13260

Исследование цепи постоянного тока

Лабораторная работа

Энергетика

Лабораторная работа №1 по курсу электротехники ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Лабораторная работа №1 Исследование цепи постоянного тока. Цель работы: Изучение методик измерения постоянного напряжения ток и сопротивления с помощью авометра и электронног

Русский

2013-05-11

905 KB

60 чел.

Лабораторная работа №1

по курсу электротехники

«ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА»

Лабораторная работа №1

Исследование цепи постоянного тока.

Цель работы: Изучение методик измерения постоянного напряжения, ток и сопротивления с помощью авометра и электронного вольтметра. Экспериментальная проверка  I-ого и II-ого законов Кирхгофа и закона Ома.

Приборы:      1. Универсальный стенд.

                      2. Вольтметр

                      3. Амперметр

                      4. Омметр

                      5. Соединительные провода

1.1 Теоретическое введение.

1.1.1 Классификация электрических цепей. Назовем электрической цепью совокупность соединенных между собой элементов и устройств, в которых протекает (или может протекать) электрический ток.

Классификация  по виду тока. По виду тока цепи разделяются на цепи постоянного,  изменяющегося и переменного тока. Под постоянный током понимают электрический ток, не изменяться во времени t. Все остальные токи - изменяющиеся во времени или переменные. В узком смысле слова цепью переменного тока часто называют цепь с током, изменявшимся по синусоидальному закону. Некоторые виду тока вы найдете на рис. 1.1.

Классификация по характеру параметров элементов. Цепи разделяются на линейные и нелинейные. К линейным цепям относятся цепи, у которых электрическое сопротивление R каждого участка не зависит от значений и направлении тока и напряжения. В противном случае цепь относится к нелинейной.

Рис.1.1 Виды токов: а) - постоянный ток I, б) - синусоидальный (переменный), в) - пилообразный ток, г) - прямоугольный ток, д) - пульсирующий ток.

Классификация в зависимости от наличия или отсутствия источника электрической энергии. Участки электрической цепи делятся на активные и пассивные. Участок цепи, содержащий источник электрической энергии, называется активным, не содержащий – пассивным.

Классификация цепей по сложности. Цепи бывают простые и сложные. К простым электрическим цепям относят цепи, все элементы которых соединены последовательно. Во всех элементах протекает один и тот же ток. К сложным цепям относят цепи с разветвлением. При расчетах различают сложные (разветвленные) цепи с одним источником электрической энергии и с несколькими источниками. Примеры схем сложных цепей приведены на рис.1.2 а и б (на рис.1.2 б изображена только часть схемы сложной цепи).

Ветвь электрической цепи называется участок, элементы которого соединены последовательно.

Ток в элементах один и тот же (например, на рис.1.2 б ветви aeb, bfc, ahd). Узлом электрической цепи называется место (точка) соединения ветвей (на рис.1.2 б - точки a,b,c,d).

Контуром электрической цепи называется любой путь вдоль ветвей электрической цепи начинающийся и заканчивающийся в одной и той же точке (например, на рис.1.2 б контуры aebfcdha, cqdc).

Рис. 1.2 Примеры сложных цепей.

Двухполюсник - часть электрической цепи с двумя выделенными выводами (1 и 1/ на рис.1.3 а).

Четырехполюсник (проходной) - часть электрической цепи с двумя парами выделенных выводов ( 1 и 1/, 2 и 2/ на рис.1.3 б ).

Рис. 1.3. а) – двухполюсник, б) – четырехполюсник.

1.1.2. Основные величины, характеризующие электрическую цепь постоянного тока. В источнике электрической энергии в результате действия сил неэлектромагнитной природы - химических, механических, тепловых, атомных и др., называемых сторонними силами, создается электрическое поле, которое характеризуется напряженностью.

Напряженность электрического поля  - векторная величина, определяющая силу, с которой поле действует на заряженную частицу. Она
численно равна отношению силы действующей на, зараженную частицу, к
значению её заряда, и направлена так же, как и сила, действующая на
частицу с положительным зарядом.

Под действием сил стороннего поля положительные и отрицательные заряды внутри источника разделяются. На электроде источника, обозначенного знаком «+», накапливается избыток положительных зарядов, на электроде, обозначаемом знаком «–», избыток отрицательных зарядов. Заряды внутри источника создают свое поле, которое при отключенном источнике уравновешивает стороннее поле.

