Приборы и оборудование

Компенсатор (потенциометр) постоянного тока Р307. Предел измерения 1.91111 В. Допустимая основная погрешность (В) определяется по формуле

 = ±(150U + 0.5) 10^-6. (6.1)

Здесь U – показания потенциометра.

Элемент нормальный ненасыщенный Э303. Действительное значение ЭДС элемента при 20^оС 1.0186–1.0194 В, класс 0.02.

Магазин сопротивлений МСР63 – 3 шт.

Универсальный вольтметр В7-16. Описание, технические характеристики, работа с вольтметром В7-16 изложены в лабораторной работе №7 (используется в качестве нуль-индикатора).

Магнитоэлектрические измерительные механизмы М265 (500 мкА) и М265М (±500 мВ).

Стабилизированный блок питания постоянного тока (два независимых регулируемых источника на 2.5 и 4.5 вольта).

Расчетные зависимости

Принцип работы компенсатора (потенциометра) легко понять из рис.6.1. Электродвижущие силы обоих источников равны, когда показание нуль-индикатора равно нулю. Здесь используется метод сравнения нулевой реализации:

Е₁ = Е₂. (6.2)

Основное достоинство измерения напряжения посредством компенсации состоит в том, что от измеряемого объекта (например, Е₁) теоретически не отбирается ток, т.е. измерение производится без потребления мощности. Благодаря этому можно наиболее точно измерить ЭДС источников с большим внутренним сопротивлением.

Рис.6.1. Схема компенсационного метода измерения

постоянных напряжений

Упрощенная схема потенциометра постоянного тока приведена на рис.6.2. Сначала устанавливается определенное значение рабочего тока I в контуре В. Для этого переключатель SA₁ устанавливают в положение НЭ (нуль-индикатор включен в цепь контура А) и изменяют сопротивление R_рег до тех пор, пока нуль-индикатор не покажет 0.

Это будет тогда, когда для контура А будет выполнено условие:

E_N = IR_H. (6.3)

Отсюда можно найти значение тока I:

I = E_N/R_H. (6.4)

Затем переключатель SA₁ устанавливают в положение Х₁ (нуль-индикатор включен в цепь контура Б) и перемещают движок потенциометра R₁ до тех пор, пока нуль-индикатор опять не покажет 0. Это будет тогда, когда для контура Б будет выполнено условие:

Е_X1 = IR. (6.5)

Способ требует постоянства рабочего тока I во время измерений. В этом случае угол поворота движка потенциометра R₁ прямо пропорционален измеряемой ЭДС.

Рис.6.2. Упрощенная схема потенциометра постоянного тока: Е_х – неизвестная ЭДС; Е_N – ЭДС нормального элемента; ВБ – вспомогательная батарея; Н-И – нуль-индикатор; SA₁ – переключатель режимов работы потенциометра

Часть резистора R_H (рис.6.2) показана регулируемой (резистор R₂), это нужно для компенсации изменения E_N при смене нормального элемента или изменении температуры окружающей среды.

Для расширения пределов измерения измерительных механизмов по напряжению применяют добавочные резисторы, которые включают последовательно с вольтметром (см.рис.6.3,а). Добавочное сопротивление вычисляется по формуле:

R_д = R_изм(m-1). (6.6)

Здесь m – коэффициент, показывающий, во сколько раз нужно расширить пределы измерения вольтметра; R_изм – сопротивление измерительного механизма.

Поверяемый вольтметр подключается к зажимам Х₁ компенсатора, на которые подано напряжение U₁.

Для расширения пределов измерения магнитоэлектрических амперметров применяют шунты (рис.6.3,б). Сопротивление шунта вычисляют по формуле:

R_ш = R_изм/(n-1). (6.7)

Здесь n – коэффициент, показывающий, во сколько раз нужно расширить пределы измерения амперметра.

Рис.6.3. Схема поверки магнитоэлектрических приборов

компенсатором: а) вольтметра, б) амперметра

При поверке последовательно с амперметром включается образцовый резистор R_о (см.рис.6.3,б), падение напряжения U_о на котором и измеряется компенсатором. Действительное значение измеряемого тока I_д в этом случае определяется из выражения:

I_д = U_о/R_о. (6.8)

Абсолютная погрешность измерения определяется по формуле:

 = X - X_д. (6.9)

Здесь X – показания вольтметра, амперметра; X_д – действительное значение напряжения, тока, определенное на основе показаний компенсатора.

Относительная погрешность измерения (%) определяется как

 = (/X) 100. (6.10)

Приведенная погрешность (%) вычисляется по формуле:

 = (/X_N) 100. (6.11)

Здесь X_N – нормирующее значение (конечное значение шкалы измерительного прибора, сумма значений двусторонней шкалы и т.д.).

Для средств измерений, у которых основную погрешность нормируют в виде предела приведенной погрешности, класс точности прибора К_п численно равен наибольшей допустимой приведенной основной погрешности, выраженной в процентах:

К_п = _max. (6.12)

Класс точности присваивают из ряда: 110ⁿ; 1.510ⁿ; 210ⁿ; 2.510ⁿ; 410ⁿ; 510ⁿ; 610ⁿ, где n = 1; 0; -1; -2 и т.д.

Из (6.12) следует, что значение максимальной абсолютной погрешности данного прибора можно вычислить по его классу точности:

_max = ± К_пX_N/100. (6.13)