2564

Компенсационный метод измерения электродвижущей силы и сопротивления

Лабораторная работа

Энергетика

Цель работы: изучение компенсационного метода измерений эдс и сопротивлений. Принцип действия потенциометров постоянного тока

Русский

2013-01-06

80.89 KB

63 чел.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7

Компенсационный метод измерения электродвижущей силы и сопротивления

Цель работы: изучение компенсационного метода измерений эдс и сопротивлений.

Принцип действия потенциометров постоянного тока

1. Как известно, электродвижущая сила источника тока равна разности потенциалов (или напряжению) на его полюсах в условиях, когда ток через источник не идет. Поэтому найти эдс можно, измерив значения потенциалов на полюсах разомкнутого источника, либо использовать замкнутую цепь, но при условии, что через источник, включенный в цепь, ток не идет. А это возможно тогда, когда эдс исследуемого источника компенсируется электродвижущей силой другого источника, равной по величине, но противоположной по знаку. Этот метод, называемый компенсационным, обычно и используется для измерения эдс и напряжений (разности потенциалов). Так как напряжение на участке цепи равно IR (I - сила тока на участке, R - его сопротивление), то этот метод можно использовать и для измерения сопротивлений. Точные измерения сопротивления проводятся почти исключительно компенсационным методом.

2. Главной частью измерительной схемы, применяемой в компенсационном методе, является потенциометр. Схема потенциометра проста (рис.1). Источник эдс E замкнут на некоторое (обычно большое) сопротивление R. Схема позволяет получить любое из напряжений: от нуля до значения напряжения на полюсах источника. В самом деле, если мы возьмем на сопротивлении две точки, например, одну на одном из его контактов A и другую в любом месте a, то разность потенциалов между этими точками будет меньше, чем напряжение на полюсах источника во столько раз, во сколько сопротивление участка Aa меньше, чем все сопротивление R. Перемещая контакт a сопротивления R, можно получить любую часть напряжения источника Е. Поэтому схему потенциометра часто называют также делителем напряжения. Она и используется в компенсационном методе измерения эдс. Часто сами устройства для измерения эдс этим методом называются потенциометрами.

Исследуемый источник эдс присоединяется к схеме потенциометра так, как показано на рис.2. Здесь E - источник эдс, входящий в схему потенциометра и являющийся для наших измерений вспомогательным. На схемах и на панелях компенсаторов он часто обозначается Б - вспомогательная батарея, Еx на нашем рисунке - исследуемый источник, эдс которого нужно измерить, G - гальванометр, присоединяемый к сопротивлению R подвижным контактом.

Источник Еx включается так, чтобы ток от него был направлен против тока от источника Е. Тогда, перемещая контакт вдоль R, можно выделить такую долю эдс источника Е, которая равна эдс источника Ex. При этом гальванометр покажет отсутствие тока в цепи исследуемого источника, а значит и в самом источнике: эдс Еx скомпенсирована частью эдс источника Е.

Если бы были известны точное значение эдс Е и доля этой эдс, выделенная для компенсации, то нам было бы известно и значение Еx. Но точное значение эдс Е вспомогательного источника неизвестно, поэтому поступают следующим образом. Скомпенсировав эдс Еx определенной, но неизвестной долей эдс Е, отмечают ту часть сопротивления R, которая при компенсации оказалась в цепи источника Ex. Обозначим это сопротивление Rx. Затем заменяют источник Еx другим источником Еn (на рис.2 это показано пунктиром), представляющим собой так называемый нормальный элемент Вестона. Это гальванический элемент, эдс которого известна до пятого знака после запятой. Она составляет 1,01850 - 1,01870 вольта (последние два знака устанавливаются с учетом зависимости эдс Еn от температуры). После этого перемещением подвижного контакта снова добиваются компенсации, то есть отсутствия тока в гальванометре. Положение контакта и значение части сопротивления R, включенной в цепь Еn будет теперь иным. Обозначим это сопротивление через Rn . Ток, текущий по сопротивлению R, в обоих случаях один и тот же. Он называется рабочим током.

Зная величины Rx и Rn, легко найти значение эдс Еx. В самом деле, для контуров с источниками Еx или Еn (контуры Ao1b1a1 и Ao2b2a2), можно написать равенства, выражающие так называемое второе правило Кирхгофа:

 Ex = IRx + IGRG - для контура с источником Ex,

Еn = IRn + IGRG - для контура с источником Еn.

Здесь I -рабочий ток, IG и RG - соответственно сила тока в гальванометре и его сопротивление. Так как при компенсации ток в гальванометре отсутствует, член IGRG в обоих случаях равен нулю. Разделив эти два равенства одно на другое, получим:

 Ex = En(Rx/Rn). (1)

Из этого выражения видно, что для вычисления Еx надо знать только отношение Rx и Rn, а не каждое из них в отдельности.

