Воронов Лабораторный практикум. Измерителные приборы. Переиздание 2009

ре вычисляется по формуле

Ra = 0,15 Ом — внутреннее сопротивление амперметра.

Тот факт, что сопротивление амперметра Ra отлично от нуля, приводит к появлению поправочного члена IRa / U в формуле

(1.6). По этой причине точное значение сопротивления участка провода отличается от величины U / I .

1.Перемещением верхнего контакта установить заданную длину провода (п.5). Ручку «Рег. тока» повернуть против часовой стрелки до упора.

2.Включить установку нажатием клавиши СЕТЬ. При этом должна загореться лампочка.

3.Нажать клавишу МОСТ и отжать клавишу, находящуюся между нарисованными на панели схемами. При этом включается левая схема – схема точного измерения тока.

4.Поворачивая регулятор тока, установить диапазон его изменений. Выбрать четыре значения тока I, включая минимальное и максимальное. Занести их в заранее подготовленную табл. 5.

31

Устанавливая выбранные значения тока, записать в табл. 5 показания вольтметра U. Для каждого тока и напряжения по формуле (1.6) вычислить сопротивление R. Найти среднее арифметическое результатов вычислений <R>.

5.Провести указанные в п.4 измерения для пяти длин провода l

винтервале от 10 до 50 см.

6.Для каждой из длин l, выбранной произвольно, оценить погрешность результата методом Корнфельда, взяв в качестве погрешности полуразность максимального и минимального значений R из табл. 5:

R= (Rmax − Rmin

7.Построить график зависимости сопротивления <R> участка

провода от его длины l. На графике указать область погрешностей точки, для которой она оценивалась. В качестве погрешности дли-)

ны провода принять l = ± 0,2 см.

Задание 5

Определение сопротивления провода методом точного измерения напряжения

Для одной из длин провода из задания 4 измерить сопротивление методом точного измерения напряжения, т.е. по схеме на рис. 13.

Сопротивление провода в этом случае вычисляется по формуле:

где Rв = 2,5 кОм — внутреннее со-

противление вольтметра. Остальные обозначения те же, что и в формуле (1.6).

В окончательной записи формулы (1.7) учтена малость по сравнению с единицей поправочного члена U / (IRв). Появление этого

слагаемого связано с конечностью величины внутреннего сопротивления вольтметра.

Для измерений в этом задании клавиша на панели прибора между схемами должна быть нажата.

32

Аналогично п.4 предыдущего задания выполнить измерения. Результаты измерений занести в заранее подготовленную таблицу (по образцу табл. 5, в которой оставлено только одно значе-

ние l ).

Вычислить погрешности аналогично п.6 предыдущего задания. Сделать заключение о том, какой из двух методов (метод точного измерения тока или метод точного измерения напряжения) более целесообразен в данной установке с точки зрения влияния самих измерительных приборов на результаты измерений. Для этой цели достаточно оценить и сравнить между собой величины поправоч-

ных членов IRa / U в формуле (1.6) и U / (IRв) в формуле (1.7).

Контрольные вопросы

1.Как должны подключаться к нагрузке амперметр и вольтметр?

2.Каким условиям должны удовлетворять внутренние сопротивления амперметра и вольтметра?

3.Как отличить по внешнему виду шкалы прибор электромагнитной системы от прибора магнитоэлектрической системы?

4.Можно ли использовать прибор магнитоэлектрической системы для измерений в цепях переменного тока?

5.Чем достигается универсальность приборов электромагнитной системы в смысле использования их в цепях как постоянного, так и переменного тока?

6.В какой части шкалы прибора относительная погрешность измерения минимальна? Как выбрать оптимальный предел измерения многопредельного прибора, чтобы относительная погрешность была минимальной?

7.Вольтметром на 15 В (класс точности 1,0) измерено напряжение 6,0 В. Какова относительная погрешность измерения?

максимальный ток 10 мА, для измерений тока силой 10 А? Внутреннее сопротивление прибора — 10 Ом.

33

Измерительная система катетометра состоит из зрительной тру-

штрихов миллиметровой шкалы, обозначенные крупными цифрами, и масштабная сетка (рис. 16).

Как проводить отсчет по шкале катетометра легко понять из приводимого примера. На рис. 16 большой миллиметровый штрих «162» располагается на масштабной сетке. Целое число миллиметров дает большая цифра, соответствующая этому штриху (162 мм).

вертым и шестым делениями сетки, что соответствует примерно 0,05 мм. Окончательный отсчет в этом примере 162,25 мм.

