Теплова система

На Мал. 8 зображена схема теплового приладу. Струм І, що йде по провіднику, розігріває його, і провідник подовжується. Через систему «важелів» це переміщення передається одному кінцю нитки Н, намотаної на ролик Р. При цьому інший кінець нитки відтягається пластинчастою пружиною, і котушка повертається, обертаючи разом із собою стрілку. Тому що виділена теплота і розігрів нитки за законом Джоуля—Ленца пропорційні , то шкала теплового амперметра не є рівномірною. Прилади цієї системи служать для грубих вимірів, тому що мають велику теплову інерцію (провідник із струмом розігрівається й охолоджується поступово).

Похибки електровимірювальних приладів

Найважливішою характеристикою кожного вимірювального приладу є його точність. Різниця між показаннями приладу х_і і дійсним значенням вимірюваної величини х називається абсолютною похибкою

Δх=х_і-х.

Звичайно, точність виміру характеризується відносною похибкою х, яка являє собою відношення абсолютної похибки до дійсного значення вимірюваної величини:

.

Для характеристики точності електровимірювальних приладів користаються приведеною похибкою х_прив 

відношення абсолютної похибки до граничного значення вимірюваної величини, тобто до найбільшого її значення, що може бути виміряне по шкалі приладу

.

Під приведеною похибкою приладу з двосторонньою шкалою /нуль посередині/ розуміється похибка, віднесена до суми приведеної похибки меж вимірювання. Необхідність уведення приведеної похибки пов'язана з тим, що навіть при сталості абсолютної похибки по всій шкалі приладу відносна похибка у міру зменшення значення вимірюваної величини не залишається постійної, а збільшується.

Точність електровимірювальних приладів  одна з найголовніших характеристик і лежить в основі розподілу приладів на класи.

Відповідно до стандарту електровимірювальні прилади по ступені точності вимірювання поділяються на сім класів 0.1, 0.2, 0.5, 1, 0, 1.5, 2.5, 4. Покажчик класу визначає приведену похибку вимірювання у відсотках. Абсолютна похибка дорівнює

Δх=х_привх_max.

Наприклад, міліамперметр класу 1.5 із шкалою 300 мА дає в будь-якім місці шкали абсолютну похибку

Δх=0.15300=4.5 мА.

Прилади класів 0.1, 0.2, 0.5 застосовуються для точних лабораторних вимірювань і називаються прецизійними. У техніці застосовуються менш точні прилади класів I, 1.5, 4 /технічні/.

Клас приладу звичайно, вказується на його шкалі.

Лабораторна робота №21

Вивчення вольтметра та амперметра. Вимірювання опору провідника методом вольтметра та амперметра

Мета роботи.

1. Вивчити принцип роботи гальванометра магнітоелектричної системи і застосувати його для вимірювання напруги U та струму I.

2. Розрахувати величини опорів R_x, застосовуючи додатковий опір та шунт.

Прилади та обладнання

• 2 мікроамперметра,

• 2 магазини опорів,

• 2 невідомі опори,

• блок живлення.

Коротка теорія.

Докладно будова гальванометра та будова вольтметра і амперметра на його основі викладено у вступній частині, а основні характеристики струму, напруги та опору розглянуто у Додатку.

Напругу U на деякому опорі R вимірють вольтметром V, вмикаючи його паралельно опорові, а струм, що тече через нього - амперметром А, ввімкненим послідовно з опором. Принципова схема електричного кола з джерелом струму Е, вольтметром V, амперметром А та опором R показана на Мал.1. Для розширення меж вимірювання вольтметра, його вімкнено послідовно з додатковим опором , а для збільшення межі вимірювання амперметра, до нього паралельно вімкнено опір , який називають шунтом. На малюнку позначено , - внутрішні опори приладів, - границя величини напруги, вимірюваної вольтметром, - границя величини струму, вимірюваного амперметром, - струм, що проходить через шунт, - напруга на додатковому опорі.

Як відомо, будь-який прилад для вимірювання струму можна використовувати і для вимірювання напруги.

Наприклад, мікроамперметр із верхньою межею вимірювання І_пр=200 мкА, що має внутрішній опір R_прV= 730 Ом, дозволяє виміряти максимальну напругу такої величини

. (1)

Отже, цей прилад може використовуватися як вольтметр із верхньою межею вимірювання . Для розширення межі вимірювання напруги послідовно з приладом вмикаємо додатковий опір R_д (Мал.2а). Якщо величина вимірюваної напруги дорівнює U=nU_пр, то величина R_д може бути знайдена із таких міркувань. Напруга на приладі за законом Ома є , а напруга U на опорі R за законом Ома дорівнює . З одержаних виразів можна скласти відношення

. (2)

Розвязком (2) буде

. (3)

Якщо ж цей прилад необхідно використовувати для вимірювання струму І=nI_пр, у n раз більшого ніж І_пр, його шунтують опором R_ш (Мал.2б). Напруга на приладі та напруга на шунтові рівні за величиною, причому . Прирівнюючи ці напруги, одержимо рівняння відносно

, (4)

звідкіля

. (5)

Невідомий опір обчислюється через напругу U та струм І за законом Ома

. (6)

Вимірювання U і І здійснюється за допомогою вольтметра й амперметра (Мал.З). При такій схемі вимірювання показання вольтметра відповідає значенню U, але показання амперметра I₀ підвищують значення I на величину I_V, тобто на силу струму, що протікає через вольтметр. Це - систематична похибка методу вимірювання. Для її виключення треба увести поправку - відняти з показань амперметра I₀ величину I_v.

Як вольтметр і амперметр можна використовувати мікроамперметри - один із додатковим опором, інший з шунтом (Мал. 4). За показами цих приладів I_V й I_A можна буде визначити значення напруги й струму U і I у невідомому опорі R. З урахуванням вищевикладеного одержимо

, (7)

. (8)

Однак при одноразовому вимірі U й І обчислення R по приведених формулах дає результат із невисокою точністю, причому похибка його невідома. Для одержання більш достовірних результатів необхідно одержати 7 пар значень U_i і I_i, обробка яких за методом найменших квадратів дозволить обчислити найбільш імовірне значення опору R і границі довірчого інтервалу.