Измерение отношения Rx/Rn наиболее просто может быть реализовано, если сопротивление R выполнено в виде проволоки постоянного сечения со скользящим по ней контактом (реохордом). В этом случае отношение Rx/Rn будет равно отношению длин участков проволоки Lx и Ln, входящих в контуры компенсируемых эдс Еx и Еn, то есть:

 Ex = En(Lx/Ln).  (2)

3. Описанный выше простейший способ применения компенсационного метода измерения эдс отличается малой точностью, так как невелика точность измерения длин Lx и Ln. Поэтому практически этот метод реализуется в другом варианте, схема которого представлена на рис.3. Здесь вместо реохорда используются магазины сопротивлений R1 и R2. Они вместе с вспомогательным источником Е и магазином сопротивлений R образуют потенциометр (контур abcd), с помощью которого можно использовать часть напряжения источника Е для компенсации эдс источников Ex и En. Напомним, что магазин сопротивлений - это набор большого числа сопротивлений, устроенный так, что в цепь можно вводить или выводить из нее любую часть набора. Использование магазинов сопротивлений как бы удлиняет реохорд, что сильно уменьшает относительную погрешность измерения Rx и Rn . Так как значения сопротивлений, образующих набор магазинов известны с очень большой точностью, то и абсолютная погрешность очень мала.

С помощью ключа K1 источники En и Ex присоединяются через гальванометр G к потенциометру. В цепь гальванометра (для сохранности) включено сопротивление r, которое можно "выключить" замыканием ключа К2. Как и в прежнем, "реохордном", варианте, значение эдс Еx определяется выражением (1), где Rx - часть сопротивления потенциометра, которая после компенсации Еx оказывается включенной в цепь этой эдс, а Rn - при компенсации En. Но теперь величина Rn, выбирается численно равным тысячекратному значению эдс нормального элемента, т.е. около 1018 Ом. Такое сопротивление и устанавливается на магазине R1 (см. рис.3). Делается это вот для чего: когда эдс En скомпенсирована, выполняется условие En = IRn. Поскольку Rn = 1000En, рабочий ток I в цепи abcd равен 0,001A. Если после установления такого рабочего тока скомпенсировать эдс Ex, то будет справедливо равенство Ex= IRx. Так как I = 0,001A, то Rx = 1000En. Значит, Rx численно будет равно Ex, выраженной в милливольтах. Тем самым отпадает необходимость в каких-либо расчетах.

Измерение эдс по схеме рис.3 производится так: сначала устанавливается рабочий ток 1мA. Для этого ключ K1 ставится в положение 1 (подключен нормальный элемент). Затем с помощью магазина R добиваются равенства тока нулю в гальванометре. Это и означает, что рабочий ток равен 1мA. Затем ключ К1 переводят в положение 2 (включена неизвестная эдс). После этого добиваются равенства тока в гальванометре нулю, но не магазином R, а реохордом, которым выделяют из магазина R2 такую его часть, чтобы ток в гальванометре был равен нулю. Эта выделенная часть и есть R1, т.е. после компенсации Ex= IRx. Но так как I=0,001A, то Rx просто равно выраженной в милливольтах электродвижущей силе Ex.

4. Точность описанного выше метода, однако, недостаточна для проведения прецизионных измерений. Дело в том, что, например, для измерения эдс с точностью до милливольта по схеме на рис.3 необходимо было бы использовать магазин сопротивлений R2, позволяющий задавать сопротивление с точностью до 0,001 Ома. Магазины с такой высокой точностью практически нереализуемы. Поэтому для прецизионных измерений компенсационным методом применяется более сложная схема, приведенная на рис.4.

Как видно из рис.4, неизвестная эдс Ex компенсируется падением напряжения на магазинах сопротивлений R2A, R2B, R2C и R3C. Контур A, в который включен магазин R2A, есть не что иное, как контур abcd схемы рис.3. Здесь, как и ранее, численное значение R1A устанавливается равным тысячекратному значению эдс нормального элемента. Аналогично ток в контуре A и магазине R2A устанавливается 1мA.

Рис.4.

Ток в магазинах сопротивлений R2B, R2C и R3C устанавливается соответственно I2B = 0,1мA; I2C = 0,001мA; I3C = 0,0001мA. Не останавливаясь детально на методах установления этих токов, отметим только, что эта процедура в принципе аналогична процедуре установления тока в контуре A. Отличие заключается в том, что при установлении I2B в качестве Еn используется падение напряжения на определенной части R1A, по которому течет точно известный ток I1A =1мA. Установка токов в контуре C использует падение напряжения на точно известной части R2B, по которой течет I2B = 0,1мA.

Если неизвестная эдс скомпенсирована, то величина Еx равна:

Ex = 0,001(R2A)x + 0,0001(R2B)x + 0,000001(R2C)x + 0,0000001(R3C)x.

Здесь индекс "x" употребляется для обозначения части сопротивления магазинов R2A, R2B, R2C и R3C, используемых для компенсации эдс Ex. С помощью магазина R2A можно установить значение (R2A)x в пределах 10 - 2110 Ом и изменять его с шагом в 10 Ом, т.е. магазином R2A можно скомпенсировать Ex с точностью до 10 мВ. Значение (R2B)x можно варьировать в пределах 10 - 110 Ом с шагом 1 Ом, что дает возможность этим магазином проводить компенсацию с точностью до 0,1мВ. В тех же пределах с таким же шагом изменяется величина магазина R2C, что обеспечивает точность компенсации 0,001мВ. И, наконец, с помощью магазина R3C (пределы варьирования от 1 до 10 Ом) достигается точность компенсации 0,0001мВ.