При подключении к выводам источника внешней части электрической цепи в ней также создается электрическое поле, направленное от положительного электрода к отрицательному. Под действием сил этого поля носители отрицательных зарядов - электроны перемещаются вдоль внешней части цепи от отрицательного электрона к положительному, нейтрализуя недостаток отрицательных зарядов на положительном электроде в цепи постоянного тока наступает династическое равновесие: в источнике непрерывно происходит разделение зарядов, а через внешнюю часть цепи - их соединение.

Электродвижущая сила. Электродвижущая сила  (ЭДС) характеризует способность стороннего поля (индуцированного поля) вызывать электрический ток. Работа  в джоулях (Дж), совершаемая этими полями при переносе единицы заряда  (1 кулон - 1 Кл), численно равна ЭДС. Из этого определения получаем единицу ЭДС:

     (вольт)

Электрический ток. Электрический ток - явление направленного движения свободных носителей электрического заряда. Такими носителями заряда в металлах являются электроны,  в плазме, электролите – ионы. Значение электрического тока через некоторую поверхность в данный момент времени (называемое также просто током) равно пределу отношения электрического заряда, переносимого заряженными частицами сквозь эту поверхность в течение промежутка времени , к длительности этого промежутка, когда последний стремится к нулю,  т.е.

                                           (1.1)

При постоянном токе в течение каждого одинакового промежутка времени  переносится одинаковый заряд . Поэтому

,

 где  весь заряд, переносимый за время .

Из приведенного определения получаем единицу тока  (ампер).

Условно за направление тока по внешней цепи принято направление, обратное направления движения носителей заряда - электронов, т.е. от положительно, заряженного электрода к отрицательно заряженному, а внутри источника - от отрицательного к положительному.

Если направление тока неизвестно, то для каждой ветви выбирают произвольно и указывают на схемах стрелкой так называемое положительное направление. Если в результате расчета режима цепи для тока получается отрицательное значение, то это означает, что действительное направление тока обратно указанному стрелкой.

Электрическое напряжение. При протекании тока через внешние элементы цепи электрическая энергий: преобразуется в другие виды энергии и силами поля выполняется работа по переносу электрических зарядов, которая характеризуется электрическим напряжением.

Напряжение - скалярная величина,  равная линейному интегралу напряженности электрического поля:

т.е., напряжение - это работа сил поля с напряженностью  затрачиваемая на перенос единицы заряда (1 Кл) вдоль пути .

Вдоль пути вне источников, т.е. там,  где нет стороннего поля, работа, затрачиваемая на перенос единицы заряда между конечными точками a и b, т.е. напряжение, от пути интегрирования не зависит.

За положительное направление напряжения приемника принято направление, совпадающее с выбранным положительным направлением тока. Так на рис.1.4 .

Рис.1.4 положительное направление напряжения на резисторе

Единица напряжения та же, что и ЭДС:

  (вольт).

Электрический потенциал и разность потенциалов. Электрическое напряжение вдоль пути вне источника между точками a и b называют также разностью потенциалов  между этими точками.

0днозначно определяется только разность потенциалов, равная соответствующему напряжению. Чтобы определить потенциал, нужно приписать нулевое значение потенциалу одной из точек цепи, например, узлу или точке соединения двух элементов. Потенциал любой другой точки будет равен напряжению между этой точкой и точкой, потенциал которой выбран равным нулю.

Таким образом, и разность потенциалов, и потенциал, как и напряжение, являются энергетическими характеристиками точек цепи, отнесенными к единице электрического заряда, и поэтому все они измеряются в вольтах.

Электрическое сопротивление. При перемещении зарядов в проводящей среде последняя противодействует их движению. На преодоление этого противодействия затрачивается электрическая энергия, которая преобразуется в тепло. Величина, характеризующая противодействие проводящей среды движению электрических зарядов, т.е. току, называется электрическим сопротивлением . Сопротивление внешнего участка цепи (вне источников) равно отношению постоянного напряжения на участке к току в нем:

                                                   (1.2)

Элемент электрической цепи,  предназначенный для ограничения тока в цепи, параметром которого является его электрическое сопротивление , называется резистором.

Из определения сопротивления вытекает его единица:

Для проволок сопротивление находится по формуле:

                                                          (1.3)

где  - удельное сопротивление, , которое зависти от материала, из которого изготовлен провод; - площадь поперечного сечения провода, м2;   - длина провода, м.

