Электронный усилитель постоянного тока

В тех случаях, когда чувствительность гальванометров оказывается недостаточной, используется электронный усилитель постоянного тока. На лицевой стороне усилителя (рис.1-5) расположены выключатель источника тока; зажимы "Вход" для подключения датчиков (термопара, термостолбик, фотоэлемент и др.); зажимы "Выход" для подключения гальванометра; переключатель на три положения (“0”,“500”,“”), позволяющий устанавливать нужный режим работы при использовании различных датчиков, и две ручки потенциометров. Один потенциометр “ 0-500” используется для установки нуля гальванометра при входном сопротивления от 0 до 500 Ом, другой “” –для установки нуля при больших входных сопротивлениях.

Входное сопротивление усилителя (с нагрузкой 600 Ом) при положении переключателя на “0” равно несколько Ом, в среднем положении “500”– 500 Ом и в положении “” – миллионы Ом.

Коэффициент усиления зависит от положения переключателя. В положениях “0”,  “500” и “” коэф-фициент соответственно равен  400-500,  200-250, 500-600.

Рис.1-5

Усилитель используется только с гальванометром от демонстрационного амперметра.

Подготовка прибора к работе состоит в следующем. Соединяют "Выход" усилителя с клеммами гальванометра от амперметра. “Вход” усилителя соединяют через ключ с внешней цепью. Максимальное усиление достигается при согласованности сопротивлений внешней цепи и самого усилителя. Поэтому необходимо оценить величину сопротивления подключаемой цепи и поставить в соответствующее положение переключатель усилителя. Установку нуля производят при разомкнутом ключе во внешней цепи. Для этого включают источник тока усилителя с помощью тумблера и через несколько минут (необходимых для прогрева и стабилизации прибора) соответствующими ручками потенциометров устанавливают стрелку гальванометра на нуль.

Амперметр – омметр учебный

Этот цифровой прибор предназначен для измерения силы постоянного и переменного токов и сопротивления при демонстрации опытов по физике с обеспечением читаемости знаков индикации на расстоянии не менее 8 м.

Внешний вид прибора показан на рисунке 1-6.

На передней панели прибора расположены:

1-индикатор результатов измерения; 5-индикатор множителя и вида измере-ний; 7-входные клеммы (знаком * отмечена клемма общего входа).

На верхней крышке размещены:

2- кнопка включения прибора СЕТЬ; 3-кнопка фиксации результата измерения СТОП; 4-переключатели вида измерений; 6-переключатели множителя поддиапозонов измерений.

Р ис. 1-6

На задней панели расположен сетевой шнур и держатель предохранителя.

Амперметр-омметр состоит из следующих основных блоков: шунт много-предельный; делитель опорных напряжений; аналого-цифровой преобразова-тель АЦП; индикатор перегрузки; индикатор результатов измерения; блок питания; блок индикации делителя входного тока и единицы измерения.

Работа прибора в режиме измерения силы тока основана на сравнении падения напряжения на шунте с опорным напряжением.

Постоянный и переменный ток (частотой до 1000 Гц) можно измерять в диапазоне от 1 мкА до 1,99 А. Этот диапазон разделен на пять поддиапазонов: 1-199 мкА; 0,01-1,99 мА; 0,1-19,9 мА; 1-199 мА; 0,01-1,99 А.

Прибором можно измерять сопротивление от 1,0 Ом до 1,99 МОм. Этот диапазон сопротивлений разделен на пять поддиапазонов:

1-199 Ом; 0,01-1,99 кОм; 0,1-1,99 кОм; 1-199 кОм; 0,01-1,99 МОм.

Работа прибора в режиме измерения сопротивления основана на сравнении величин падения напряжения на измеряемом и опорном резисторах.

Питание приборов осуществляется переменным током напряжением 42 В и частотой 50 Гц.

Длительность непрерывной работы прибора не более 8 часов циклами по 45 мин. с перерывами между циклами не менее 10 мин.

Вольтметр-термометр учебный

Этот цифровой прибор предназначен для измерения постоянного и переменного напряжения и температуры при демонстрации опытов по физике с обеспечением читаемости знаков индикации на расстоянии не менее 8м.

Внешний вид прибора представлен на рисунке 1-7.

На передней панели прибора расположены: 1-индикатор результатов измерения; 5-индикатор делителя результа-та измерения и единицы измерения; 8-входные клем-мы (знаком * отмечена клем-ма общего входа).

На верхней части корпуса прибора размещены:

2- кнопка включения прибора СЕТЬ; 3-кнопка фиксации результата измерения СТОП; 4-переключатели вида изме-                  Рис. 1–7                               рений; 6-кнопка сдвига диапазона измерения температуры на плюс 40˚С; 7-переключатели делителя результата измерения (поддиапозонов измерений); 9-ИТС (измерительный термопреоб-разователь с сопротивлением, который соединен проводником с электрической схемой прибора и используется при измерении температуры); 10-ручка установки нуля УСТ.0 при дифференциальном режиме измерения температуры; 11-изоляционная втулка.

