3. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения на компьютере (ewb, multisim)

Лабораторная работа выполняется на рабочем поле виртуальной лаборатории с использованием программы схемотехнического моделирования EWB, MULTISIM.

Задание 1. Определить параметры магнитоэлектрического измерительного механизма вольтметра постоянного тока PV1: ток полного отклонения Iпр, внутреннее сопротивление (Rвн) вольтметра постоянного тока PV1 и сопротивление измерительного механизма Rим

1. Собрать схему, приведенную на рис.3.1.

Питание схемы осуществляется от источника постоянного напряжения Е1=15В, ток через измерительный механизм измерять с помощью цифрового мультиметра РАо в режиме измерения постоянного тока, а о напряжении на измерительном механизме судить по показаниям вольтметра РV1.

Управление переменным резистором R1 осуществляется клавишей R на клавиатуре, а резистором R2 клавишей Х, однократное нажатие на клавишу увеличения сопротивления, а нажатие на клавишу при нажатой клавише Shift уменьшает сопротивление на R= Rмах^.К/100%, где Rмах – максимальное значение сопротивление переменного резистора, ^.К – дискретность изменения сопротивления в процентах, например К=5%, величиной К можно управлять в свойствах резистора, например, К=1%.

Установить для вольтметра PV1 Rвн =15 кОм.

Рис.3.1.

2. Нарисовать схему в отчет и включить питание.

3. Для измерения тока полного отклонения необходимо потенциометрами R2 и R3 увеличить ток до полного отклонения стрелки, за него принять α_max=15. Измерить ток мультиметром и записать в отчет Iпр=_____.

4. Измерить внутреннее сопротивление вольтметра R_ВН=Rим+Rдоб (сопротивление рамки измерительного механизма Rим и добавочного сопротивления Rдоб ).

Измерение внутреннее сопротивление вольтметра проводится косвенным методом, зная ток и напряжение на вольтметре и используя формулу:

,

где Uизм – падение напряжения на вольтметре РV1. За него принять показание вольтметра РV1.

Результаты измерений занести в табл.3.1.

Повторить измерения Rвн для тока через измерительный механизм равный и результаты записать в табл.3.1.

Таблица 3.1

	Iпр=	Uпр=	=

По результатам двух измерений определить усредненное значение внутреннего сопротивления рамки измерительного механизма. В нижней строке табл.3.1. записать основные параметры исследуемого вольтметра.

5. Рассчитать сопротивление измерительного механизма Rим

Rим= R_ВН - Rдоб,

где Rдоб =15 кОм.

Задание 2. Произвести градуировку шкалы миллиамперметра, т.е. получить зависимость вида , где α – показание шкалы прибора,I – ток через прибор.

1. Собрать схему, показанную на рис.3.1.

Питание схемы осуществляется от источника постоянного напряжения Е1=15В, ток через измерительный механизм вольтметра PV1, измерять с помощью цифрового мультиметра РАо в режиме измерения постоянного тока.

2. Нарисовать схему в отчет и включить питание.

3. Для снятия характеристики необходимо потенциометрамиR2 и R3 установить ток полного отклонения (показание шкалы α = 15), а далее резистором R3 уменьшать ток через одно деление α=14, 13…, измеряя при этом фактический ток I с помощью цифрового мультиметра РАо. Заполнить табл. 2.2.

Таблица 2.2

α шкалы	15	…	…	…	…	0
I, мА

Построить график градуировочной характеристики амперметра по данным таблицы (см. рис.3.2.) и проверитьлинейность шкалы миллиамперметра, путем нанесения прямой линии на измеренные точки.

Вывод. С помощью вольтметра PV1, на основе магнитоэлектрического измерительного механизма, можно измерять не только напряжение, но и ток в цепи.

Задание 3. Расширить пределы измерения тока в заданное число раз (по указанию преподавателя), например, в 20 раз.

1. Рассчитать сопротивление шунта, необходимое для расширения предела величину измерения тока микроамперметром в 20 раз по формуле

где I_ш− ток шунта, а коэффициент шунтирования.

В качестве шунта использовать резистор Rш установив его сопротивление в соответствие с расчетом.