5. Как указывалось, компенсационным методом можно измерять не только электродвижущую силу, но и разность потенциалов на каком-либо участке электрической цепи, по которой течет ток. Присоединив такой участок к потенциометру (к клеммам "X"), можно уже описанным методом измерить разность потенциалов на его концах. По закону Ома она равна IR, где I - сила тока на участке и R - его сопротивление. Если сила тока известна, то легко вычислить и сопротивление участка. Но точность измерения тока обычно невелика. Поэтому и точность измерения сопротивления этим способом будет небольшая. Можно, однако, обойтись и без измерения силы тока, а воспользоваться нормальным или эталонным сопротивлением. Нормальные сопротивления выпускаются в виде катушек из проволоки или ленты, изготовляемых из сплавов, сопротивление которых слабо зависит от температуры. Величины этих сопротивлений известны с очень большой точностью (значительно большей, чем точность измерения силы тока). Катушки помещаются в металлические цилиндры, поверхность которых хорошо отражает (чтобы избежать нагрева). На крышку цилиндра выведены 4 клеммы. Две из них, большие по размеру, служат для включения сопротивления в цепь, две другие - для присоединения к компенсатору. Первые называются токовыми, вторые - потенциальными. На верхней крышке цилиндра указано значение сопротивления.

Для измерения с их помощью неизвестного сопротивления поступают так. Собирают цепь, показанную на рис.5. Здесь U - некоторый источник тока, Rn - нормальное сопротивление, Rx - измеряемое сопротивление. Оба сопротивления - измеряемое и нормальное включены в цепь источника U последовательно и сила тока в них одна и та же. Если разность потенциалов на концах неизвестного сопротивления равна Ux, а нормального - Un, то можно записать:

Ux = IRx и Un = IRn

где I - сила тока в цепи, содержащей оба сопротивления. Разделив эти равенства друг на друга, получаем

 Rx = Rn (Ux/Un).  (3)

При измерении неизвестного сопротивления удобнее использовать нормальное сопротивление того же порядка величины, что и неизвестное. Нормальные сопротивления изготавливаются от значения 10-5 до значения 105Ом. Имея такой набор нормальных сопротивлений, всегда можно выбрать наиболее подходящее.

Если разность потенциалов на концах исследуемого или нормального сопротивления больше, чем предельное напряжение, которое можно измерять на потенциометре, то можно воспользоваться делителем напряжения и измерять часть (известную) этой разности потенциалов. Дополнительное сопротивление R включено в цепь для того, чтобы уменьшить силу тока в ней. Оно, разумеется, никак не влияет на результат измерения сопротивления Rx.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

1. В первой части работы, цель которой - пояснить принцип компенсационного метода, используется реохордный вариант схемы потенциометра, представленный на рис.6. Сопротивление R выполнено в виде проволоки постоянного сечения, укрепленной на линейке с миллиметровой шкалой со скользящим контактом.

Вспомогательный источник эдс Е представляет собой электронное устройство, в котором переменное напряжение сети преобразуется в постоянное (около 6 вольт). Этот источник и присоединен к реохорду - тонкой проволоке, закрепленной на миллиметровой линейке. Двухполюсный переключатель К1 позволяет включать в цепь гальванометра G нормальный элемент En или источник Ex, эдс которого измеряется. В цепь гальванометра включено также большое сопротивление r, чтобы предохранить прибор от протекания через него чрезмерного тока. Параллельно присоединен кнопочный ключ К2, при нажатии которого r как бы выключается. Замыкается цепь гальванометра на реохорд с помощью подвижного контакта, перемещением которого вдоль проволоки и достигается компенсация, как было описано выше. Гальванометр G представляет собой не очень чувствительный для компенсационного метода прибор - микроамперметр магнитоэлектрической системы.

Нормальный элемент - это, как уже указывалось, гальванический элемент особого устройства, эдс которого известна с точностью до 5-го знака после запятой. Он отличается весьма высоким постоянством эдс во времени, но только при условии, что ток через него не превышает 10-6 ампера. В схеме с реохордом это обеспечить невозможно. К тому же по этой схеме можно измерить эдс с точностью до 2-го знака (в лучшем случае). Поэтому в нашей схеме вместо нормального элемента Вестона используется батарея, отличающаяся высоким постоянством эдс, величина которой известна с точностью до первого знака. Она указана на корпусе батареи.

Для измерения величины неизвестной эдс Ex поступают следующим образом. Ключ К1 устанавливают в такое положение, при котором в цепь гальванометра включен источник Ex, и движением ползунка добиваются компенсации - равенства нулю тока через гальванометр, затем фиксируют значение Lx. Затем К1 переводится в положение, при котором в цепь гальванометра включен источник Еn, вновь проводится компенсация, и снова фиксируется положение движка на линейке, то есть значение Ln. Далее величина Еx рассчитывается по формуле (2). Точность определения величин Lx и Ln составляет 3 мм.

2. Для точных измерений величины электродвижущей силы и сопротивления в данной работе используется потенциометр постоянного тока Р363-3. Максимально упрощенная схема этого потенциометра была приведена выше на рис.4.

Верхний предел измерения потенциометра - 2,121111В. Им можно проводить измерения с точностью до 0,1мкВ. Предел допускаемой основной погрешности показаний потенциометра U определяется по формуле

 U = (50U + 0,04) 10-6 (В),  (4)

где U - показание потенциометра в вольтах.

Потенциометр состоит из измерительного блока, блока стабилизированного напряжения и автокомпенсатора напряжений, который включает в себя блок управления и усилитель постоянного тока. Автокомпенсатор есть не что иное, как высокочувствительный гальванометр.

Основная часть измеряемого напряжения компенсируется вручную с помощью магазинов сопротивления (декад) потенциометра. Нескомпенсированная декадами часть измеряемого напряжения уравновешивается автоматически с помощью автокомпенсатора.

