Метод измерений и описание аппаратуры

Принципиальная схема установки, служащей для измерений, изображена на рис. 1.

Вцепи реохордаАВ создается постоянный ток источником питания с электродвижущей силой E, которая должна быть заведомо немного больше электродвижущей силы E_х исследуемого источника. Исследуемый источник э.д.с. E_х присоединяется через гальванометр G к подвижному электроду D и концу А реохорда АВ таким образом, чтобы источник питания и исследуемый источник были включены навстречу друг другу. Только в этом случае возможна компенсация плеч AD и DB.

Меняя местоположение подвижного контакта D реохорда АВ добиваются такой величины сопротивления R_х плеча AD, при котором ток через исследуемый элемент E_х будет равен нулю, на что укажет стрелка гальванометра G. Отсутствие тока в цепи гальванометра возможно только тогда, когда э.д.с. исследуемого элемента E_х уравновешивается или компенсируется падением потенциала между точками A и D, создаваемым током от элемента E:

E_х  IR_x. (3)

Так как сопротивление R_х пропорционально длине плеча l_х,то можно записать

IR_x  Ial_x  E_х, (4)

где a – коэффициент пропорциональности.

Если ток в цепи гальванометра отсутствует (см. рис. 1),то

E  I(R₁  r  R),

E_х  IR_x,

где R – полное сопротивление реохорда АВ; R₁ – сопротивление подводящих проводов контура АEBDA, r – внутреннее сопротивление источника питания.

Тогда, из двух последних уравнений находим, что

E_х  . (5)

Если вместо источника с э.д.с. E_х включить в цепь источник с известным значением э.д.с., например, нормальный элемент Вестона с э.д.с. E_N, то по аналогии с уравнением (5) можно написать

E_N  . (6)

где R_N - сопротивление плеча реохорда AD в случае включения в цепь элемента Вестона (или другого эталонного источника).

Нормальный элемент Вестона предпочтительно используется в компенсационных схемах такого типа, так как его э.д.с. постоянна и при температуре 20°С равна 1,0183 В.

Разделив равенство (5) на (6), получим:

. (7)

Так как сопротивления R_x и R_N пропорциональны соответствующим длинам плеч реохорда l_x и l_N (см. (4)), то окончательно получим

E_х  E_N. (8)

Экспериментальное определение длины плеч реохорда для двух случаев включения в компенсационную схему источников э.д.с. E_x и E_N позволяет рассчитать э.д.с. неизвестного источника E_x по формуле (8).

В компенсационном методе роль измерительного прибора, гальванометра G, сводится не к измерению тока, а к установлению его отсутствия на участке цепи с источником неизвестной э.д.с. Поэтому в компенсационных схемах применяются очень чувствительные гальванометры (так называемые ноль-гальванометры).

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с принципом работы компенсационной схемы и ее конкретным воплощением в данной лабораторной работе, т. е. с монтажной компенсационной схемой, представленной на рис. 2. ЗдесьК₁ – ключ включения источника питания, К₂ – кнопка успокоения гальванометра, П – двухполюсный двухпозиционный переключатель для ввода в цепь попеременно эталонного и исследуемого источников э.д.с. В лабораторной установке реохорд АВ представляет собой потенциометр, изготовленный из металлического проводника однородного по химическому составу с постоянным поперечным сечением, но свитым спиралью с двумя выводами на концах в точках А и В и металлическим подвижным электродом D, скользящим вдоль спирали. При этом выводы расчетной формулы остаются справедливыми. Остальные обозначения соответствуют обозначениям схемы, представленной на рис. 1.

2. Соединить двумя проводниками клеммы стабилизированного источника питания с цифровым вольтметром на лабораторном стенде. Установить выходное напряжение равное 5 ± 0,5 В.

3. Переключить соединительные провода от вольтметра на клеммы питания компенсационной схемы.

4. Включить двухполюсный двухпозиционный переключатель П на исследуемый элемент E_x.

5. Нажать кнопку К₂ и проверить отклонение стрелки гальванометра. Цепь должна включаться только на короткое время во избежание поломки гальванометра.

6. Добившись полного отсутствия тока в цепи гальванометра G передвижением подвижного контакта реохорда, произвести измерение l_x. Аналогичным образом измерить l_N, включив элемент E_N.с помощью двухполюсного переключателя П. Измерения проделать 4 – 5 раз. Найти средние значения l_x и l_N. Полученные данные занести в табл. 1

Таблица

Источники э.д.с.	Длина плеча реохорда l, мм					Э.д.с. неизвестного источника, В
	1	2	3	4	Среднее значение,
Эталонный
Исследуемый

7. Рассчитать значение E_х по формуле, используя средние значения и . Результаты занести в таблицу.

8. Считая, что в работе преобладают приборные погрешности, определить предельную относительную погрешность измерений по формуле

E_x     , (9)

где l_x, l_N, E_N – абсолютные погрешности измерений l_x,l_Nи E_N.