Рис.3.3.

2. Произвести градуировку шкалы амперметра на основе PV1 , т.е. получить зависимость вида , где α – показание шкалы прибораPV1, I – ток через прибор. .

1. Собрать схему, показанную на рис.3.3.

Питание схемы осуществляется от источника постоянного напряжения Е1=15В, ток через амперметр с расширенным пределом измерения измерять с помощью цифрового мультиметра РАо в режиме измерения постоянного тока.

2. Нарисовать схему в отчет и включить питание.

3. Для снятия характеристики необходимо потенциометрамиR2 и R3 установить ток полного отклонения (α=15), а далее резистором R3 уменьшать ток через одно деление шкалы амперметра на основе PV1 (α=14, 13…), измеряя величину тока I с помощью цифрового мультиметра РАо.

Заполнить табл. 3.3.

Таблица 3.3.

α шкалы	15	…	…	…	…	0
I, мА

Построить график градуировочной характеристики ампеметра по данным таблицы (см. рис.3.2.) и проверитьлинейность шкалы миллиамперметра, путем нанесения прямой линии на измеренные точки.

Задание 4. Произвести градуировку шкалы вольтметра посто-янного напряжения PV1.

1. Рассчитать величину добавочного сопротивления, для вольтметра PV1 считая пределом измерения 15 В, а измерительный механизм с током полного отклонения I_пр =1мА, и внутреннем сопротивлением Rвн= 15кОм, по формуле:

где Rвн= R_пр= 15кОм.

Собрать электрическую схему градуировки вольтметра (см. рис. 3.4), где PV₁− имитирует стрелочный индикатор с пределом измерения 15 В и внутреннем сопротивлением Rвн= 15кОм (в свойствах вольтметра установить Rвн= 15кОм) , PVо − цифровой мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения, R_доб.− резистор с установленным значением добавочного сопротивления, в соответствии с теоретическим расчетом.

Нарисовать схему в отчет и включить питание.

Рис.3.4.

2. Произвести градуировку вольтметра, т.е. получить зависимость вид

Для этого с помощью переменного резистора R2 установить напряжение полного отклонения (α=15), а далее резистором R2 уменьшать напряжение через одно деление шкалы вольтметра (α=14, 13…), измеряя величину напряжения U с помощью цифрового мультиметра РVо.

Результаты измерений занести в табл. 3.4.

Таблица 3.4.

α шкалы	15	…	…	…	…	0
U, В

3. Построить график градуировочной характеристики ампеметра по данным таблицы (см. рис.3.2) и проверитьлинейность шкалы миллиамперметра, путем нанесения прямой линии на измеренные точки.

Задание 5. Расширить пределы измерения вольтметра постоянного напряжения PV1 в заданное число раз ( по указанию преподавателя), например, в 2 раза.

1. Рассчитать величину добавочного сопротивления, для измерения напряжения с пределом измерения 30 В на основе измерительного механизма с током полного отклонения I_пр =1мА, и внутреннем сопротивлением Rвн= 15кОм, по формуле:

где R_пр= Rвн= 15кОм .

Собрать электрическую схему градуировки вольтметра (см. рис.3.5), где PV₁− стрелочный индикатор, PVо− цифровой мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения, R_доб.− добавочный резистор с установленным значением добавочного сопротивления в соответствии с теоретическим расчетом.

Нарисовать схему в отчет и включить питание.

Рис.3.5.

2. Произвести градуировку вольтметра, т.е. получить зависимость вид

Для этого с помощью переменного резистора R2 установить максимальное значение шкалы индикатора α=15 а далее резистором R2 уменьшать напряжение через одно деление шкалы вольтметра (α=14, 13…), измеряя величину напряжения U с помощью цифрового мультиметра РVо.

Результаты измерений занести в табл. 3.5.

Таблица 3.5.

α шкалы	15	…	…	…	…	0
U, В

3. Построить график градуировочной характеристики ампеметра по данным таблицы (см. рис.3.2.) и проверитьлинейность шкалы миллиамперметра, путем нанесения прямой линии на измеренные точки.