Все основные детали и узлы блока измерения смонтированы на металлической раме. Все переключатели и реохорды блока измерения, выведенные на лицевую панель, смонтированы на металлической монтажной плате, укрепленной на раме. Расположение ручек управления и на лицевой и задней панелях блока показано на рис.7.

Рис.7

1 - кнопка"Блокировка X1 и X2"; 2,3 - зажимы"X1" и "X2" для подключения Ex; 4 - переключатель "Направление тока"; 5 - переключатель “ Автономная поверка"; 6 - переключатель “Род работы”; 7 -переключатель температурной декады нормального элемента; 8 - реохорд нормального элемента; 9,10 - ручки резисторов грубой и точной настройки тока IA; 11,12 - ручки резисторов грубой и точной настройки тока IB; 13,14 - ручки резисторов грубой и точной настройки тока IC; 15 - измерительные декады ряда U1; 16 - измерительные декады ряда U2; 17 - разъем для подключения автокомпенсатора; 18 - разъем для подключения блока стабилизированного питания; 19,20 - зажимы цепи Б "Выход" и "Вход" для подключения внешней цепи; 21 - зажимы для подключения нормального элемента; 22 - зажимы “Rзам” с съемной перемычкой.

Автокомпенсационная часть потенциометра состоит из усилителя и блока управления. Усилитель весьма чувствителен к механическим вибрациям, поэтому он установлен на выносном кронштейне, закрепленном на капитальной стене. На лицевую панель усилителя выведен механический корректор нуля.

Расположение ручек управления на лицевой и задней панели автокомпенсатора указано на рис.8

Рис.8

1 - переключатель "Чувствительность"; 2 -выходной прибор автокомпенсатора; 3,4,5 - ручки "Установка нуля О1О2О3"; 6 - кнопка "О1О2О3; 7 - кнопка "Шунт АК"; 8 - кнопка "Измерение"; 9 - разъем для подключения усилителя; 10 - кабель для подключения к блоку измерения.

В блоке автокомпенсации применяется так называемый фотогальванометрический принцип. Его суть состоит в следующем. Маленькая легкая катушка свободно подвешена на нити и помещена в магнитное поле постоянного магнита. На нити укреплено зеркальце, которое отражает свет специальной лампочки и направляет его на два фоторезистора. (Фоторезистор - это такой резистор, сопротивление которого зависит от его освещенности). Эти фоторезисторы являются плечами моста постоянного тока (см. описание лабораторной работы №6). Если ток в катушке отсутствует, то освещенности резисторов одинаковы и равны их сопротивления. В этом случае мост уравновешен, т.е. ток в его диагонали равен нулю, и выходной прибор автокомпенсатора показывает нуль.

При появлении на входе автокомпенсатора нескомпенсированного блоком измерения напряжения через подвижную катушку потечет ток, что приводит к повороту катушки в поле постоянного магнита. В результате поворота катушки, а значит и зеркальца, изменяется соотношение освещенности фоторезисторов. Ток, возникающий в диагонали моста, подается на вход полупроводникового усилителя. Ток с выхода усилителя проходит через компенсационное сопротивление и выходной прибор автокомпенсатора. Этот ток создает падение напряжения на компенсационных сопротивлениях.

Подвижная катушка будет отклоняться до тех пор, пока падение напряжения, создаваемое током усилителя на компенсационных сопротивлениях, не уравновесит нескомпенсированное неавтоматической частью потенциометра напряжение. Так как компенсационное сопротивление неизменно (на данном пределе измерений), то значение тока, измеряемое выходным прибором автокомпенсатора, пропорционально измеряемому сопротивлению.

Вход автокомпенсатора подключается к выходу блока измерения нажатием и фиксацией кнопки "Измерение".

Все части потенциометра Р363 (кроме усилителя) располагаются на рабочем столе. Все необходимые соединения и подключения произведены заранее. Однако прежде, чем приступить к измерению значения неизвестной эдс, необходимо подготовить прибор к работе. Эта подготовка заключается в следующем. Прежде всего, необходимо установить стрелку выходного прибора автокомпенсатора на нулевую отметку шкалы механическим корректором микроамперметра. Включить усилитель и блок стабилизированного напряжения в сеть. После прогрева блоки готовы к работе.

На блоке управления автокомпенсатором отожмите кнопки " Измерение" и "Шунт АК", ручку "Чувствительность" установите в положение 10-6В и нажмите кнопку "О1О2О3". Ручку электрического корректора нуля по току (О1) установите приблизительно в среднее положение и ручкой "Механический корректор нуля" (она находится на корпусе усилителя) выставьте стрелку выходного прибора на нулевую отметку. Ручкой "О1" установите стрелку выходного прибора более точно на нулевую отметку и отожмите кнопку. Дальнейшую настройку нуля производите ручками "О2","О3" (корректором по напряжению) при положении переключателя "Чувствительность" 10-7В и 10-8В.

После подготовки к работе автокомпенсатора проводится подготовка к работе блока измерения. Для этого переключатель "Направление тока" поставьте в положение I, а переключатель "Автономная поверка" в положение 0. Все декадные переключатели установите в положение 0, а на температурной декаде и реохорде НЭ (ручки 7 и 8) установите эдс нормального элемента.

После этого необходимо настроить токи в контурах A,B и C. Настройка тока в контуре A (IA) производится при двух положениях переключателя "Направление тока" (переключатель 4) в следующей последовательности. Установите переключатель 5 ("Автономная поверка") в положение 0, переключатель рода работ (6) - в положение IA, переключатель 4 - в положение I, переменные резисторы 9,10 настройки тока IA - в среднее положение.