Сопротивление проводов,  резисторов и других проводников электрического тока зависит от температуры  окружающей среды

где - сопротивление при температуре 20 °С, - температурный коэффициент сопротивления, зависящий от материала. Значения  и  приводятся в справочниках.

Электрическая проводимость. Электрическая проводимость - это величина, обратная сопротивлению, т.е.

                                                     (1.4)

Единица проводимости

 (сименс)

1.1.3. Основные законы электрических цепей постоянного тока.

Закон Ома определяет связь между основными электрическими величинами на участках цепи.

Для каждого участка цепи, кроме источников, т.е. для пассивного участка (рис.1.4), по закону Ома

                                                        1.5)

Откуда производные формулы:

, .

Напряжение на пассивном участке цепи и равное ему произведение  часто называют еще падением напряжения.

В источнике электрической энергии, который подключен к внешней части цепи так же, как и в резисторе, происходят необратимые преобразования электрической энергии в тепло. Поэтому у источника энергии два параметра: ЭДС  и внутреннее сопоставление , которое на схемах электрических цепей показывают в виде отдельного элемента. Если источник не подключен к внешней цепи, то напряжение между его выводами численно равно ЭДС (напряжение холостого хода), так как при отсутствии тока нет падения напряжения на внутреннем сопротивлении. Напряжение между выводами нагруженного источника меньше ЭДС.

Источник, внутренним сопротивлением которого можно пренебречь (падение напряжения  много меньше ЭДС ), называют идеальным источником ЭДС или напряжения. Так, на рис. 1.2 a между точками a и b включен идеальный источник с ЭДС .

Закон Ома может быть записан и для участка цепи, содержащего источник ЭДС, т.е. для активного участка (рис.1.5). Положительное направление напряжения  на сопротивлении  выбрано, как указывалось,  совпадающим с положительным направлением тока (рис.1.5).

Рис.1.5. Расстановка положительных направлений напряжении и  силы тока

Как видно на рис.1.5, напряжение  равно не сумме, а разности напряжении на двух участках:  или, так как по закону Ома ,  a , , откуда

                                          (1.6)

Выражение (1.6) и есть обобщенный закон Ома.

Если вместо напряжения  подставить в (1.6) напряжение , то

                                                (1.6,а)

Если ЭДС на схеме направлена навстречу току, то

                                                (1.6,б)

Первый и второй законы сформулированы Кирхгофом в 1845 г. и являются основными законами, определяющими режим электрической цепи. На основе этих законов получены различные методы расчета режима работы электрической цепи, т.е. анализа пеней.

Первый закон Кирхгофа - применяется к узлам электрической цепи. Он гласит: алгебраическая сумма токов в узле электрической цепи равна нулю, т.е.

                                                (1.7)

где - ток -й ветви, присоединенной к данному узлу - число ветвей, пояключечных к узлу.

Токи, направленные от узла, записываются со знаком плюс, а       направленные к узлу - со знаком минус (или наоборот). С точки зрения физики первый закон Кирхгофа описывает тот экспериментально установленный факт, что при постоянных токах заряды в узле электрической цепи не накапливаются.

Для узла  электрической цели, изображенной на рис.1.6 по первому закону Кирхгофа при указанных выбранных (произвольно) положительных направлениях токов:

Рис.1.6. Выбор направлений токов для написания первого закона Кирхгофа

Рис.1.7 Сложная схема предложенная автором для написания второго закона Кирхгофа.

Второй закон Кирхгофа применяется к контурам электрической цепи. Он формулируется следующим образом: алгебраическая сумма напряжений в контуре электрической цепи равна нулю или алгебраическая сумма напряжений на сопротивлениях (падений напряжения) этого контура равна алгебраической сумме ЭДС в этом контуре:

где   - напряжение на -ом сопротивлении контура; --ая ЭДС, входящая в данный контур;  число ЭДС в контуре; - число сопротивлений в контуре.

Второй закон Кирхгофа описывает тот физический факт, что при
обходе контура и возвращении в исходную точку потенциал последней не может измениться, так как иначе не соблюдался бы закон сохранения энергии.

