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

1442. Прогнозирование курсов валют на рынке Forex 196.69 KB
  Главная задача любого инвестора — купить дешевле и продать дороже. Чем выше изменчивость цен актива, тем больше имеется возможностей для проведения выигрышных стратегий торговли, но они сопряжены с высоким риском. Ключевым вопросом при этом является определение направления, величины и волатильности (изменчивости) будущих цен на основе прошлых данных. В статье дается пример прогноза курсов валют на рынке Forex, полученного с применением нейронных технологий.
1443. Основы экономического управления 170 KB
  Конечные производственные результаты (выручка от реализации всей продукции). Внешняя норма доходности. Жизненный цикл проекта. Разработка концепции проекта. Показатели бюджетной эффективности. Сальдо накопленных реальных денег.
1444. Топливные насосы дизельных двигателей 183.5 KB
  Механическое регулирование топливоподачи. По способу дозирования и управления топливоподачей эти топливные насосы напоминают традиционные механические ТНВД распределительного типа. Некоторые электронные ТНВД создают давление впрыскивания около 1500 бар.
1445. Аппараты системы передачи сигналов 356.5 KB
  Принцип построения структурных схем аппаратуры индивидуальных систем передачи. Генераторное оборудование систем передачи с ЧРК. Размещение усилителей в ЛТ. Диаграмма уровней передачи. Накопление помех в ЛТ. Нормирование параметров в зависимости от протяженности и структура каналов. Особенности эксплуатации измерителя уровня П-321.
1446. Проектирование рычажного механизма 150.5 KB
  Кинематический анализ рычажного механизма. Построение планов положений механизма. Определение скорости точки В. Определение скорости точки E. Построение диаграммы скоростей выходного звена. Определение нагрузок, действующих на звенья.
1447. Создание аппарата для перегонки и ректификации 17.49 MB
  Выбор конструкционных материалов для изготовления основного аппарата. Определение скорости пара и диаметра колонны. Подробный расчет дефлегматора – конденсатора. Выбор оптимального нормализованного теплообменного аппарата.
1448. Будівництво трьохповерхового житлового будинку в м. Львові по вулиці Порічковій 68 166 KB
  Описання, розпланування, конструкцій і благоустрою. Техніко-економічні показники. Плани поверхів, підвалу, фундаменту, перекриттів. Інженерні комунікації будинку.
1449. Разработка и исследование промышленных отпаянных лазеров на парах меди мощностью 10-50 Вт для технологического медицинского оборудования 11.38 MB
  Конструкция, параметры и недостатки первого ЛПМ Криостат 1 с отпаянным саморазогревным АЭ ТЛГ-5. Выбор материала и конструкции разрядного канала. Сравнительный анализ эффективности накачки высоковольтного импульсного модулятора. Параметры, габаритные и присоединительные размеры, масса, внешний вид и конструктивные особенности отпаянных АЭ серии.
1450. Разработка жизнеспособного, экономически рентабельного бизнес проекта салона красоты 485.5 KB
  Теоретические основы бизнес - планирования. Структура и содержание бизнес – планирования. Требования, предъявляемые к бизнес-плану. Анализ развития рынка индустрии красоты в РФ и г. Москва. Наиболее востребованные услуги в салонах красоты.