Зафиксируйте кнопку "Измерение" на блоке автокомпенсации. Увеличивая чувствительность автокомпенсатора до 10-6В, настройте ток IA. Для этого ручками 9,10 доустановите стрелку выходного прибора на ноль. Верните переключатель "Чувствительность" в положение 10-1В. Установите ручку переключателя "Направление тока" в положение II. Увеличивая чувствительность до 10-6В, произведите отсчет N по выходному прибору. Установите стрелку выходного прибора на отметку N/2 вращением ручки 10. При настройке тока IA на значение N/2 добейтесь такого состояния, чтобы стрелка выходного прибора оставалась на одной и той же отметке шкалы как в положении I, так и в положении II переключателя "Направления тока". После настройки тока IA отожмите кнопку "Измерение" и верните переключатель "Чувствительность" в положение 10-1В.

Настройка токов IB и IC производится аналогично: IB настраивается при чувствительности автокомпенсатора 10-7В ручками 11 и 12, а IC - при чувствительности 10-8В ручками 13 и 14.

3. После проведения всех этих операций потенциометр Р363-3 готов к работе. Измерения напряжения и эдс менее 2,121111В проводятся в следующей последовательности.

Источник измеряемого напряжения, соблюдая полярность, подключается к зажимам "Х1" и переключатель рода работ 6 устанавливается в положение Х1. Зафиксировав кнопку "Измерение" на блоке автокомпенсатора и последовательно увеличивая его чувствительность, уравновешивается измеряемое напряжение ручками декад 15. По выходному прибору автокомпенсатора производится отсчет показаний в делениях N1 и N2 при положениях I и II переключателя "Направление тока".

Измеряемое напряжение определяется в вольтах по формуле:

 Ux = U1 + Uак,  (5)

где U1 - отсчет по декадам потенциометра в вольтах, Uак - показание выходного прибора блока автокомпенсации, определяемое по формуле:

 ,  (6)

где n -номер положения переключателя "Чувствительность". Значения N1 и N2 должны подставляться в формулу (6) со своими знаками ( "+" или "-" ) согласно надписи на шкале выходного прибора.

4. Потенциометр Р363-3 имеет два ряда измерительных декад переключателей (ручки 15 и 16), что позволяет уравновешивание двух независимых напряжений. Одно из них подается на зажимы "Х1", другое - на зажимы "Х2". Наличие двух рядов декадных переключателей позволяет значительно ускорить измерения и повысить их точность, поскольку ослабляется влияние различных посторонних факторов в промежутке между двумя последующими измерениями.

Эта особенность конструкции потенциометра используется для измерения значений сопротивления вышеуказанным способом. При этом падение напряжения на сопротивлении Rn измеряется при помощи декад U1 (зажимы "Х1"), а падение напряжения на Rx уравновешивается при помощи декад U2 (зажимы "X2").

Рис.9.

Для измерения сопротивлений при помощи потенциометра необходимо собрать схему, показанную на рис.9. На этой схеме П1 и П2 обозначают потенциальные клеммы, а Т1 и Т2 - токовые клеммы нормального сопротивления.

.Цепь, подключаемая к зажимам "Б Вход" (зажимы 20 на задней панели блока управления) есть не что иное, как цепь "U - R" на схеме рис.5. Цепь, подключенная к зажимам "Б Выход" (зажимы 19 на задней панели), - есть участок цепи "Rx - Rn" схемы рис.5. Амперметр в схеме рис.9 служит для оценки тока в цепи Б: если ток менее 0,1A, то перемычка Rзам снимается; если значение тока лежит в диапазоне 0,1 - 10A, то перемычка Rзам не снимается.

После того как все блоки потенциометра подготовлены к работе в соответствии с указаниями, на блоке измерений проводятся следующие переключения. Переключатель "Направление тока" устанавливается в положение I, переключатель "Автономная поверка" - в положение 0, переключатель рода работ - в положение Х1, кнопка "Блокировка Х1 и Х2" фиксируется поворотом в нажатом состоянии. На блоке управления автокомпенсатора переключатель "Чувствительность" переводится в положение 10-1В.

В цепи "Rn - Rx" с помощью регулировочного сопротивления R устанавливается такой ток, чтобы мощность, выделяемая на Rn, не превышала номинальной. Номинальный ток обозначен на корпусе нормального сопротивления и равен Iном = 0,1A. Далее на декадных переключателях U1 устанавливается значение напряжения Un,I, соответствующее действительному значению нормального сопротивления (оно также указано на корпусе Rn).

Измерение сопротивления выполняется в следующем порядке. Повышая постепенно чувствительность автокомпенсатора, настройте в цепи "Rn-Rx" ток с помощью регулировочного сопротивления R таким образом, чтобы стрелка выходного прибора автокомпенсатора установилась на нуль или на отметку, близкую к нулю. Запишите отсчет Un,I по декадам компенсатора и отсчет Nn,I (с учетом знака) по выходному прибору автокомпенсатора.

После этого, уменьшив чувствительность автокомпенсатора до величины 10-1В, переключатель рода работ установите в положение Х2 и измерьте напряжение Ux,I на Rx, также как в пункте 3 данного раздела. Запишите отсчет Ux,I по декадам 16 и отсчет Nx,I (с учетом знака) по выходному прибору автокомпенсатора. Затем чувствительность вновь уменьшается до 10-1В.

