22620

Вимірювання опорів за допомогою мостової схеми постійного струму

Лабораторная работа

Физика

Вимірювання опорів за допомогою мостової схеми постійного струму. Вимірювання невідомих опорів за допомогою мосту Уітстона. Вимірювальні магазини опорів блок гальванометрів джерело живлення набір невідомих опорівз'єднувальні провідники.1 Вона складається з чотирьох опорів R1 R2 R3 R4 утворюючих плечі мосту гальванометра G та джерела живлення U підключених відповідно до діагоналей мосту ВД та АС.

Украинкский

2013-08-04

57.5 KB

6 чел.

5

 Лабораторна робота.

     Вимірювання опорів за допомогою мостової

  схеми постійного струму.

      Мета роботи: 

          1. Ознайомлення з схемою та принципом дії мосту Уітстона.

          2. Вимірювання невідомих опорів за допомогою мосту Уітстона.

          3. Засвоєння методики визначення похибок вимірювань, зроблених за допомогою мосту Уітстона.

Прилади і матеріали. Вимірювальні магазини опорів, блок гальванометрів, джерело живлення, набір невідомих опорів,з'єднувальні провідники.

                                     Мостова схема постійного струму.

Мостова схема постійного струму, яку часто називають мостом Уітстона,подана на мал.1.

                           А

          R1                          R3

                        G

       В                                      Д                         

                                                                                   U

                                                                                                  

           R2                      R4

                          C

Мал.1

  Вона складається з чотирьох опорів R1, R2, R3, R4, утворюючих плечі мосту, гальванометра G та джерела живлення U, підключених відповідно до діагоналей мосту ВД та АС. При довільних значеннях опорів у плечах мосту струм проходить не тільки крізь дільниці схеми АВС, АДС, але й крізь гальванометр, оскільки потенціали точок В та Д неоднакові. Але можна так підібрати значення опорів, щоб потенціали точок В та Д стали однаковими і струм крізь гальванометр був відсутній.

       Рівність потенціалів точок В та Д означає рівність спадів напруг на резисторах R1, R3 та R2, R4 :

                                                       U1  =  U3,      U2  =  U4                                 (1)

Ці спади напруг можна визначити з закону Ома для ділянок кіл АДС та АВС :

               

 U1 =  UR1 / ( R1 + R2 ), U2  = UR2 / ( R1 + R2 )           

                                                                                                                  (2)  

 U3 =  UR3 / ( R3 + R4 ), U4  = UR4 / ( R3 + R4 ).

 де  U - напруга, прикладена до діагоналі мосту АС. Отже з умов (1-2) можна одержати співвідношення для величин опорів у плечах мосту:

                                                       R1  R4  =  R2  R3 ,                                     (3)

яке забезпечує рівність потенціалів у точках В та Д, тобто і відсутність струму у колі гальванометра. Мостова схема, для опорів якої задовольняється умова (3), зветься збалансованою.

Вимірювання опорів за допомогою мостової схеми.

Співвідношення (3) між опорами у плечах сбалансованого мосту дозволяє визначити величину будь-якого з чотирьох опорів, якщо відомі значення трьох інших опорів. Нехай, наприклад, невідомим є опір R1:

                                                         R1  =  Rx,   тоді

                                                         Rx  =  R2  R3  /  R4                                   (4)

       Таким чином, процес вимірювання невідомого опору Rx зводиться до експериментального підбору опорів резисторів R2, R3, R4 так, щоб струм у колі гальванометра був відсутній.

       Зауважимо,що у вираз (4) входить відношення опорів R3 / R4. Тому достатньо знати величину відношення, а не абсолютні значення опорів R3 та R4.

                                             Чутливість мостової схеми.

      Як ми вже казали, збалансованість мостової схеми (тобто рівність потенціалів у точках В та Д мал.1) перевіряється по відсутності струму крізь гальванометр, підключений між точками В та Д. Отже, точність вимірювання опору Rx буде залежати від того, наскільки точно ми зможемо визначити рівність потенціалів у точках В та Д, або що теж саме, відсутність струму у колі гальванометра. Тому у мостових вимірювальних схемах звичайно прагнуть до використання гальванометрів, здібних реєструвати як можна менші значення струмів. Це забезпечує  можливість старанного підбору опорів R2, R3, R4 та отже і підвищення точності визначення Rx. Кількісною оцінкою, характеризуючою точність визначення значення  Rx, є чутливість мостової схеми. Для визначення ії значення будемо вважати, що опори R2, R3, R4, Rx вже підібрані так, що струм у колі гальванометра дорівнює нулю. Якщо тепер змінити опір Rx на деяку невелику величину Rx, то це викличе розбалансування мосту та протікання струму у колі гальванометра G. Стрілка гальванометра при цьому відхилиться на N поділок. Чутливість мостової схеми у цьому випадку визначається як відношення кількості поділок шкали    N, на яку відхилилась стрілка гальванометра, до величини зміни опору   Rx, яка викликала це відхилення:

                                                                   N (поділок)

                                                       S =                                                       (5)

                                                                      Rx ( ом)

Особливості вимірювання опорів за допомогою

мостової схеми.

