22622

Вимірювання струмів та напруг у колах постійного струму

Лабораторная работа

Физика

Для вимірювань у колах електричного струму користуються електровимірювальними приладами які промисловість випускає у великій кількості. Найчастіше вимірювання у колах постійного струму здійснюється за допомогою приладів магнітоелектричної системи. Магнітоелектричні прилади дозволяють отримати кут повного відхилення стрілки у межах 90 100 і можуть бути використані для вимірювань тільки постійного струму.

Украинкский

2013-08-03

60 KB

5 чел.

6

Лабораторна робота

"Вимірювання струмів та напруг у колах постійного струму".

    Мета роботи: 

                     Ознайомлення з принципами дії приладів, призначених для вимірювань постійних струмів та напруг, їх робочими характеристиками, особливостями експлуатації та оцінка похибок, супутніх процесу вимірювання.

    Прилади та матеріали: 

                     Міліамперметр М-82; вольтметр Ф4214; магазин опорів Р4831; джерело живлення +12В; монтажна плата з набіром опорів, напівпровідниковим діодом, лампочкою та перемикачем; поєднуючі провідники.

                                       Стислі теоретичні відомості.

         Для вимірювань у колах електричного струму користуються електровимірювальними приладами, які промисловість випускає у великій кількості. Їх класифікація здійснюється, по-перше, за типом вимірюваної величини: амперметри, вольтметри, омметри, ватметри та інші, по-друге, за принципом дії  вимірювального механізму: магнітоелектричні, електромагнітні, електродинамічні, електростатичні, феродинамічні, електронні та інші. Дані про прилад подаються на його шкалі, передній панелі за допомогою спеціальних символів та позначок або у супроводжуючій документації.

         Найчастіше вимірювання у колах постійного струму здійснюється за допомогою приладів магнітоелектричної системи. У цих приладах взаємодіють магнітні поля сталого магніту та рухомої котушки (рамки), через яку протікає постійний струм. Взаємодія полів призводить до повороту рамки на кут , пропорційний струмові І. Рамка поєднана із відліковою стрілкою. В зв'язку з тим, що   І, чутливість магнітоелектричних приладів стала, а їх шкала рівномірна. Ці прилади найбільш чутливі та найбільш точні і виготовляються аж до класів точності у 0,05. Прилади характеризують струмом повного відхилення Іo , який викликає відхилення стрілки до кінця шкали, напругою повного відхилення Uo  , та внутрішнім опором Ro ( опір рамки ). Ці параметри поєднані законом Ома:

Uo   =  Іo    Ro

    Прилади, у яких струм повного відхилення не перевищує 50-100 мкА вважають дуже чутливими. Напруга повного відхилення для більшості приладів має значення у межах 30 - 300 мВ. Магнітоелектричні прилади дозволяють отримати кут повного відхилення стрілки у межах 90 - 100  і можуть бути використані для вимірювань тільки постійного струму. Зміна напрямку струму у рамці викликає зміну напрямку обертаючого моменту та відхилення стрілки у зворотню сторону. У разі підключення приладу до кола змінного струму рухома частина системи через свою інерційність не встигає реагувати на зміни напряму струму і стрілка не відхиляється. Магнітоелектричні прилади створюють біля себе значні магнітні поля і можуть впливати на покази інших приладів але самі вони нечутливі до зовнішніх магнітних полів. Вони споживають незначну потужність. Для розширення меж вимірювання користуються шунтами для амперметрів та додатковими опорами для вольтметрів.

Особливості вимірювання постійних струмів.

    Для вимірювання струму міліамперметр (амперметр) підключають послідовно до досліджуємого кола, що викликає  зростання загального опору кола та зменшенню протікаючого у колі струму. Степень цього зменшення оцінюється коефіцієнтом впливу   міліамперметра B:

B =  R / ( R + Rк ),

де Rк - загальний опір кола, у якому вимірюється струм;

R  - опір міліамперметра  (R=Rо,  або R = Rш R / (Rш + Ro) у разі використання шунта; Rш - опір шунта).

    Якщо помножити праву і ліву частини формули на значення струму І  у колі та врахувати, що ІR - падіння напруги на міліамперметрі Uма  , а  І ( R + Rк ) - е.р.с. E, діюча у досліджуваному колі, то маємо:

B  =  Uма  /  E

Отже, чим менша е.р.с. E, тим дужче впливає прилад на вимірюваний струм. Зрозуміло також, що менший вплив на вимірюваний струм має прилад, якому властиве менше значення Uма. Щоб забезпечити достатньо високу точність у широкому діапазоні вимірюваних струмів, застосовують низку перемикаємих шунтів, розрахованих на різні значення струмів.

Особливості вимірювання постійних напруг.