Далее переключатель "Направление тока" установите в положение II и, не изменяя установленного на декадах значения Ux,I, ток в цепи "Rn - Rx" настройте с помощью R так, чтобы стрелка выходного прибора установилась на отметку, близкую к нулю, при необходимой чувствительности автокомпенсатора. Запишите отсчет Nx,II по выходному прибору с учетом знака.

Наконец, установив переключатель рода работ в положение Х1, измерьте напряжение Un,II с помощью декад 15 (пункт 3 данного раздела). Запишите отсчет Un,II по декадам 15 и отсчет Nn,II по автокомпенсатору. Значение неизвестного сопротивления рассчитывается по формуле:

   (7)

Нетрудно заметить, что при Nx,I = Nx,II и Nn,I = Nn,II полученная формула эквивалентна формуле (3). Следует заметить, что при использовании (7) все величины подставляются в нее в одних единицах.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ И УСЛОВИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

В данной работе необходимо измерить неизвестную эдс с помощью схемы рис.6 и потенциометра Р363-3, а также неизвестное сопротивление Rx с помощью схемы рис.9.

1.Измерение Еx реохордным способом

1.1. Из элементов, укрепленных на стенде, собрать, соблюдая полярность, схему, изображенную на рис.6. Токи от Ex и En должны быть направлены против тока от Е.. В качестве неизвестной эдс Еx используется эдс аккумулятора или батарейки.

1.2. После проверки схемы преподавателем поставить ключ К1 в положение, при котором в цепь гальванометра включен источник Ex, и движением ползунка добиться равенства нулю тока через гальванометр.

1.3. Нажать кнопку ключа К2 и снова скомпенсировать ток. Записать положение ползунка на линейке реохорда (Lx).

1.4. Перевести переключатель К1 в положение, при котором в цепь гальванометра включен источник En и вновь провести компенсацию - сначала без нажатия кнопки К2, а затем нажав ее. Записать положение ползунка (Ln). Оба эти измерения провести 3 - 5 раз.

1.5. Вычислить величину Ex и оценить погрешность ее определения.

2.Подготовка потенциометра Р363-3 к работе.

2.1. Проверьте правильность соединений всех блоков потенциометра Р363-3, руководствуясь схемой, приведенной на рис.10. Проверьте полярность присоединения нормального элемента к зажимам на задней панели блока измерений.

2.2. Установите стрелку выходного прибора автокомпенсатора на "0" механическим корректором микроамперметра. Включите усилитель и блок стабилизированного напряжения (П36-1) в сеть. Дайте прогреться блокам в течение 30 минут.

2.3. На блоке автокомпенсации:

- отпустите кнопки "Измерение" и "Шунт АК";

- переключатель "Чувствительность" поставьте в положение 10-6В, нажмите кнопку "О1О2О3", ручку "О1" установите примерно в среднее положение;

- установите ручкой "Механический корректор нуля", находящейся на корпусе усилителя, стрелку выходного прибора на нулевую отметку (усилитель находится на кронштейне, закрепленном на стене);

- ручкой "О1" более точно установите стрелку выходного прибора на "0", затем отожмите кнопку "О1О2О3";

-дальнейшую настройку производите ручками "О2" и "О3" при положении переключателя "Чувствительность" 10-7В и 10-8В.

2.4. На блоке измерений:

- установите переключатель "Направление тока" в положение I, переключатель "Автономная поверка" в положение 0;

- установите все декадные переключатели на 0;

- установите на температурной декаде (ручка 7) и реохорде НЭ (ручка 8) значение эдс нормального элемента, которое приведено на корпусе НЭ.

2.5. Настройте ток в контуре A при двух положениях переключателя "На-праление тока", для чего:

- установите переключатель рода работ (ручка 6) в положение IA, переменные резисторы настройки тока IA (ручки 9,10) в среднее положение;

- переключатель "Чувствительность" на блоке автокомпенсатора установите в положение 10-1В, нажмите и зафиксируйте кнопку " Измерение";

- увеличивая чувствительность автокомпенсатора до 10-6В, настройте ток IA ручками 9 и 10 на нулевое положение указателя выходного прибора, переключатель "Чувствительность" верните в положение 10-6В;

- установите переключатель "Направление тока" в положение II, увеличивая чувствительность автокомпенсатора до 10-6В, произведите отсчет N положения стрелки выходного прибора автокомпенсатора;

- вращением ручек 10 установите стрелку выходного прибора на отметку N/2;

- при настройке тока IA на отметку N/2 добивайтесь такого состояния, чтобы стрелка выходного прибора оставалась на этой отметке шкалы как в положении I, так и в положении II переключателя "Направление тока";

- после настройки тока IA отпустите кнопку "Измерение" и верните переключатель "Чувствительность" в положение 10-1В.

2.6. Настройте ток в контуре В при двух положениях переключателя "На-правление тока", для чего:

- установите переключатель рода работ (ручка 6) в положение IB, переключатель 4 - в положение I, переменные резисторы 11,12 настройки тока IB - в среднее положение;

- нажмите и зафиксируйте кнопку "Измерение";

- увеличивая чувствительность автокомпенсатора до 10-7В, настройте ток IB ручками резисторов 11,12 на нулевую отметку выходного прибора и верните переключатель "Чувствительность" в положение 10-1В;

- установите переключатель "Направление тока" в положение II, увеличивая чувствительность до 10-7В, произведите отсчет N по выходному прибору;

- установите стрелку выходного прибора автокомпенсатора на отметку N/2 вращением ручек 12. Верните ручку "Чувствительность" в положение 10-1В.