      Застосування у мостових схемах чутливих гальванометрів невеликих струмів потребує дотримання низки пересторог. При підключенні до мостової схеми опору Rx невідомої величини міст стає розбалансованим. У цьому випадку між точками В та Д (мал.1) може існувати значна різність потенціалів і струм гальванометра може бути дуже великим. Для запобігання виходу з ладу гальванометра G струм крізь нього обмежують на початковому етапі вимірювань. Це можна зробити підключивши послідовно з гальванометром змінний резистор R достатньо великої величини (мал.2).Чутливість мостової схеми при цьому знижується. Балансування мосту у таких умовах здійснюється поступово. Спочатку за найнижчої чутливості підбирають величини опорів R2, R3, R4 так, щоб дійти нульового показника гальванометра. Потім величину опору R, що обмежує чутливість, зменшують (підвищують чутливість) і роблять більш старанне балансування мосту. Потім знову підвищують чутливість та балансують міст, підбираючи більш точні значення опорів R3, R4 і т.д. Схема вважається цілком збалансованою,  а вимірювання закінченим, тільки у тому разі, коли значення опору R, що обмежує струм, буде доведено до нуля ( тобто чутливість мосту буде максимальною).

                                    Опис лабораторного макету.

      Міст Уітстона складається з чотирьох вимірювальних магазинів опорів Р33, з'єднаних провідниками за схемою мал.1.До однієї діагоналі мосту підключається джерело живлення + 12 в, до іншої блок гальванометрів. Останній має 2 гальванометри різної чутливості, перемикач гальванометрів П, регулятор чутливості мостової схеми (змінний резистор R), кнопку підключення живлення К, яка запобігає псуванню гальванометрів при перевантаженнях (мал.2).

                                                                                     

                                                                                  K

                     Rx                                       R3

                                        G1        П                                           +12В

                                                                                                   

                                                         R                                       U

                                       G2 

                       R2                                      R1

Мал.2.

                         Завдання та рекомендації до його виконання.

  1.  Ознайомтесь з приладами, передбаченими для виконання роботи. Їх стислий опис та головні технічні характеристики наведені у Додатку. Зверніть увагу на клас точності магазинів опорів, ціну поділки гальванометрів, характеристики блока живлення.

 2. Зберіть схему, подану на мал.1.

 3. За допомогою перемикача П підключіть до діагоналі мосту менш чутливий гальванометр та за допомогою магазинів опорів установіть однакові значення опорів у плечах мосту у межах 100 - 500 Ом (тобто R1 = R2 = R3 = R4 = 100 - 500 ом).

 4. За допомогою тумблера на передній панелі блока джерела живлення підключіть його до мережі 220 В, тобто подайте живлення на одну з діагоналей мосту.

 5. Короткочасним натискуванням кнопки К перевірте збалансованість мосту. У разі необхідності відрегулюйте її, зменшуючи опір R до 0 (підвищуючи чутливість до max) та змінюючи величину опору R2.

 6. Повторіть ці дії (п.5) для більш чутливого гальванометра.

 7. Порушивши баланс мосту на 10-15 поділок (  N = 10 - 15) найбільш чутливого гальванометра зафіксуйте, яка величина опору для цього потрібна     (R). Визначте чутливість мосту як  S  =  N / R . Визначте чутливість мосту з менш чутливим гальванометром. порівняйте її з попередньою.

 8. Змінюючи значення опорів R1 = R2 = R3 = R4 у діапазоні значень100 - 500; 500 - 5000; 5000 - 10000 Ом дослідіть, як змінюється чутливість мосту.

 9. Користуючись відомостями про метрологічні характеристики приладів, які подані у Додатку, зробіть оцінки похибок, встановлених Вами величин опорів на одному магазині опорів, на трьох магазинах опорів.

 10. Підключіть до схеми мосту замість магазину опорів R1 устрій з невідомими опорами. Виміряйте (з максимально можливою точністю) значення двох опорів. Кожне вимірювання зробіть по 5 разів, розбалансуючи та знову збалансовуючи міст. Вимірювання невідомого опору починається з більш грубим гальванометром при повністю введеному регуляторі чутливості (мінімальна чутливість). Поступово зменшуючи обмежувальний опір R  підберіть опори R2, R3, R4 так, щоб отримати нульовий струм крізь гальванометр при максимальній чутливості (коли R дорівнюватиме 0). Після цього перемкніть перемикач П на більш чутливий гальванометр, максимально обмежте чутливість і повторіть попередні дії для чутливого гальванометра. Вимірювання закінчується з чутливим гальванометром у положенні максимальної чутливості регулятора (R = 0).

 11.Зробіть оцінку похибок вимірювання кожного з двох невідомих опорів, правильно запишіть результати вимірювань.

                                             Контрольні запитання.

 1. Який принцип роботи мосту Уітстона?

 2. Користуючись співвідношеннями (1 - 2) отримайте умову (3),яка є умовою відсутності струму у діагоналі мосту Уітстона.