На задней панели прибора расположен сетевой шнур и держатель предохранителя.

Вольтметр-термометр состоит из следующих основных блоков: входной делитель для измерения напряжения; делитель опорного напряжения; аналого-цифровой преобразователь; индикатор знака измеряемой величины; индикатор перегрузки; индикатор результата измерения; блок питания; блок индикации делителя выходного напряжения и единицы измерения. Кроме этого для измерения температуры имеются блоки: измерительный термопреобразователь сопротивления; входной делитель для измерения температуры; дифферен-циальный усилитель.

Работа прибора в режиме измерения напряжения основана на сравнении измеряемого напряжения с опорным напряжением. Напряжение переменного тока можно измерять в пределах от 0(нуля) до 42В. Этот диапазон напряжений разделен на поддиапазоны: от 0 (нуля) до 1,99 B; от 0 (нуля) до 19,9 B; от 0(нуля) до 42 В.

Прибором можно измерять напряжение постоянного тока в пределах от 0(нуля) до 110 В. Этот диапазон напряжения разделен на следующие поддиапазоны: 0-1,99 B; 0-19,9 B; 0-110 В.

Если прибор используется в режиме измерения температуры, то его действие основывается на работе мостовой схемы. На одну диагональ этой схемы подается напряжение от стабилизатора, а с другой диагонали, в которую включен термопреоразователь сопротивления ИТС (терморезистор), снимается напряжение, пропорциональное измеряемой температуре, и сравнивается с опорным напряжением.

Диапазон измеряемых температур разделен на поддиапозоны: от минус 19 до плюс 115˚C; от минус 19,9 до плюс 19,9˚C; от 20 до 39,9˚C; от 40 до 59,9˚C; относительно температуры окружающего воздуха от 0 до 1,99˚C (дифферинциальное измерение температуры).

Питание прибора осуществляется от сети переменного тока напряжением 42В и частотой 50Гц.

Длительность непрерывной работы прибора не более 8 часов циклами по 45 мин. с перерывами между циклами не менее 10 мин.

Теоретическую подготовку проверьте, ответив на следующие вопросы:

1. Каково устройство и принцип действия электроизмерительных приборов различных систем (магнитоэлектрической, электромагнитной и др.)?

2. Как можно расширить предел измерения амперметра? вольтметра?

3. Что можно измерять демонстрационным амперметром? вольтметром? В каких пределах?

4.  Каковы основные правила выбора гальванометров для демонстра-ционных опытов?

5.  Каково назначение усилителя постоянного тока? С каким гальваномет-ром он используется и почему?

6.  Из каких основных блоков состоит цифровой амперметр-омметр и что им можно измерять и в каких пределах?

7.  Из каких основных блоков состоит цифровой вольтметр-термометр и что им можно измерять и каких пределах?

Изучение приборов и приобретение навыков работы с ними

Задание 1. Изучение демонстрационных амперметра и вольтметра.

1. Изучите, пользуясь приборами, устройство и технические параметры демонстрационного амперметра и вольтметра (наличие сменных шкал, шунтов, добавочных сопротивлений; внутреннее сопротивление, пределы измерения, цена деления в различных режимах работы).

2. Покажите на электрической схеме демонстрационного амперметра (и вольтметра) путь тока при использования его в цепях постоянного и переменного токов и в качестве гальванометра. Проследите электрическую цепь на приборе, пользуясь раскрытым экземпляром демонстрационного амперметра (и вольтметра).

Вопросы:

1. С какой целью задняя стенка прибора сделана из стекла?

2. Почему электрическая цепь демонстрационного вольтметра содержит два диода, а демонстрационного амперметра – один диод? Каково назначение каждого диода?

Задание 2. Использование демонстрационных амперметра и вольтметра в цепях постоянного тока.

Цель: Овладеть навыками измерения силы и напряжения постоянного тока с помощью демонстрационных амперметра и вольтметра (выбор шунтов и добавочных сопротивлений, выбор шкал и др.).

1. Соберите электрическую цепь (рис.I-8), состоящую из выпрямителя ВС-4-12, лабораторного реостата (6 Ом, 2 А), демонстрационных амперметра и вольтметра.

2. Приближенно рассчитайте максимальную силу тока в цепи при определенном сопротивлении реостата.

3. В соответствии с максимальными значе-ниями силы тока и напряжения в цепи, подготовьте

Рис.1-8 амперметр и вольтметр для измерений

(выберите и подключите шунт к амперметру и добавочное сопротивление к вольтметру; выберите и установите шкалы; установите стрелки приборов на нулевое деление шкалы с помощью корректора).