         Для вимірювання напруги вольтметр підключають паралельно до досліджуваної ділянки електричного кола. Підключення вольтметра з вхідним опором r паралельно резистору R зменшує загальний опір цієї ділянки кола Rз до величини:

Rз  =  R r / ( R + r )  =  R  / ( 1 + R / r )   <   R,

що у свою чергу викликає змінення струму у колі та перерозподіл падінь напруг на резисторах R та Rз. Тому, щоб підключення вольтметра не викликало значного зниження точності результатів вимірювань необхідне виконання умови:

r    >>   R

( r = Rо  або r = Rо  + Rд у разі використання додаткового опору Rд). Але виконати цю умову у широкому діапазоні вимірювань не завжди вдається. Найбільш вдало цей недолік долається за допомогою електронних схем. Вхідний опір електронних вольтметрів постійного струму становить   109 - 1010 Ом на всіх діапазонах вимірювань. Індикація вимірюваних напруг у цих вольтметрах здійснюється за допомогою стрілочних приладів або цифрових табло. У цифрових вольтметрах, електронний пристрій автоматично порівнює  вхідну вимірювану напругу Ux або частину її з відомою (опорною) напругою U, яка формується у самому цифровому вольтметрі. Результат такого порівняння подається у вигляді числового коду, який відтворюється на цифровому індикаторі вольтметра як результат вимірювання і може бути введений безпосередньо до електронної обрахункової машини. Цифрове табло зменшує похибки суб'єктивного характеру, які мають місце під час відліку результатів за допомогою стрілки.

ЗАВДАННЯ 1.  Вимірювання внутрішнього опору джерела живлення.

Попередні відомості.

За законом Ома, протікання струму у колі, яке має джерело живлення з внутрішнім опором Rо  та електрорушійною силою E, описується рівнянням:

                                               E  =  І  /  ( Rо  +  Rн ),                                             (1)

де Rн - опір навантаження. Щоб експериментально визначити величини Rо  та E необхідно виміряти падіння напруги на навантаженні для двох значень опорів навантаження Rн1  2  . Якщо величини Rн1  , Rн2   відомі та виміряне падіння напруги на них, то значення струмів можна визначити з закону Ома для ділянки кола:

І1  =  U1  /  Rн1  ,   І2   =  U2   /  Rн2

    Підставляючи за чергою величини опорів та струмів у рівняння (1) можна отримати наступну систему рівнянь:

E  =  I1 ( Rо + Rн1 )  =  U1 / Rн1 ( Rо + Rн1 )  =  U1Rо  / Rн1 + U1

E  =  I2 ( Rо + Rн2 )  =  U2 / Rн2 ( Rо + Rн2 )  =  U2Rо  / Rн2 + U2

Розв'язуючи разом цю систему рівнянь, отримуємо наступні формули для обрахунку R  та E (отримайте цей розв'язок самі):

                            Rо = ( U2 - U1 ) Rн2Rн1  /  ( U1Rн2  -  U2Rн1 )                       (2)

                            E  = U1U2( Rн2  -  Rн1 ) /  ( U1Rн2  -  U2Rн1 )                       (3)

Завдання.

  1.  Ознайомтесь з приладами, які призначені для виконання завдання. Зверніть увагу на їх метрологічні характеристики.

2. Складіть схему, відтворену на мал.1.

                 Джерело

                живлення                          Rн                          V

                                                                      P4831               Ф4214

                                                               

Мал.1

3.  Виміряйте падіння напруги на опорі навантаження для двох його різних значень. Щоб зменшити значення випадкових похибок запишіть декілька показів вольтметра. Бажано, щоб значення опорів навантаження відрізнялися приблизно на порядок (наприклад, Rн1 = 100 - 500 ом, Rн2  = 1000 - 5000 ом).

Зауваження:  Значення Rн не повинне встановлюватись меншим за значення Rн = 12В / 0,25 ом = 48 ом, тому що у цьому випадку від джерела живлення буде відбиратися струм більший за граничну величину 0,25 А. Це може призвести до псування джерела живлення.

  1.  Користуючись співвідношеннями (2), (3) знайдіть величину внутрішнього опору джерела живлення Rо та його е.р.с. E.

Проведіть статистичну обробку результатів зроблених вами вимірювань. Похибки вимірювань Rо  та E можуть бути оцінені за допомогою формул:

ЗАВДАННЯ 2. Вимірювання внутрішнього опору міліамперметра.

1. Складіть схему, відтворену на мал.2.

                                    +12В           Р4831

                                        

             Джерело

                                                                                                   

           живлення                                                              mA             V

                                                                                М82                         Ф4214

             БП - 591

                                   - 12В

Мал.2

Багатограничний прилад М82 використайте як міліамперметр, а магазин опорів Р4831 - як опір навантаження.

  1.  Підбираючи значення опору R та регулюючи тим самим силу струму у колі, виміряйте на всіх струмових границях приладу М82 силу струму у колі І та падіння напруги на міліамперметрі U.

3. Обчисліть значення внутрішнього опору міліамперметра для усіх діапазонів струму.

Rо =  U  /  І

4. Визначте похибки результатів виконаних вимірювань.

     ЗАВДАННЯ 3.

1. Складіть схему установки:

                       +          Rмаг                          

                                                      mA

      Джерело

     живлення                                                                R1   R2    Д     Л              

                                                                                                                            V    

                       _

Мал.3

2. Зніміть вольт-амперні характеристики опорів R1 та R2, змінюючи Rмаг від 9000 ом до 0 з кроком у 1000 ом.