36

Предельная приборная погрешность измерения на катетометре

пр = ± 0,02 мм.

Методика измерений с помощью катетометра заключается в следующем. С помощью винтов 13 треножника колонка устанавливается вертикально по уровню 1. Зрительная труба ориентируется в горизонтальном направлении при помощи микрометрического винта 10 по уровню 9. В дальнейшем перед каждым снятием отсчета необходимо проверять положение уровня 9.

Осветительная система отсчетного микроскопа включается через трансформатор в сеть.

Винт 5 открепляется, и измерительная каретка вручную перемещается по колонке до уровня выбранной точки объекта. Окуляр зрительной трубы вращением накатанного кольца устанавливается на резкое изображение сетки; затем вращением маховичка 7 фокусируется на резкое изображение объекта. После этого производится точная наводка трубы на выбранную точку объекта: в вертикальной плоскости с помощью винта 3 при закрепленном винте 5, в горизонтальной — с помощью винта 14 при закрепленном винте 15 и отпущенном винте 12.

После всех этих процедур производится отсчет по масштабной сетке отсчетного микроскопа.

Сферометр ИЗС-7

Сферометр (рис. 17) состоит из корпуса 1, в верхней части которого имеется измерительное кольцо 3 с тремя опорными шариками, на которые помещается измеряемая линза.

Внутри корпуса расположен измерительный стержень 4, который под действием специального груза поднимается вверх до соприкосновения с поверхностью линзы. Если вес линзы недостаточен, чтобы преодолеть давление со стороны измерительного стержня, то применяется упор 5, которым линза прижимается к измерительному кольцу.

Для отвода измерительного стержня вниз служит рычаг-арретир 2. Измерительная система сферометра состоит из измерительного стержня 4, связанного с миллиметровой шкалой, отсчет по которой производится через окуляр 6.

37

мерительный стержень сферометра, осторожно положить на кольцо 3 плоскую стеклянную пластинку, прилагаемую к прибору. Отпустить рычаг 2, после чего измерительный стержень, плавно поднимаясь, придет в соприкосновение с пластинкой. Через окуляр снять соответствующий отсчет.

Затем на кольцо 3 кладется линза, радиус сферической поверхности которой нужно измерить (рис. 19). Описанным выше способом произвести отсчет. Разность двух отсчетов для плоской пластинки и линзы дает величину стрелы прогиба сферы d.

Радиус сферической поверх- Рис.19 ности вычисляется по формуле

где r — радиус кольца; ρ — радиус шарика кольца; d — измерен-

ная стрела прогиба.

В формуле (2.1) знак «минус» перед ρ соответствует выпуклой

поверхности, а «плюс» — вогнутой. На рис. 19 показана выпуклая поверхность.

Параметры сферометра ИЗС-7, используемого в работе:

ρ=2,366±0,001 мм; r =15,009±0,001 мм; предельная приборная относительная погрешность результата измерения радиусов сферических поверхностей δпр = ± 0,04%.

Задание 1

Определение периода дифракционной решетки

Приборы и принадлежности: 1) катетометр; 2) дифракционная решетка.

Дифракционные решетки широко используются в лабораторной практике для производства спектрального анализа излучения источников света.

39

На штативе вертикально расположена модель дифракционной решетки, представляющей собой непрозрачную пластинку с большим числом прозрачных штрихов, разделенных непрозрачными промежутками. Штрихи расположены на равных расстояниях друг от друга. Расстояние между серединами соседних штрихов называется постоянной (периодом) решетки.

1. Навести трубу катетометра на первый сверху штрих дифракционной решетки и выполнить первый отсчет по масштабной сетке x0 в мм (иметь в виду, что катетометр дает перевернутое изобра-

жение). Отсчитать пять периодов и записать положение следующего (шестого сверху) штриха дифракционной решетки x 5 в мм. Затем пропустить еще пять периодов и записать положение следующего (одиннадцатого сверху) штриха решетки x10 в мм и т.д.

Выполнив описанным выше способом шесть измерений и закончив серию измерений, поднять каретку катетометра вверх и вновь повторить серию измерений, пройдя по тем же штрихам и начиная с первого сверху.

Таким способом произвести не менее трех серий измерений. Результаты измерений занести в заранее подготовленную таб-

лицу (табл. 6).

2. По результатам табл. 6 определить среднее арифметическое значение периода решетки.

где N — полное число измеренных периодов в серии.

40