |
Результати |
||||
|
№ схеми |
розрахунків |
|
|||||
|
вимірюваного |
|
|
|
|
|
||
|
(рисунок) |
U1 |
U2 |
I1 |
I2 |
Rx |
|
|
|
|
опору |
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
В |
А |
А |
Ом |
|
|
|
|
|
|
|||||
1 |
|
|
|
|
Х |
Х |
|
|
2 |
|
|
|
|
Х |
Х |
|
|
3 |
|
|
|
|
Х |
Х |
|
|
4 |
|
|
Х |
Х |
|
|
|
|
5 |
|
|
Х |
Х |
|
|
|
|
6 |
|
|
Х |
Х |
|
|
|
|
Формули для розрахунків |
|
|
|
|
5.9(п.п.1-3) |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
5.12(п.п.4 - 6) |
|
13. Зробити висновки і записати їх у звіт з обґрунтуванням застосування різних схем непрямих методів для вимірювання опорів.
Контрольні запитання і завдання
1. Як вмикають амперметр і вольтметр у схемі для вимірювання опорів при Rx >> rА ?
2.Як вмикають прилади при вимірюванні опору методом амперметра - вольтметра при Rx<< rV?
3.Як визначається відносна похибка вимірювання опору при Rx >>rА ?
4.Як визначається відносна похибка вимірювання опору при Rх << rА ?
5.Як виміряти опір за допомогою одного вольтметра? В яких випадках застосовують цей спосіб?
6.Як виміряти опір за допомогою одного амперметра? В яких випадках застосовують цей спосіб?
7.Які причини виникнення похибок при вимірюванні опорів непрямими методами ?
8.Які переваги і недоліки в порівнянні з прямими методами мають непрямі методи вимірювання опорів?
9.Як виміряти опір за допомогою одного амперметра ?