Для контура электрической цепи по рис.1.7 второй закон
Кирхгофа запишется в виде:
. Если на каком-либо участке цепи нет тока, например, в цепи на рис.1.7 отключен резистор с сопоставлением и  равны нулю, то для того же контура abcda по второму закону Кирхгофа:

Энергия и мощность в электрической цепи. Из определения ЭДС следует, что работа, совершаемая источником электрической энергии за время  , т.е. работа сторонних сил в источнике по разделению зарядов, равна

                                (1.8)

 На пассивном участке цепи, т.е. в сопротивлении нагрузки или, как говорят, в приемнике электрической энергии, при напряжении U и токе I расходуется энергия

              (1.9)

Мощность Р характеризует интенсивность преобразования энергии из одного вида в другой в единицу времени. Для цепи постоянного тока мощность источника

                                   (1.10)

а приемника

                     (1.11)

В системе СИ единицами измерения энергии и мощности соответственно является 1 джоуль (1 Дж) и 1 ватт (1 Вт); 1 джоуль равен 1 ватт-секунде (1 Дж=1 Вт*с).

Для всех величин допускаются кратные и дольные единицы, например, 1 гВт (1 гектоватт) = 100 Вт; 1 кОм (1 килоОм) = 103 Ом; 1 Мом (1 мегаОм) = 106 Ом; 1 мА (1 миллиампер) = 10-3 А; 1 мкВ (1микровольт) = 10-6 В.

Энергия иногда выражается в киловатт-часах (1 кВт*ч=3,6*106 Дж).

1.1.4 Значение электрических измерений. Трудно найти область современной жизни, где бы не использовались контрольно-измерительные методы и средства. Особая роль принадлежит электроизмерительной технике, которая имеет ряд преимуществ по сравнению с другими измерительными средствами: относительную простоту проведения измерений, высокую точность, чувствительность, быстродействие, возможность передачи информации на большие расстояния, возможность сочетания с электронными средствами, ЭВМ. Электроизмерительную технику применяют для получения информации о тех или иных электрических и неэлектрических величинах (электронные часы, температура, давление), для автоматизации контроля и управления производственными процессами. На базе электрических измерений строятся практически все научные исследования.

1.1.5 Классификация электроизмерительных приборов. Электроизмерительный прибор вырабатывает сигналы информации, связанные с измеряемой величиной. Электроизмерительные приборы, показания которых являются непрерывными измерительной величины называют аналоговыми приборами. Приборы, показания которых представлены в цифровой форме называют цифровыми.

В приборах непосредственной оценки измеряемую величину определяют по показаниям прибора, шкала которого проградуирована в соответствующих единицах. В приборах сравнения измеряемая величина сравнивается с известной величиной, (мосты, компенсаторы).

В аналоговых электромеханических приборах электрическая энергия измеряемой величины непосредственно преобразуется в механическую энергию перемещения подвижной части, обычно в угловые перемещения.

В аналоговых электронных приборах измеряемая величина предварительно преобразуется (усиливается, выпрямляется и т.п.). Электронный прибор требует источника питания.

По типу измерительного механизма аналоговые приборы подразделяются  на:

         а) магнитоэлектрические;

б) электромагнитные;

в) электродинамические;

г) электростатические;

д) индукционные;

е) тепловые;

ж) термоэлектрические и т.д.

По роду измеряемой величины приборы подразделяются на вольтметры, амперметры, ваттметры, частотомеры, омметры, и т. п. и универсальные: вольтамперметры, вольтомметры и т.д.

По типу измеряемого тока приборы подразделяются на приборы переменного, постоянного, импульсного тока и универсальные.

1.1.6 Основные  характеристики электроизмерительных приборов. Диапазон измерений это область значений измеряемой величины X, которая ограничена пределами измерений - наибольшим Xmax наименьшим Xmin  значениями диапазона измерений.

Чувствительность S аналогового прибора - производная от перемещения указателя по измеряемой величине X. Для указателя (стрелки), имеющего угловое перемещение

                                            (1.12)

Если , то прибор имеет равномерную шкалу. Цена деления :

                                                (1.13)

где N- число делений шкалы между Xmax и Xmin.

Чем меньше мощность,  потребляемая измерительной частью прибора, тем меньше он нарушает режим исследуемой цепи.

Погрешность измерений характеризует качество измерений, т.е. отклонение результата измерений от истинного значения измеряемой величины Они классифицируются по следующим признакам:

по источнику погрешности: методические и инструментальные. Методические погрешности обусловлены несовершенством метода измерения и не зависят от средств измерения. Инструментальные погрешности вызваны несовершенством средств измерения и не зависят от метода измерения;

по взаимной корреляции значений: на систематические, прогрессирующие и случайные, Систематические погрешности можно считать неизменные во времени; прогрессирующие погрешности изменяются во времени по определенному закону; случайные погрешности принимают различные производные значения, однако часто можно найти регрессионные
зависимости, соответствующие совокупностям случайных значений погрешностей;

по форме нормирования: абсолютные, относительные и приведенные. Абсолютная погрешность измерения определяется как разность результата изменения  истинного значения измеряемой величины , т.е.