2.7. Настройте ток в контуре C при двух положениях переключателя "Направление тока", для чего:

- установите переключатель рода работ в положение IC, переключатель "Направление тока" в положение I;

- увеличивая чувствительность автокомпенсатора до 10-8В, настройте ток IC переменными резисторами 13,14. Верните переключатель "Чувствительность" в положение 10-1В;

- установите переключатель 4 в положение II;

- увеличивая чувствительность до 10-8В, произведите отсчет N по выходному прибору автокомпенсатора;

- установите стрелку выходного прибора автокомпенсатора на отметку N/2 вращением ручек 13,14;

- после проделанных операций верните переключатель "Чувствительность" в положение 10-1В и отпустите кнопку "Измерение".

3.Измерение Ех при помощи потенциометра Р363-3.

3.1. Зная величину эдс аккумулятора, которая ранее была определена при помощи реохордной схемы компенсации, сделайте вывод о необходимости использования делителя напряжения. Если использование делителя необходимо, то оцените величину коэффициента деления.

3.2. Подключите к зажимам "X1" либо источник эдс, либо выходные зажимы делителя напряжений.

3.3. Поставьте переключатель рода работ в положение Х1. Нажмите и зафиксируйте кнопку "Измерение" на блоке автокомпенсации.

3.4.Установив переключатель "Чувствительность" в положение 10-1В, скомпенсируйте измеряемую эдс ручками декадных переключателей 15 и по выходному прибору произведите отсчет показаний N1 и N2 при положениях I и II переключателя "Направление тока". Рассчитайте значение эдс по формулам (5) и (6).

3.5. Проделайте то же самое, устанавливая переключатель "Чувствительность" последовательно в положения 10-2, 10-3 и далее до 10-6В включительно. Верните его затем в положение 10-1В.

3.6.По формуле (4) определите погрешность определения Ех в каждом случае.

4.Измерение сопротивления при помощи потенциометра Р363-3.

4.1. Элементы схемы рис.9 укреплены на стенде. Соедините их друг с другом и осуществите присоединение их к потенциометру в соответствии со схемой, изображенной на рис.9. В качестве источника питания Е используйте электронный блок, который ранее применялся в реохордном варианте схемы компенсации.

4.2. При сборке тщательно соблюдайте полярности. При этом надо помнить, что к зажимам "Х1" подключаются потенциальные выводы Rn. Измеряемое сопротивление потенциальных выводов не имеет, поэтому к зажимам "Х2" присоединяются те же выводы сопротивления, которые используются для его включения в цепь "Rn - Rx".

4.3. Проверьте подготовку потенциометра к работе, как указано в разделе 2.

4.4. Установите на измерительном блоке переключатель "Направление тока" в положение I, переключатель "Автономная поверка" - на "0", кнопку "Блокировка Х1, Х2" нажмите и зафиксируйте поворотом в нажатом состоянии. На блоке автокомпенсации переключатель "Чувствительность" установите в положение 10-1В.

4.5. После проверки схемы преподавателем включите источник Е в сеть и с помощью сопротивления R установите в цепи ток, несколько меньше Iном, который для Rn равно 0,1A. В этом случае можно снять перемычку Rзам, предварительно отключив источник Е от сети.

4.6. Включите источник Е в сеть. На декадных переключателях 15 ряда U1 установите значение напряжения Un,I, соответствующее действительному значению нормального сопротивления Rn (оно указано на корпусе).

4.7. Измерение сопротивления производится в следующем порядке:

- повысив чувствительность автокомпенсатора до необходимой, с помощью R настройте ток в цепи "Rn - Rx" так, чтобы стрелка выходного прибора установилась примерно на "0". Запишите отсчет Un,I по декадам измерительного блока и отсчет Nn,I по выходному прибору с учетом знака;

- верните чувствительность автокомпенсатора в исходное состояние;

- установите переключатель рода работ в положение Х2 и измерьте напряжение Ux,I на Rx согласно разделу 3. Отсчет Ux,I по декадам потенциометра и отсчет Nx,I по автокомпенсатору зафиксируйте;

- уменьшите чувствительность автокомпенсатора до 10-1В;

- установите переключатель "Направление тока" в положение II. Не изменяя установленного на декадах значения Ux,I настройте ток в цепи "Rx - Rn" с помощью R так, чтобы стрелка выходного прибора установилась примерно на "0" при необходимой чувствительности автокомпенсатора. Запишите отсчет Nx,II по автокомпенсатору с учетом знака;

- установите переключатель 6 в положение Х1, измерьте напряжение Un,II согласно разделу 3. Отсчет Un,II по декадам и отсчет Nn,II по автокомпенсатору с учетом знака зафиксируйте. Верните переключатель "Чувствительность" в положение 10-1В.

4.8. Рассчитайте значение Rx по формуле (7). При этом следует помнить, что отсчеты по декадам и по автокомпенсатору подставляются в одних и тех же единицах. Рассчитайте погрешность значения Rx.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

Обработка результатов проведенных экспериментов заключается в определении величины Ex, измеренной двумя разными способами, и ее погрешностей, а также в расчете значения Rx и его погрешности.