Прибор в качестве амперметра без шунта в цепь не включать!

Прибор в качестве вольтметра без добавочного сопротивления в цепь не включать!

4. Измерьте силу тока и напряжение и определите мощность, потре-бляемую в цепи.

Задание 3. Использование демонстрационных амперметра и вольтметра в цепях переменного тока.

Цель: Овладеть навыками измерения силы и напряжения переменного тока с помощью демонстрационных амперметра и вольтметра (выбор шунтов и добавочных сопротивлений, выбор шкал и др.).

1. Соберите электрическую цепь по схеме (рис.I-9) (в качестве нагрузки возьмите электрическую плитку).

2. Приближенно рассчитайте максимальную силу тока в цепи, зная мощность плитки (300 Вт).

3. В соответствии с максимальными значениями силы тока и напряжения, подготовьте амперметр и вольтметр для работы в цепи переменного тока с необходимыми пределами измерений (аналогично предыдущему заданию).

4.Измерьте силу тока и напряжение в цепи и определите сопротивление плитки.

Рис.1-9

Вопросы:

1. Почему для измерения постоянного и переменного токов используются одни и те же шунты, а для измерения постоянного и переменного напряжений – разные добавочные сопротивления?

2. Почему шкалы амперметра и вольтметра для измерения силы и напряжения переменного тока неравномерные?

Задание 4. Использование демонстрационных амперметра и вольтметра в качестве гальванометров.

Цель: Научиться выбирать гальванометр для измерения малых сил токов и напряжений при проведении различных опытов.

1. Подготовьте амперметр и вольтметр для работы в режиме гальванометра (выберите шкалы; установите стрелки приборов на нулевое деление шкалы).

Рис. 1 – 10

2. Обнаружьте фототок (освещая фотоэлемент) гальванометром от амперметра а затем гальванометром от вольтметра при одинаковых условиях. Для этого соберите электрическую цепь по схеме, показанной на рисунке 1-10.

3. Обнаружьте термоток (нагревая термопару) гальванометром от амперметра, а затем гальванометром от вольтметра при одинаковых условиях (соберете аналогичную электрическую цепь).

4. Оцените (приближенно) или измерьте сопротивления фотоэлемента и термопары. Для этого воспользуйтесь электроизмерительным комбинирован-ным прибором типа 43208-У, сравните эти сопротивления с сопротивлениями гальванометров и обоснуйте правила подбора гальванометров для демонстрационных опытов.

Вопросы:

1. При каком условии гальванометр работает в наилучшем режиме?

2. Какой гальванометр следует использовать для обнаружения анодного тока в цепи вакуумного диода? для обнаружения индукционного тока в катушке при движении магнита?

Задание 5. Увеличение чувствительности гальванометра с помощью усилителя постоянного тока.

Цель: Научиться пользоваться усилителем постоянного тока для увеличения чувствительности гальванометра.

1. Ознакомьтесь с органами управления усилителя постоянного тока.

2. Используя гальванометр от амперметра вместе с усилителем, обнаружьте индукционный ток при движении проводника в магнитном поле постоянного магнита. Для этого "Вход" усилителя соедините через ключ с витком медного провода, а "Выход" – с гальванометром. Переключатель режима работы усилителя установите на "0", т.к. сопротивление подключенной части цепи (витка провода) мало. Включите источник тока усилителя с помощью тумблера и с помощью потенциометра 0-500 (при разомкнутом ключе) установите нуль гальванометра. Замкнув ключ и перемещая виток провода относительно магнита наблюдайте возникновение индукционного тока.

Не оставляйте после выполнения опыта усилитель с включенным источником тока!

Вопросы:

1. Почему усилитель постоянного тока всегда используется с гальванометром от амперметра?

1. В какое положение следует установить переключатель режима работы усилителя при обнаружении фототока?

Задание 6. Изучение цифрового амперметра – омметра.

1. Изучите, пользуясь прибором, органы управления, индикации и отсчета измеряемых величин, его технические параметры (диапазоны и поддиапазоны измерения постоянного и переменного тока; диапазоны и поддиапазоны измеряемых сопротивлений; величину напряжения, которым питается прибор и др.).

2. Использование прибора в качестве омметра.

Цель: Овладеть навыками измерения сопротивления резисторов цифровым омметром.

а) Подготовьте прибор к работе в качестве омметра: отожмите кнопку СЕТЬ; нажмите кнопку «10⁴»; нажмите (или отожмите) кнопку переключа-теля вида измерения в положение, соответствующее измерению сопротивления; подключите прибор к сети переменного тока напряжением 42 В;

б) Пользуясь набором резисторов, измерьте их сопротивления. Для этого с помощью проводов присоедините прибор к одному из приборов; включите прибор, нажав кнопку СЕТЬ; нажмите поочередно справа налево кнопки выбора множителя (диапазона измерения) до тех пор пока на индикаторе не появятся 2-3 значащих цифры; определите величину сопротивления резистора, которая равна произведению полученного показания на индикаторе 1 и множителя, высвеченного на индикаторе 5 (рис.1-6).

