Метод компенсации и описание установки

Метод компенсации заключается в том, что величина неизвестной ЭДС сравнивается, с величиной известной ЭДС, образцового (эталонного) источника. Величина ЭДС образцового, эталонного источника должна оставаться постоянной в течение срока эксплуатации. Эталоном ЭДС служит так называемый нормальный гальванический элемент с электродами из ртути и сплава ртути с кадмием, погруженными в сульфатный электролит. Его ЭДС равна 1,0186 В при 20^о С, слабо зависит от температуры и сохраняется неизменной десятки лет, потому что при измерени­ях от нормального элемента берут слабые токи 0,1... 0,01 мкА. В последнее время на смену нормальным элементам пришли спе­циальные стабилизированные электронные источники эталонного напряжения.

Главной частью компенсационной схемы является потенци­ометр (делитель напряжения), с помощью которого можно полу­чить любое напряжение в пределах от нуля до напряжения, по­данного на потенциометр. В данной работе потенциометром слу­жит реостатный реохорд ОА (рис. 1), к концам которого подве­дено напряжение от источника питания ИП, создающего в рео­хорде рабочий ток. Вдоль реохор да из­менение напряжения равномерное от нуля в точке 0 до некоторого значения в точке А (рис. 2).

Если источник с эталонного ЭДС или исследуемой ЭДС E включить (соблюдая полярность) между точкой О и скользящим контактом В, то при перемещении скользящего контакта вдоль реохорда можно найти такие его положения Во или В, при кото­рых потенциалы положительных полюсов источников или E будут такими же, как потенциалы точек В₀ или В на реохорде. В этом случае ток, текущий через гальванометр G станет равным нулю, так как произойдет ком­пенсация ЭДС или падением напряжения на участке l₀ или l реохорда.

По реохорду от источника питания идет рабочий ток I. Ус­ловия компенсации - равенства , или , где R₀ и R - со­противления участков реохорда длиной l₀ и l. Так как сопротив­ления участков однородного реохорда прямо пропорциональны их длинам, то . Расчетная формула метода компенсации:

.

Цепь установки собирают согласно рис. 1. Напряжение от источника питания подают на реохорд.

Одну из трех неизвестных ЭДС одну из двух эталонных ЭДС подключают к шести полюсному переключателю, позво­ляющему включать в цепь или , или . При мон­таже цепи необходимо строго соблюдать полярность подключе­ния.

Проведение измерений и обработка результатов

Сначала включают шести полюсным переключателем первую образцовую ЭДС , находят такое положение скользящего контакта, при ко­тором ток в гальванометре обращается в нуль и записывают . Потом переключателем подсоединяют первую неизвестную ЭДС , осуществляют компенсацию и за­писывают . По расчетной формуле вычисляют - величину ЭДС, измеренную с помощью эталонной ЭДС . Затем вместо подсоединяют вторую известную ЭДС и записывают . Переключают шести полюсный переключатель на первую неизвестную ЭДС - осуществляют компенсацию и за­писывают . По расчетной формуле вычисляют - величину ЭДС измеренную с помощью эталонной ЭДС .

Таким же способом исследуют две другие неизвестные ЭДС. Процесс каждой компенсации рекомендуется повторять два - три раза, чтобы надежнее определять положение скользящего контакта.

Результаты всех измерений записывают в табли­цу. Значения неизвестной ЭДС, полученные с помощью и должны быть близки, их отличие не должно выходить за рамки, определяемые погрешностью измерений. Другими словами, ин­тервалы и должны частично пе­рекрываться (рис. 3). То же относится и к и . Погрешности измерений вычисляют по формуле:

.

Эталонные ЭДС в ра­боте заданы с по­грешностью 0,05 В. Погрешности и составляют одно - два малых деления рео­хорда.

Желательно на каждом рисунке указать процент перекрытия интервалов и принять во внимание, что данная учебная установка не обеспечивает высокой точности измерения, а предназначена только для ознакомления с идеей ме­тода компенсации.