Методички / В.В. Дырдин Изучение работы электроизмерительных приборов
.pdf
|
10 |
общую клемму |
и ряд других ("1, 2.."), около которых указаны |
пределы измерений. |
|
4.3.2. Вольтметры
Если последовательно с измерительным механизмом подключить добавочное сопротивление, то прибор может быть использован в качестве вольтметра, прибора для измерения напряжения. Вольтметр в электрическую цепь включается параллельно нагрузке (рис. 5.2).
Расчет добавочного сопротивления. Если необходимо расширить предел измерения напряжений в n раз, то для этого последовательно с вольтметром включается добавочное сопротивление Rдоб. Пусть со-
противление вольтметра RV . Пусть IV – ток, вызывающий отклоне-
ние стрелки прибора на всю шкалу, тогда напряжение на зажимах прибора при полном отклонении стрелки UV =IVRV . При включении
добавочного сопротивления для полного отклонения стрелки необходимо напряжение U = Uдоб + UV =IV (R доб + RV ) . При этом U = nUV .
Используя эти отношения, получим |
|
Rдоб =(n −1)RV . |
(4.11) |
Таким образом, для увеличения предела измерений вольтметра в n раз нужно последовательно с прибором подключить добавочное сопротивление, как правило, катушку, сопротивление которой в (n – 1) раз больше сопротивления прибора. Вольтметры также бывают на несколько пределов измерения.
4.3.3. Правила пользования многопредельным прибором
Для сохранения целостности многопредельного амперметра при включении его в электрическую цепь с неизвестной силой тока следует придерживаться следующих правил:
1.С помощью ручки установки пределов устанавливается максимальный предел на приборе.
2.Если при замыкании цепи отклонение стрелки амперметра будет незначительным, нужно последовательно уменьшать пределы измерения до тех пор, пока отклонение стрелки не окажется во второй части шкалы.
3.Для выбранного предела определяют цену одного деления шкалы прибора
11 |
|
Z =Imax / m , |
(4.12) |
где Z – цена одного деления шкалы прибора для выбранного предела |
|
измерений; m – число всех делений шкалы прибора; Imax |
– макси- |
мальное значение силы тока (напряжения), которое может быть измерено на данном выбранном пределе измерения.
4. Величина измеряемого тока (напряжения) вычисляется
I = Zk , (4.13)
где k – деление шкалы прибора, на которое отклонится стрелка при включении прибора в электрическую цепь.
|
5. Описание экспериментальной установки |
|
|
|||
Экспериментальная ус- |
|
А1 |
|
|
||
тановка состоит из блока пи- |
|
|
|
|||
тания, реостата, включенного |
|
эталонный |
|
|
||
в цепь как потенциометр, эта- |
|
|
А2 М Rш |
|||
лонного |
амперметра, изучае- |
БП |
П |
|||
мого прибора, магазина со- |
|
|
||||
|
исследуемый |
|
|
|||
противлений. Схема установ- |
|
|
|
|
||
ки для выполнения лабора- |
|
|
|
|
||
торной работы приведена на |
Рис. 5.1. Расширение предела измерений |
|||||
рис. 5.1 и 5.2. |
|
амперметра |
|
|
||
На рисунках показаны: |
|
|
|
|
||
БП – блок питания; |
|
|
|
|
||
П – потенциометр; |
|
Rдоб М |
|
эталонный |
||
М – магазин сопротивлений; |
БП |
П |
V1 |
|||
|
||||||
А1 – эталонный амперметр – вы- |
|
|||||
|
|
|||||
сокоточный поверенный ампер- |
|
V2 |
|
|
||
метр; |
|
|
|
|
|
|
А2 – исследуемый амперметр – |
Рис. 5.2. Расширение предела измерений |
|||||
миллиамперметр, пределы изме- |
||||||
рения |
которого необходимо |
|
вольтметра |
|
|
|
|
|
|
|
|||
расширить;
V1 – эталонный вольтметр;
V2 – используемый милливольтметр (амперметр, шкала которого пересчитана в вольтах), пределы которого необходимо расширить с помощью добавочного сопротивления.