в) Аналогичным образом измерьте сопротивления еще двух резисторов.

3. Использование прибора в качестве амперметра.

Цель: Овладеть навыками измерения силы постоянного и переменного тока цифровым амперметром.

а) Подготовьте прибор к работе в качестве амперметра: отожмите кнопку СЕТЬ; нажмите кнопку «10»; нажмите (или отожмите) кнопку переключателя вида измерения в положение, соответствующее измерению силы тока; нажмите (или отожмите) кнопку выбора рода тока (постоянный или переменный); подключите прибор к сети переменного тока напряжением 42 В.

б) Соберите электрическую цепь, состоящую из резистора (используйте набор резисторов), цифрового амперметра и источника тока (постоянного или переменного) напряжением 10В (используйте источник тока “Практикум”). Рассчитайте силу тока в цепи, а затем измерьте ее, выполняя те же действия и правила, что и при измерении сопротивления. Сравните полученные результаты и сделайте вывод. Аналогичным образом измерьте силу тока в другом резисторе (с большим или меньшим сопротивлением).

Вопросы:

1. На каком принципе основана работа прибора в режиме измерения сопротивления? в режиме измерения силы тока?

2. Почему при измерении сопротивления и силы тока нужно переключать кнопки выбора множителя (диапазона измерения), начиная от больших значений к меньшим?

Задание 7. Изучение цифрового вольтметра – термометра.

1. Изучите, пользуясь прибором, органы управления, индикации и отсчета измеряемых величин, его технические характеристики (диапазоны и поддиапазоны измерения напряжений постоянного и переменного тока; диапа-зон и поддиапазон измеряемых температур; особенности дифференциального измерения температуры; величину напряжения, которым питается прибор и др.).

2. Использование прибора в качестве вольтметра.

Цель: Овладеть навыками измерения напряжений постоянного и переменного тока цифровым вольтметром.

а) Подготовьте прибор к работе в качестве вольтметра: отожмите кнопку СЕТЬ; нажмите кнопку “:1”; отожмите кнопку ; нажмите или отожмите кнопку  

в зависимости от рода измеряемого напряжения;

подключите прибор к сети переменного тока напряжением 42 В.

б) Подключите прибор с помощью соединительных проводов к источнику измеряемого напряжения (например, к источнику тока ”Практикум”) и измерьте напряжения постоянного и переменного тока. Для этого включите прибор, нажав кнопку СЕТЬ; нажимайте поочередно слева направо кнопки переключателя делителя поддиапазона до тех пор, пока на индикаторе результата измерения не появится 2-3 значащих цифры.

Определите величину измеряемого сопротивления, которая равна частному от деления показания, полученного на индикаторе результата измерения, на показание индикатора делителя поддиапозона и единицы измерения. Запишите величины измеренных напряжений постоянного и переменного токов и сравните их с напряжениями, обозначенными на источнике тока. Сделайте выводы.

3. Использование прибора в качестве термометра.

Цель: Овладеть навыками измерения температуры цифровым термометром.

а ) Подготовьте прибор к работе в качестве термометра: отожмите кнопку СЕТЬ; нажмите кнопку «:1»; нажмите кнопку

б) Измерьте температуру холодной воды. Для этого опустите ИТС (измерительный термопреобразователь сопротивления) в сосуд с холодной водой. Нажмите кнопку СЕТЬ и измерьте температуру воды в диапазоне от минус 19,9 до плюс 115°С. Нажмите кнопку «:10» и измерьте температуру этой же воды в диапазоне от минус 19,9 до плюс 19,9°С. Как и в случае измерения напряжения, величина измеряемой температуры тела определяется как частное от деления показания на индикаторе результата измерения на показание индикатора делителя поддиапазона и единицы измерения.

Измерьте температуру горячей воды. Для этого опустите ИТС в сосуд с горячей водой и дополнительно нажмите кнопку «+40°С». В этом случае температура измеряется в диапазоне от 20 до 59,9°С и результат измерения равен алгебраической сумме показаний прибора и 40°С.

Вопросы:

1. На каком принципе основана работа прибора в режиме измерения напряжения? в режиме измерения температуры?

2. Какую роль выполняет аналого-цифровой преобразователь (АЦП) при работе прибора?

В отчете о подготовке к работе предоставить:

1. Краткие теоретические сведения о системах электроизмерительных приборов и принципах их действия.

2. Устройство и технические характеристики школьных электроизмери-тельных приборов (назначение, принципиальные электрические схемы, вид и пределы измерения, правила эксплуатации и др.).

3. Содержание заданий и схемы опытов.