1. Проведя измерения реохордным способом, необходимо рассчитать ряд отдельных значений Ех по формуле (2). Каждое отдельное значение Ех является результатом косвенных измерений. Величины, измеряемые непосредственно, есть En, Ln и Lx. В соответствии с правилом расчета погрешностей косвенных измерений имеем:

  . (8)

Если поделить обе части выражения (8) на Ex= En(Lx/Ln), получим удобную для расчетов формулу:

  . (9)

Величина En =  0,1В, т.к. En определена с точностью до первого знака после запятой. Значения погрешностей измерения длины, определяющиеся точностью линейки, составляют Lx = Ln= 3мм.

Полученные результаты удобно представить в виде следующей таблицы:

Таблица

 Nп/п

Ln, мм

Lx, мм

Ex, В

Ex, В

Максимальную из всех погрешностей, приведенных в этой таблице, можно принять за систематическую погрешность определения Ex, то есть считать, что cEx=(Еx)max. Это, конечно, приведет к огрублению результата, но зато позволит считать отдельные значения Ex равноточными. Тогда далее по известным правилам необходимо рассчитать случайную погрешность Ex и получить полную погрешность определения Ex по формуле .

2. При измерении Ех при помощи потенциометра ее погрешность определяется в соответствии с классом точности прибора. То есть, при выполнении всех условий измерения Ех, ее погрешность рассчитывается по формуле (4). Используя ее, рассчитайте погрешность измерения Ех на самом чувствительном пределе. Сравните значения Ex полученные различными способами.

3. Для вывода формулы и расчета погрешности Rx вначале преобразуем формулу (7):

 . (10)

Используя соотношения (5) и (6), из (10) нетрудно получить:

 Rx=Rn(Ux/Un),  (11)

т.е. формулу (3). Таким образом, Rx есть результат косвенного измерения. Формула для расчета погрешности Rx выводится аналогично выражению (9). Получается

 . (12)

Величина Rn/Rn есть относительная погрешность величины нормального сопротивления. Она указана на его корпусе. Величины Ux/Ux и Un/Un определяются по классу точности потенциометра, то есть согласно формуле (4).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81328. Підстави та порядок повернення виконавчого документа стягувачеві 27.76 KB
  Виконавчий документ який прийнятий державним виконавцем до виконання і за яким стягнення не провадилося або було проведено частково повертається стягувачеві: за письмовою заявою стягувача; якщо в боржника відсутнє майно на яке може бути звернено стягнення і здійснені державним виконавцем відповідно до Закону заходи щодо розшуку такого майна виявилися безрезультатними; якщо стягувач відмовився залишити за собою майно боржника не реалізоване під час виконання рішення одержати певні предмети що повинні бути передані йому від боржника...
81329. Повернення виконавчого документу до суду або іншого органу (посадовій особі), який його видав 22.35 KB
  Виконавчий документ прийнятий державним виконавцем до виконання повертається до суду який його видав у разі відновлення судом строку для подання апеляційної скарги на рішення за яким видано виконавчий документ та прийняття такої апеляційної скарги до розгляду крім виконавчих документів що підлягають негайному виконанню.
81330. Оголошення розшуку боржника, дитини та розшуку транспортних засобів боржника 26.22 KB
  Підставами для оголошення розшуку є відсутність в ході виконавчого провадження відомостей про місце проживання місцезнаходження боржника його майна а також дитини. У разі відсутності відомостей про місце проживання місцезнаходження боржника за виконавчими документами про стягнення аліментів...
81331. Поворот виконання 28.31 KB
  Поворот виконання це спосіб захисту майнових прав відповідача який полягає у поверненні позивачем стягувачем відповідачу боржнику всього одержаного за скасованим рішенням. Загальних правил які б передбачали поворот виконання немає що примушує знову звертатися до процесуального процедурного чи іншого законодавства яке передбачає винесення і виконання юрисдикційного рішення яке підлягає виконанню у порядку ст. Питання про поворот виконання вирішує суд який переглядає судові рішення постанови і до компетенції якого входить...
81332. Виконавчий збір 28.08 KB
  Виконавчий збір не стягується із страховиків які здійснюють державне обовязкове особисте страхування при виконанні державними виконавцями рішень про стягнення коштів за державним обовязковим особистим страхуванням та з осіб звільнених від його сплати згідно з законодавством а також за виконавчими документами про конфіскацію майна стягнення періодичних платежів стягнення виконавчого збору накладення арешту на майно для забезпечення позовних вимог. Постанова про стягнення виконавчого збору виноситься при першому надходженні виконавчого...
81333. Витрати на здійснення виконавчих дій та їх види 26.9 KB
  До інших витрат на організацію виконавчих дій належать витрати на виплату винагороди державним виконавцям відповідно до статті 47 Закону; придбання службових житлових приміщень; придбання службових приміщень; страхування державних виконавців; забезпечення державних виконавців форменим одягом
81334. Розподіл стягнутих з боржника грошових сум і черговість задоволення вимог стягувачів 27.72 KB
  Розподіл стягнутих державним виконавцем з боржника за виконавчим провадженням грошових сум у тому числі одержаної від реалізації майна боржника здійснюється у такому порядку: у першу чергу повертається авансовий внесок сторін та інших осіб на організацію та проведення виконавчих дій...
81335. Закінчення та відновлення виконавчого провадження 27.23 KB
  Про закінчення виконавчого провадження державний виконавець виносить постанову, яка затверджується начальником відповідного органу державної виконавчої служби. Копія постанови у триденний строк надсилається сторонам та суду або іншому органу (посадовій особі), які видали виконавчий документ, або за належністю до іншого органу державної виконавчої служби