 3. Як за допомогою мостової схеми знайти значення Rx невідомого опору?

 4. Що таке чутливість мостової схеми? Чи можна її змінювати? Як це зробити?

 5. Який зв'язок існує між отриманими вами даними та метрологічними характеристиками магазинів опорів?

 6. Який вплив ці характеристики здатні зробити на методику та результати ваших вимірювань?

 7. Який вплив на чутливість мостової схеми можуть справляти: величини встановлених опорів плечей мосту, чутливість гальванометрів, величина напруги джерела живлення?

                                                           Література.

 1. Т.М.Алиев, А.А.Тер-Хачатуров. Измерительная техника, М, Высшая школа, 1991, ст. 91-93.

 2. П.В.Новицкий, И.А.Зограф. "Оценка погрешностей результатов измерений", Л., Энергоатомиздат,1991, ст. 16-24.

 3. А.Н.Зайдель. Ошибки измерений физических величин, Л, "Наука", 1974,    ст. 69-76.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

75409. Вводные слова и основания для их выделения в особую часть речи 29 KB
  Вводные слова и основания для их выделения в особую часть речи. Как особая часть речи нередко рассматриваются вводные или модальные слова. Это неизменяемые слова производные от слов иных частей речи при помощи которых выражается субъективное отношение говорящего к высказыванию или его части с точки зрения достоверности недостоверности т. Как правило эти слова выступают в синтаксической функции вводного слова: вопервых итак разумеется вернее дескать всего подобных слов около трёхсот.
75410. Проблема местоимений как особой части речи. Особенности местоименной семантики и функции местоименных слов. Основания для их разведения по разным частям речи 12.67 KB
  Термин местоимение в грамматической науке употребляется также применительно к более широкому кругу слов, чем местоимения-существительные: местоимениями называются слова – существительные, прилагательные, числительные
75411. Проблема слов «категории состояния». Их признаки и основания для выделения в особую часть речи. Понятие «предикатив» и его соотношение с «категорией состояния» 13.23 KB
  Проблема слов категории состояния. Понятие предикатив и его соотношение с категорией состояния. Категория состояния это класс слов которые обозначают независимый признак состояние душевное физическое или эмоциональное состояние человека окружающей среды и природы и не имеют форм словоизменения склонения и спряжения но могут с помощью глаголасвязки выражать значение времени. При характеристике категории состояния как части речи основная трудность связана с необходимостью отграничивать эти слова от омонимичных им форм...
75412. Наречие как часть речи. Проблема компаратива 17.62 KB
  Главным формальным признаком наречия как части речи является отсутствие словоизменения. Исключение составляют наречия образующие формы сравнительной степени. По своему общему значению непроцессуального признака наречия близки прилагательным. Этим значением определяются синтаксические функции наречий: вопервых они определяют глагол имя или другое наречие соединяясь с ним связью примыкания; вовторых наречия свободно употребляются в функции сказуемого; втретьих наречия определяют предложение в целом.
75413. Глагол как часть речи. Принципиальное отличие глагола от имени. Особенности глагольной основы. Классы глаголов 46 KB
  Глагольные спрягаемые формы чаще всего в предложении выполняют предикативную функцию. По образованию глагольные формы распадаются на две группы в зависимости от образующей основы которая может выступать в двух вариантах: как основа неопределенной формы и как основа настоящего времени. Основа неопределенной формы определяется путем устранения аффиксов ть ти: собирать.
75415. Способы глагольного действия. Их соотношение с видом 17.09 KB
  С категорией вида тесно связаны лексико-грамматические разряды глаголов называемые способами глагольного действия. Иначе говоря способы глагольного действия это такие семантико-словообразовательные группировки глаголов в основе которых лежат модификации изменения значений беспрефиксных глаголов с точки зрения временных количественных специально результативных характеристик значение начала действия может быть выражено различными префиксами: за по вз воз: заговорить пойти вскричать одноактность мигнуть Мы характеризуем какой...
75416. Оптичні давачі. Давачі дифузного типу 2.47 MB
  Давачі дифузного типу Давач дифузного типу створений за принципом давача з відбиттям від рефлектора. Давачі дифузного типу Давач дифузного типу з придушенням заднього фону Давачі дифузного типу з придушенням заднього фону були розроблені для того щоб досягти визначеного діапазону сканування для будьяких обєктів незалежно від їх яскравості кольору та інших властивостей а також від яскравості заднього фону. Такі давачі ігнорують всі обєкти які знаходяться до давача ближче ніж попередньо налаштований діапазон виявлення.
75417. Безконтактний магніточутливий давач 262 KB
  Давач що виявляє зміну напруженості постійного магнітного поля має напівпровідниковий комутуючий елемент і що не містить рухомих частин в чутливому елементі рис. Спрацювання давача відбувається при зміні напруженості магнітного поля викликаного наприклад переміщенням постійного магніту розташованого на рухомої частини механізму. Крім того магніточутливих давачи можуть відрізнятися по реакції на зміну магнітного поля: При збільшенні напруженості зовнішнього магнітного поля наприклад при наближенні постійного магніту...