3. Дані вимірювань занесіть до таблиці за наступною формою:

     

Rмаг

(ом)

    I             

 (ма)

    I                         

  (ма)

   I

   %

   U

  (В)

   U

  (В)

    U

    %

   Rx

 (ком)

  Rx

 (ком)

4. Збудуйте графіки.

5. Визначіть абсолютну похибку вимірювання опору у трьох випадках (малий струм, середній струм, більший струм).

Запитання.

  1.  Поясніть принцип роботи, переваги, недоліки та застосування приладів магнітоелектричної системи.

2. За яким принципом діють прилади єлектромагнітної, електродинамічної, електростатичної систем?

3. Які позначення наносять на шкали приладів?

  1.  Що означає клас точності приладу та які класи точності електровимірювальних приладів ви знаєте?

Як робиться розрахунок шунта для розширення шкали амперметра (виведення формули)?

6. Як робиться розрахунок додаткового опору для розширення шкали вольтметра (виведення формули)?

7. Поясніть схему включення амперметра до електричного кола.

8. Поясніть схему включення вольтметра до електричного кола.

9. Як зробити обрахунки похибок вимірювання струму, напруги, опору у даній роботі?

Список літератури.

     1. П.В.Новицкий, И.А.Зограф. Оценка погрешностей результатов  измерений. Єнергоатомиздат, Ленинград 1991, стор. 6-26.

     2. Ф.Мейзда. Єлектронные измерительные приборы и методы измерений, Москва, изд.Мир, 1990, стор. 112 - 130.

     3. С.А.Спектор. Электрические измерения физических величин, Л., 1987.

     4. Основы метрологии и электрические измерения. Под.ред. Е.М.Душина, 6 изд. Л., 1987.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

76280. Внутренняя яремная вена 66.65 KB
  В области шеи внутренняя яремная вена является самым крупным стволом. Вена располагаетсяв составе сосудистонервного пучка шеи латеральнее общей сонной артерии и блуждающего нерва. В области шеи внутренняя яремная вена получает непостоянные внечерепные притоки.
76281. Внутричерепные притоки внутренней яремной вены 117.6 KB
  Синусы твердой мозговой оболочки: Sinus sgitlis superior Sinus sgitlis inferior Sinus cvernosus Sinus intercvernosi Sinus sphenoprietlis Sinus petrosus superior Sinus petrosus inferior Sinus mrginlis Sinus rectus Sinus occipitlis Sinus trnsversus Sinus sigmoideus Выпускники vv. diploice: Лобная в sinus sgitlis superior Задняя височная sinus sphenoprietlis Передняя височная sinus trnsversus Затылочная sinus trnsversus Вены твердой мозговой оболочки vv.
76282. Нижняя полая вена. Корни. Притоки. Анастамозы с верхней полой и воротной венами 1.36 MB
  V. thoracoepigastrica (приток v. axillaris) (система v. cava superior) - v. epigastrica superficialis (приток v. femoralis) (система v. cava inferior) V. azygos, v. hemiazygos (vv. lumbales ascendens dextra et sinstra) (система v. cava superior) -vv. lumbales dextrae et sinistrae (система v. cava inferior)
76283. Воротная вена. Корни, притоки, анастамозы с полыми венами 440.37 KB
  Спереди, в области пупка, где своими притоками анастомозируют vv. paraumbilicales, идущие в толще lig. teres hepatis к воротной вене, v. epigastrica superior из системы v. cava superior (v. thoracica interna, v. brachiocephalica) и v. epigastrica inferior из системы v. cava inferior (v. iliaca externa, v. iliaca communis), v.thoracoepigastrica (v. subclavia dextra).
76285. Лимфатическая система, ее роль в организме. Классификация ее отделов. Лимфоидные образования пищеварительного тракта 13.54 KB
  Лимфатическая система является частью сосудистой системы. Основной функцией является резорбция из интерстициальных пространств жидкости и белков, вышедших из кровеносного русла и неспособных всасываться в кровеносные капилляры обратно.
76287. Важнейшие группы лимфатических узлов и лимфатические стволы грудной полости 31 KB
  Париетальные: Nodi lymphtici prsternles420 Собирает лимфу от тканей передней грудной стенки плевры перикарда нижние и верхние диафрагмальные узлы сосуды молочной железы и диаф. узлы плечеголовные вены и в левый яремный ствол и в предаортальные лимф. узлы. Отток в ductus thorcicus и шейные узлы .
76288. Грудной лимфатический проток. Главные группы лимфатических узлов и лимфатические стволы брюшной полости 76.49 KB
  Gоясничные лимфатические узлы, nodi lymphoidei lumbales, располагаются забрюшинно около аорты и нижней полой вены (в поясничные лимф узлы оттекает лимфа от нижних конечностей, стенок и органов малого таза, стенок и органов брюшной полости, в частности, в них впадают выносящие сосуды от желудочных, ободочных, брыжеечных, чревных лимфатических узлов). Отток лимфы из поясничных лимфатических узлов осуществляется в правый и левый поясничные стволы, которые дают начало грудному протоку.