                                              (1.14)

Абсолютная погрешность имеет размерность измеряемой величины и часто неудобна для сравнения метрологических характеристик, различных средств - методов измерений. Поэтому используются безразмерные формы оценки погрешности: относительная и приведенная погрешность.

Относительная погрешность - это отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины:

                                               (1.15)

Приведенная погрешность – это отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению изменяемой величины (нормирующее значение для большинства приборов - это диапазон измерений по шкале):

                                        (1.16)

В паспорте измерительного прибора приводится значение приведенной погрешности, выраженное в процентах. Это значение округляется до одного из чисел 4,0; 2,5; 1,5; 1,0; 0,5; 0,25; 0,1; 0,05, которое называется классом точности. Класс точности является обобщенной метрологической характеристикой средства измерения, определяющей доступные пределы всех погрешностей. Так, 0,1 означает, что погрешность измерения составляет %

1.1.7 Условные обозначения. Условное графическое обозначение прибора - окружность с двумя разнонаправленными линиями - выводами. Назначение прибора показывают, вписывая в этот символ международное (в системе СИ) обозначение единицы измеряемой величины (табл.1.1). Особенности измерительных приборов обозначают знаками, помещенными в нижней части символа. 

Таблица 1.1

Название прибора

Обозначение

Название прибора

Обозначение

Амперметр

Омметр

Вольтметр

Фазометр

Ваттметр

Осциллограф

Частотомер

Гальванометр

При практическом применении приборов необходимо определить их пригодность к предстоящему измерению той или иной величины. Данные о приборах в виде условных обозначений указываются на их шкалах и приведены в табллце.1.2.

Таблица 1.2

Название

Обозначение

Название

Обозначение

Переменный ток

Постоянный ток

Вертикальное положение шкалы

Постоянный и  переменный ток

Горизонтальное положение шкалы

Изоляция испытана напряжением

2 кВ

1.1.8 Измерение параметров электрических цепей. Измерение напряжения. Напряжение на зажимах цепи и на ее участках измеряют вольтметром. Для измерения наполнения вольтметр подключается параллельно измеряемому участку цепи (рис.1.8).

Рис. 1.8. Схема подключения вольтметра.

Для того чтобы не изменять параметры и режимы цепи внутреннее сопротивление вольтметра должно быть много больше сопротивления
цепи.

Вольтметры непосредственной оценки имеют обычно сопротивление не более 20 кОм/В, поэтому при измерении высокоомных электрических цепей дают значительную погрешность, поскольку изменяют параметры измеряемой цепи. Значительно выше внутреннее сопротивление электронных и цифровых вольтметров (обычно более 1 МОм/В). Поэтому для измерения параметров высокоомных цепей используют электронные или цифровые вольтметры.

На практике для измерения напряжений часто используют осциллограф, который позволяет определять не только величину, но и форму измеряемого напряжения. Внутреннее сопротивление у них обычно 1 МОм.

1.1.9 Измерение силы тока. Силу тока измеряют при помощи амперметров. Амперметр включается в цепь последовательно (рис.1.9).

Рис. 1.9 схема подключения амперметра

Чтобы не изменять режимы и параметры цепи сопротивление амперметра должно быть много меньше, чем сопротивление измеряемой
цепи.

Во многих случаях, особенно при радиотехнических измерениях, силу тока определяют не непосредственно, а по падению напряжения на резисторе R0, включенном в данную цепь (рис. 1.10).

В этом случае ток в цепи , где U - падение напряжения на резисторе R0.

Погрешность измерения в этом случае определяется погрешностью измерения U и отклонениями от номинала R0.

Рис. 1.10 Схема определения силы тока при помощи вольтметра

1.1.10 Измерение сопротивления. Активное сопротивление измеряют с помощью омметра, либо методом амперметра-вольтметра.

