ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2.

Електровимірювальні прилади

Мета роботи: Ознайомитись з будовою і принципом роботи електровимірювальних приладів. Навчитись використовувати їх для проведення демонстрацій.

Прилади і матеріали: Демонстраційні амперметр і вольтметр, мультиметр, джерело постійного струму (ВС-6), джерело змінного струму (РНШ), реостат (6 Ом, 2 А), ключ, котушка на 220 В від універсального трансформатора, магніти штабові, фотоелемент, термостовпчик або термопара, освітлювач, лампа розжарення на 220 В 100 Вт, електроплитка лабораторна, з’єднувальні провідники.

Теоретичні відомості.

Електровимірювальні прилади використовуються в багатьох демонстраціях шкільного курсу фізики. Для вимірювання сили струму і напруги в колах постійного та змінного струму, а також в якості гальванометра в школах використовуються в основному два типи приладів: демонстраційний амперметр і демонстраційний вольтметр (рис. 1). Це прилади магнітоелектричної системи, яка для вимірювання в колах змінного струму доповнена випрямляючим пристроєм.

Конструкція приладів дозволяє використовувати їх не тільки для вимірювання електричних величин під час демонстраційних дослідів, а й для вивчення будови амперметра і вольтметра магнітоелектричної системи.

За своєю будовою демонстраційні амперметр і вольтметр однакові і відрізняються лише елементами електричної схеми та зображенням шкал.

Прилади складаються з наступних основних частин: вимірювального механізму магнітоелектричної системи, змінних шкал, напівпровідникового випрямляча, змінних додаткових опорів у вольтметрах чи змінних шунтів у амперметрах. Прилади змонтовані в пластмасових корпусах. Випрямлячі розташовані в нижній частині корпусу, тому для огляду випрямляча треба зняти дно корпусу. На лицьовій панелі в нижній частині встановлені п’ять клем. Три клеми одного кольору (як правило, чорного) розташовані наверху, а дві клеми іншого кольору (червоного) – внизу. Біля лівої верхньої клеми є позначення змінного струму „ ”, а біля правої верхньої стоїть знак „+”. Щоб використати прилад в якості гальванометра, його вмикають в коло з допомогою нижніх клем.

Н а зворотній стороні приладу (рис. 2), яку видно через заднє вікно корпусу, на шкалі нанесені десять рівномірних поділок. Перша і остання поділки відповідають початку і кінцю робочих шкал. Ці поділки призначенні для визначення відносного положення стрілки і для контролю за роботою під час проведення дослідів вчителем. Нижче цього вікна розташована ручка коректора, поворотом якої стрілку встановлюють в необхідне положення.

В задній частині корпусу знизу розташований ящик, в якому зберігаються додаткові опори чи шунти.

Кожен прилад можна використовувати для трьох видів вимірювань, тому прилади мають три шкали, на яких вказане їх призначення.

Амперметр демонстраційний.

Цей прилад використовується для вимірювання сили постійного струму в межах 0-3 А і 0-10 А, сили змінного струму в тих же межах і як гальванометр. Під час вимірювання як постійного, так і змінного струму використовуються одні й ті ж шунти.

Принципова схема приладу показана на рис. 3. Опір приладу на затискачах гальванометра приблизно дорівнює 385 Ом. Дійсне значення опору даного приладу вказане на шкалі гальванометра.

Шкала постійного струму на 3 А має 15 поділок, шкала постійного струму на 10 А – 20 поділок.

Щоб приготувати прилад для вимірювання в колах постійного струму треба:

а) приєднати відповідний шунт до правої верхньої (+) і середньої клеми;

б) в передній паз на кришці приладу поставити шкалу постійного струму з тією ж межею вимірювання, що і встановлений шунт;

в) з допомогою коректора встановити стрілку на нульову поділку.

Щоб приготувати прилад для вимірювання в колах змінного струму треба:

а) приєднати відповідний шунт до лівої верхньої ( ) і середньої клеми;

б) в передній паз на кришці приладу поставити шкалу змінного струму з тією ж межею вимірювання, що і встановлений шунт;

в ) з допомогою коректора встановити стрілку на нульову поділку.

Як видно зі схеми амперметра (рис. 3), обмотка рамки приладу, через спіральні пружини підключена безпосередньо до нижніх клем з написом „гальванометр”. Щоб використати прилад в якості гальванометра (ціна поділки гальванометра вказана на його шкалі), треба в передній паз на кришці приладу поставити шкалу з нулем посередині, встановити з допомогою коректора стрілку на нульову поділку і приєднати досліджуване коло до клем гальванометра (нижніх).

Працюючи з гальванометром, необхідно пам’ятати про його високу чутливість і не вмикати в коло з силою струму більш, ніж 0,20 мА. Невиконання цієї умови може привести до згоряння обмотки чи до пошкодження стрілки.

Вольтметр демонстраційний.

Цей прилад використовується як вольтметр постійного струму з межами вимірювання 0-5 В і 0-15 В, вольтметр змінного струму з межами вимірювання 0-15 В і 0-250 В, та як гальванометр. Під час вимірювання використовуються додаткові опори, окремі для постійного та змінного струму. На кожному додатковому опорі вказані вид вимірюваної напруги та верхня межа вимірювання.

П ринципова схема приладу показана на рис. 4. Опір приладу на затискачах гальванометра приблизно дорівнює 2,3 Ом. Дійсне значення опору даного приладу вказане на шкалі гальванометра. Для випрямлення змінного струму використовується однопівперіодна схема. В робочий півперіод струм проходить через напівпровідниковий діод VD1 і рамку приладу, а в неробочий півперіод – мимо рамки, через діод VD2. Це необхідно для того, щоб до діоду VD1 не була прикладена велика зворотна напруга, яка може викликати його пробій.

Щоб приготувати прилад для вимірювання в колах постійного струму треба:

а) до клеми, позначеній "+", приєднати додатковий опір, що відповідає обраній межі вимірювання та виду струму (постійний);

б) в передній паз на кришці приладу поставити шкалу постійного струму з тією ж межею вимірювання, що і встановлений додатковий опір;

в) з допомогою коректора встановити стрілку на нульову поділку.

Щоб приготувати прилад для вимірювання в колах змінного струму треба:

а) до клеми, позначеній " ", приєднати додатковий опір, що відповідає обраній межі вимірювання та виду струму (змінний);

б) в передній паз на кришці приладу поставити шкалу змінного струму з тією ж межею вимірювання, що і встановлений додатковий опір;

в) з допомогою коректора встановити стрілку на нульову поділку.

Щоб використати прилад в якості гальванометра (ціна поділки гальванометра вказана на його шкалі), треба в передній паз на кришці приладу поставити шкалу з нулем посередині, встановити з допомогою коректора стрілку на нульову поділку і приєднати досліджуване коло до клем гальванометра (нижніх).

Зі схеми вольтметра (рис. 4), видно, що обмотка рамки приладу підключена безпосередньо до нижніх клем з написом „гальванометр”. Ціна поділки гальванометра не більша, ніж 2∙10^-3 В, шкала має по 5 поділок в кожну сторону від 0; це означає, що для максимального відхилення стрілки потрібна напруга 10 мВ. Не слід підключати гальванометр до джерела з більшою напругою.