12
6.Выполнение работы
6.1.Изучение работы электроизмерительных приборов
1.Определить тип измерительной системы, класс точности прибора для каждого из исследуемых приборов.
2.Определить цену деления по (4.12). Определить минимальную абсолютную погрешность по (4.3).
3.Определить относительную погрешность измерений в различных частях шкалы для приборов различных систем по (4.1) и приведенную погрешность приборов по (4.2).
4.Определить внутреннее сопротивление исследуемых приборов. Результаты измерений занести в табл. 6.1.
|
|
|
|
Таблица 6.1 |
|
|
|
|
|
|
|
1. |
Тип измерительной системы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. |
Класс точности |
|
|
|
|
Основные характеристики |
Единица |
Максимальное |
Минимальное |
||
измерения |
значение |
значение |
|||
|
|
||||
3. |
Цена деления |
|
|
|
|
4. |
Абсолютная погрешность |
|
|
|
|
5. |
Относительная погрешность |
|
|
|
|
6. |
Приведенная погрешность |
|
|
|
|
7. |
Внутреннее сопротивление |
|
|
|
|
|
прибора |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6.2.Расширение предела измерений амперметра
1.Определить по шкале микроамперметра предельное значение измеряемой величины им силы тока I2 , цену деления шкалы Z и внутрен-
нее сопротивление RA . Для предложенного преподавателем значения n рассчитать сопротивление шунта RШ для микроамперметра по
формуле (4.10). Расчеты занести в табл. 6.2.
2. Собрать цепь по схеме, приведенной на рис. 5.1. Установить на магазине сопротивление, равное рассчитанному значению сопротивления шунта. Замкнуть цепь и для пяти положений движка потенциометра записать силу тока по показаниям двух амперметров I1 и I2 . Ре-
зультаты занести в табл. 6.3. Для каждого опыта рассчитать цену деления амперметра с шунтом ZШ и ее среднее значение ZШ .
13
3. Рассчитать, во сколько раз цена деления исследуемого амперметра с шунтом ZШ больше цены деления этого же амперметра без шунта Z
– nэксп = ZШ / Z .
4. Рассчитать относительное отклонение экспериментального nэксп от
|
заданного n по формуле |
ε = |
n −nэксп |
100% . |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
nэксп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 6.2 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Предел изме- |
Цена деления микроам- |
|
RA |
|
n |
|
|
RШ |
|||||||
|
|
рения |
перметра без шунта Z |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
А |
|
А/дел |
|
Ом |
|
|
|
|
|
Ом |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 6.3 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
№ |
I1, |
|
|
I2 , |
|
Цена деления ампер- |
nэксп |
|
ε , |
||||||
|
|
|
|
метра с шунтом ZШ |
|
|||||||||||
|
п/п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
дел |
|
А |
|
дел |
|
|
А/дел |
|
|
|
|
% |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6.3.Расширение предела измерений вольтметра
1.В качестве вольтметра, предел которого будет расширен в n раз с помощью добавочного сопротивления, используется эталонный амперметр. Зная внутреннее сопротивление эталонного амперметра R V ,
рассчитайте его цену деления Z как вольтметра без добавочного сопротивления. Результаты занести в табл. 6.4. Для заданного значения n (5 ÷ 30) рассчитать значение добавочного сопротивления для вольтметра по формуле (4.11).
2. Собрать цепь, приведенную на рис. 5.2. Установить на магазине сопротивление, равное рассчитанному значению добавочного сопротивления. Замкнуть цепь и измерить напряжение с помощью вольтметров с расширенным диапазоном измерений U 2 и эталонным U1 для
пяти положений движка потенциометра. Результаты занести в табл. 6.5.