Омметры. Непосредственно и быстро сопротивление элементов цепи постоянного тока можно измерить при помощи омметра. В схемах, представленных на рис. 1.11, ИМ - магнитоэлектрический измерительный механизм. При неизменном значении напряжения питания U=const показания измерительного механизма зависят только от значения измеряемого сопротивления . Следовательно, шкала может быть градуирована в единицах сопротивления.

Для последовательной схемы включения элемента с сопротивлением  (рис. 1.11 а) угол отклонения стрелки:

                                             (1.17)

для параллельной схемы включения (рис. 1.11 б)

                                (1.18)

где  - чувствительность магнитоэлектрического измерительного механизма;  - сопротивление измерительного механизма;   сопротивление добавочного резистора. Так как значения всех величин в правой части (1.17) и (1.18), кроме , постоянные, то угол отклонения определяется значением .

Рис. 1.11 Схема подключения омметра в цепь.

Из (1.17) и (1.18) следует, что шкала омметров для обеих
схем включения неравномерные. В последовательной схем
е включения,
в отличие от параллельной, нуль шкалы совмещен с максимальным углом поворота подвижной части. Омметры с последовательной схемой
включения более пригодны для измерения больших сопротивлений, а с
параллельной схемой - малых. Обычно омметры выполняют в виде переносных приборов классов точности 1,5 и 2,5. В качестве источника питания применяют батарею. Необходимость установки нуля при помощи
корректора, является крупным недостатком рассмотренных омметров. Этот недостаток отсутствует у омметров с магнитоэлектрическим логометром.

Схема включения логометра в омметрах представлена на рис.1.12. в этой схеме 1 и 2 – катушки логометра (их сопротивления  и );  и  - добавочные резисторы постоянно включенные в схему.

Так как:

 ,

то на основании  :

                                        (1.19)

т.е. угол отклонения, определяется  значением  и не зависит от напряжения U.

Рис. 1.12 Схема включения логометра в омметрах.

Омметры с логометром имеют различные конструкции в зависимости от требуемого предела измерения, назначения (щитовой или переносной прибор) и т.п.

Метод амперметра - вольтметра. Этот метод является косвенным методом измерения сопротивления элементов цепей постоянного и переменного токов. Амперметром и вольтметром измеряются соответственно ток и напряжение на сопротивлении , значение которого затем рассчитываются по закону Ома: . Точность определения сопротивлений этим метолом зависит от точности приборов, так и от применяемой схемы включения (рис 1.13 а и б).

При измерении относительно больших сопротивлений (более 1 Ом) схема на рис. 1.13 а предпочтительнее, так как вольтметр подключен непосредственно к изменяемому сопротивлению , ток , измеряемый амперметром равен сумме тока в измеряемом сопротивлении  и тока в вольтметре , т.е. . Так как , то.

Рис. 1.13 Схема включения приборов для определения сопротивления по методу амперметра – вольтметра.

При измерении относительно больших сопротивлений (более 1 Ом) предпочтительнее схема на рис. 1.13 б, так как амперметр не-посредственно измеряет ток в сопротивлении , а напряжение , измеряемое вольтметром, равно сумме напряжений на амперметре  и измеряемом сопротивлении , т.е. . Так как , то .

Принципиальные схемы включения приборов для измерения полного сопротивления элементов   цепи переменного тока методом амперметра - вольтметра те же, что и для измерения сопротивлений .  В этом случае по измеренным значениям напряжения и тока определяют полное сопротивление .

Очевидно, что этим методом нельзя измерить аргумент проверяемого сопротивления. Поэтому методом амперметра-вольтметра можно измерять индуктивности катушек и емкости конденсаторов, потери в которых достаточно малы. В этом случае:

    

1.2. Электрическая схема.

1.3. Ход работы

Принцип работы комбинированного цифрового прибора.

Рис. 1.13 Внешний вид комбинированного цифрового прибора

Прибор предназначен для снятия физических величин электрической цепи: силы тока I, напряжения U, сопротивления R, в зависимости от выбранного режима.

На передней панели расположено три входных гнезда:

  1.  «*» - общий вход;
  2.  «U, R»- вход,  предназначенный для снятия показания  напряжения, или сопротивления в зависимости от выбранного режима;

3. «I» - вход, предназначенный для снятия силы тока;
         а так же группа переключателей:

  1.  Сеть - включить/выключить прибор;

             переключение    режимов:    отжатое    положение    для    снятия постоянных значений силы тока и напряжения, нажатое положение для снятия переменных значений;

  1.  «U» - включение режима вольтметра;
  2.  «I» - включение режима амперметра;
  3.  «R» - включение режима омметра.

