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

54103. СЦЕНАРІЙ СВЯТА «НАШ ЛЬВІВ» (для учнів четвертих класів) 293.5 KB
  По центру напис Наш Львів. ВЕДУЧІ: показ кадрів із фільму Наш Львів на екрані що супроводжу ються словами ведучих Це місто ще й досі не можуть поділити народиякі вважають його своїм. Княжий Львів кажуть українці.
54105. Здрастуй, господине Масляна! 350 KB
  3й скоморох Кожен рік сього числа – Як гласить Наказник Дітям всім цієї школи Слід іти на празник передав Наказ 2му скомороху 4й скоморох Неодмінно мають всі Заспівати гімн Зимі І з пошаною до бору Проводити її з двору 5й скоморох Сонце в небі радо всміхається До нас Масляна повертається Раптом до залу вбігає Баба Яга в подраному кожусі з метлою в руках. Під музику входить Масляна Танок Масляни. Масляна Ой ВенаЮ Весна сонця ясного не давай Весна дощу рясного А давай нам сонечка – дзвоничка Та веселощів цілу...
54106. Криза грецької державності та піднесення Македонії 117 KB
  Мета: Розглянути причини занепаду Греції й піднесення Македонії; дати уявлення про Македонію як велику військову державу; Удосконалити навички роботи з підручником установлення причиннонаслідкових зв'язків удосконалити навички складання плану пункту параграфа. Філіп І Завоювання Греції Македонією. Кого вони зображували За якими історичними джерелами ми можемо скласти уявлення про живопис Стародавньої Греції Яку роль відіграло мистецтво Стародавньої Греції в розвитку світової культури Переконавшись у якості знань здобутих учнями на...
54107. Криза грецької державності та піднесення Македонії 53.5 KB
  У середині ІУст.до н.е. становище грецьких міст-держав погіршилося внаслідок війни з персами, незалежність в якій вони зберегли, але понесли тяжких втрат, а також через внутрішні конфлікти та політичну роздробленість. Саме в цей час, зміцніла та почала процвітати Македонія, яка і скористалася ослабленням Греції.
54108. Базовые функции культуры 35 KB
  Человекотворческая функция. или гуманистическая функция. цицерон говорил о ней - cultura animi - возделывание, взращивание духа. бердяев считал, что судьбу нашего отечества должны решать люди с обновленным духом, иной волей к преображению жизни. все остальные функции так или иначе связаны с этой и даже вытекают из нее.
54109. День матері, Година спілкування 34 KB
  З часом воно поширилось і в інші країни світу. В Україні це свято відзначають вже 83 роки. Особливо готуються до цього свята діти. Вони дарують матусям власноруч виготовленні сувеніри та багато теплих, ласкавих та ніжних слів. Дякують за тепло, турботу та безмежну любов своїх матусь).
54111. Матусю моя дорогенька, це свято даруєм тобі 55.5 KB
  Вчитель: 8 березня – свято наших мам, бабусь, сестричок. Разом із приходом весни завітало до нас це перше весняне свято. Його ми присвячуємо найдорожчим, найріднішим людям.