14
3.Для каждого опыта рассчитать цену деления вольтметра с добавочным сопротивлением Zдоб и ее среднее значение Zдоб.
4.Рассчитать, во сколько раз цена деления исследуемого вольтметра с добавочным сопротивлением Zдоб больше цены деления этого же
вольтметра без добавочного сопротивления – nэксп = Zдоб / Z .
5. Рассчитать относительное отклонение экспериментального значе-
|
ния nэксп от заданного n по формуле |
|
ε = |
n −nэксп |
100% . |
|
|
|
||||||||||
|
nэксп |
|
|
|||||||||||||||
|
6. |
Сделать выводы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 6.4 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Предел измерения |
|
|
Цена деления |
|
R V |
|
n |
|
|
Rдоб |
|||||||
|
|
|
вольтметра |
|
|
|
вольтметра Z |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
В |
|
|
|
В/дел |
|
Ом |
|
|
|
|
Ом |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 6.5 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Цена деления вольт- |
|
|
|
|
||||
|
№ |
|
U1 |
|
|
|
U2 |
|
метра с добавочным |
nэксп |
|
ε |
||||||
|
п/п |
|
|
|
|
|
|
|
сопротивлением Zдоб |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
дел |
|
В |
|
дел |
|
|
В/дел |
|
|
|
|
% |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7.Контрольные вопросы
1.По каким признакам классифицируются электроизмерительные приборы?
2.Для измерения напряжений использовался вольтметр с пределами измерений: 3 В, 15 B, 75 B и классом точности 1,5. Определить абсолютные погрешности для каждого предела измерений.
3.Устройство и принцип действия электроизмерительных приборов магнитоэлектрической, электромагнитной и электродинамической систем.
4.Почему шкала у одних электроизмерительных приборов рав-
15
номерная, у других – неравномерная?
5.Устройство и принцип действия астатического прибора.
6.Рассчитайте сопротивление шунта к миллиамперметру на 100 мА, чтобы им можно было измерять ток до 1 А при сопротивлении амперметра 0,15 Ом.
7.Рассчитайте добавочное сопротивление к милливольтметру на 100 мВ, чтобы им можно было измерять напряжение до 10 В при сопротивлении вольтметра 2000 Ом.
8. |
Для измерений тока использовался миллиамперметр на |
300 мА, |
750 мА. Шкала прибора имеет 150 делений. Определить цену |
делений шкалы прибора для каждого предела измерений.
9.Как выбрать нужный предел при использовании многопредельного амперметра?
10.Как определяется цена одного деления многопредельного электроизмерительного прибора?
11.Как следует включить реостат (сопротивление) для изменения силы тока в цепи?
12.Как включить в цепь реостат, используемый в качестве потенциометра?
8.Список рекомендуемой литературы
1.Детлаф А.А. Курс физики: Учеб. для вузов /А.А. Детлаф,
Б.М. Яворский. – 3-е изд. – М.: Высш. шк., 2002. – 718 с. – § 22.6. – С. 293 – 295, 683 – 687.
2.Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высш. шк., 2002. – § 111.
3.Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин: Учеб. пособие для студ. втузов. – М.: Высш. шк., 1989. – 134 с.
4.Агасьян М.В. Электротехника и электрические измерения / М.В. Агасьян, Е.А. Орлов. – М.: Радио и связь, 1983. – 312 с.
16
Составители
Валерий Васильевич Дырдин Иван Сергеевич Елкин Валентин Павлович Корчуганов Алексей Анисимович Ильиных
ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Методические указания по выполнению лабораторной работы № 40 по курсу общей физики для подготовки студентов всех направлений
Рецензенты А. А. Мальшин А.А. Колесникова
Редактор О.А. Вейс
Подписано в печать 01.07.03. Формат 60×84/16. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Тираж 75 экз. Уч.-изд. л. 1,0.
Заказ № .
ГУ КузГТУ, 650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28. Типография ГУ КузГТУ, 650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4а.