Группа, состоящая из пяти переключателей, предназначена для выбора предела прибора:

«200»- переключатель включает предел прибора равный 200 мВ, 200 мкА, 200 Ом, в зависимости от выбранного режима (единицы измерения указаны слева от переключателя: мV, мкА, Ом).

«2, 20, 200, 2000» - соответствующие пределы в зависимости от выбранного режима (единицы измерения, указаны справа: V, мА, кОм).

Режим включения вольтметра.

Для этого необходимо: соединительные провода подключить к гнездам «*» и «U,R», и включить переключатель «U». Предел перед включением прибора устанавливается на максимальное значение, т.е.  2000В. Необходимо учесть какой тип напряжения используется в цепи (постоянное, переменное), выбрать соответствующий режим.

Режим включения амперметра.

Для этого необходимо: соединительные провода подключить к гнездам «*» и «I», и включить переключатель I. Предел перед включением прибора устанавливается на максимальное значение, т.е. 200 мА. Необходимо учесть какой тип тока используется в цепи (постоянный, переменный), выбрать соответствующий режим

Режим включения омметра.

Для этого необходимо: соединительные провода подключить к гнездам «*» и «U,R», и включить переключатель «R». Предел перед включением прибора устанавливается на максимальное значение, т.е. 2000 кОм. При этом переключатель                должен находиться в отжатом положении.

! Замечание: Прежде чем снимать показание элементов цепи, необходимо обесточить схему и разрядить конденсатор.

Задание 1. Измерение постоянных напряжений. Проверка II - ого закона Кирхгофа.

Измерить падения напряжения U1-U7 на резисторах R1-R7 и входного напряжения Uo при 2-х значениях +15В и +5В с помощью вольтметра. Для этого необходимо:

  1.  переключить прибор в режим вольтметра,
  2.  соединительные провода включить параллельно,
  3.  снять входное напряжение Uo,
  4.  показания занести в таблицу 1,
  5.  проделать пункты 2-4 для резисторов R1-R7.

Используя результаты измерений, вычислить ЭДС E16, действующие в каждом из 6-и контуров. Определить отклонения  вычисленных значений Е от измеренных по формуле: . Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1.3.

Таблица 1.3

Используемый прибор

U0 (B)

U1 (B)

U2 (B)

U3 (B)

U4 (B)

U5 (B)

U6 (B)

U7 (B)

Вольтметр

Таблица 1.4

E1

E2

E3

E4

E5

E6

E1

E2

E3

E4

E5

E6

Задание 2. Измерение постоянных токов. Проверка I - ого закона Кирхгофа.

Для двух значений входного напряжения Uo (+15B и +5В) необходимо снять показания токов проходящих в ветвях контура. Для того чтобы снять ток в ветви контура необходимо:

  1.  переключить комбинационный прибор в режим амперметра.
  2.  соединительные провода амперметра подключить на ключ П1.
  3.  П1 разомкнуть.
  4.  снять показания с прибора.
  5.  занести данные в таблицу 2.
  6.  проделать пункты 2-5 для ключей П25.

Проверить 1-й закон Кирхгофа: .

Таблица 1.5

U0 (В)

I1 (мА)

I2 (мА)

I3 (мА)

I4 (мА)

I5 (мА)

IА (мА)

IВ (мА)

IС (мА)

Задание 3. Измерение активного сопротивления цепи. Проверка закона Ома.

Проверка  закона  Ома  заключается  в  следующем:   необходимо   вычислить сопротивление участков цепи, по полученным данным, занесенным в таблицы  1 и 2 . Полученный результат сравнить с экспериментальными данными.

Для получения экспериментальных данных необходимо:

  1.  цифровой комбинационный прибор переключить в режим омметра,
  2.  цепь разомкнуть, т.е. разомкнуть Пi,
  3.  клеммы омметра параллельно подключить на R1,
  4.  снять показания прибора,
  5.  занести показания в таблицу 3,
  6.  проделать пункт 3-5 для сопротивлений R2-R7.

Таблица 1.6

Вид

R1 (ОМ)

  R2 (ОМ)

  R3 (ОМ)

  R4 (ОМ)

   R5 (ОМ)

  R6 (ОМ)

  R7 (ОМ)

Вычислено

экспериментально

1.4 Вопросы для подготовки к зачету.

1. Устройство и принцип действия используемых измерительных приборов.

2. Объяснить причины отклонений Е от вычисленных значений.

3.Объяснить причины отклонений экспериментально определяемых значений
суммы токов в узлах от 0.

4. Проанализировать причины несовпадения величин R1-R7, измеренных
разными приборами и вычисленных в таблице 3.

5. Принцип действия и устройство магнитоэлектрического измерительного механизма.

6. Принцип действия и устройство электромагнитного измерительного механизма.

7. Классификация электрических цепей.

8. Что называется ветвью электрической цепи? Контуром?

9. Назвать и дать определения основным величинам, характеризующим   электрическую цепь постоянного тока.

10. Основные законы электрических цепей.

11.Основные характеристики электроизмерительных приборов.

12. Условные обозначения приборов; условные обозначения  на шкале  приборов.

13. Методы измерения напряжения, силы тока и сопротивления цепи.


I,А

t

0

0

0

0

0

а)

б)

в)

г)

д)

I

I

I

I

t

t

t

t

I1

I2

I3

I4

I6

I5

R6

R5

R5

R4

R4

R3

R3

R2

R1

R1

E

E4

E2

E1

h

q

f

e

d

d

c

c

b

a

a

a)

б)

E3

b

R2

a)

б)

1/

1

1/

1

2

2/

R

I

UU

b

a

-

+

a

+

+

c

b

Ucb

Uab

Uca

I

I4

I1

I2

I3

R3

R3

R2

R2

R Индикатор полярности 4

R1

E5

E1

E4

d

c

a

E2

b

R1

e

f

Uef

E2

a

I1

I2

I3

I4

I5

A Индикатор полярности 4

EMBED Equation.3  

V Индикатор полярности 4

EMBED Equation.3  

W Индикатор полярности 4

Индикатор полярности 4

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

Участок

  цепи

V 

A 

B 

Измеряемый

участок цепи

A 

участок цепи

I 

V 

R0 

I 

им

им

R

R

RДОБ

Rx

Rx

-

+

+

-

U

U

I

а)

б)

2

+

-

U

I1

RН

I2

RX

RДОБ

1

V

R

R

Rx ; ZX

I

а)

б)

IV

U

IX

V

U

A

I

UA

UX

Rx ; ZX

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

I5

I4

I3

I2

П0

П5

П4

П3

П2

П1

+15В

+5В

А

С

В

А

V

I1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

71458. Формулы связи координат точек местности и их изображений на стереопаре снимков 160.5 KB
  Выведем формулы связи координат точек местности и координат их изображений на стереопаре снимков.2 следует что векторы определяют соответственно положение точки местности М и центра проекции S1 снимка Р1 относительно начала системы координат объекта OXYZ.
71460. Автоматизированные методы измерения точек на стереопаре цифровых снимков 84.5 KB
  Площадные методы отождествления одноименных точек Смысл этих методов сводится к сравнению плотностей пикселей двух изображений вокруг определяемой точки. Существует два основных подхода: Корреляционные методы Смысл этих методов заключается в следующем: фрагмент одного...
71461. Методы наблюдения и измерения стереопар снимков. Основы монокулярного и бинокулярного зрения 174 KB
  Монокулярное зрение зрение одним глазом. Качественно оно оценивается разрешающей способностью глаза или остротой зрения. Различают остроту зрения первого и второго рода. Остротой монокулярного зрения первого рода называют минимальный угол под которым наблюдатель различает две отдельные точки раздельно.
71462. Создание цифровых фотопланов 2.21 MB
  Для создания фотоплана используются цифровые трансформированные снимки с одинаковым размером пикселов и имеющие координаты начал систем координат цифровых изображений O1 и O2 кратные размеру пиксела. Координаты начала системы координат цифрового фотоплана XOM принимаются равными...
71464. Создание цифрового ортофототрансформированного снимка 99.5 KB
  Принципиальная схема цифрового ортофототрансформированния снимков представлена на рис.8 Исходными материалами при цифровом ортофототрансформировании снимков служат: цифровое изображение исходного фотоснимка; цифровая модель рельефа в большинстве случаев используется...
71465. Внутреннее ориентирование снимка в системе координат цифрового изображения 113.5 KB
  Для определения параметров внутреннего ориентирования снимка измеряют координаты изображений координатных меток снимка в системе координат цифрового изображения oC xC yC. Если в результате фотограмметрической калибровки съемочной камеры были определены координаты координатных меток...