2780

Изучение компенсационного метода измерений

Лабораторная работа

Физика

Изучение компенсационного метода измерений. Цель работы. Ознакомиться с компенсационным методом измерений. Произвести измерения с помощью потенциометра ПП-63. Компенсационный метод применяется для точного измерения ЭДС, напряжения и потенциала.

Русский

2012-10-19

37.08 KB

30 чел.

Изучение компенсационного метода измерений.

Цель работы:

1) Ознакомиться с компенсационным методом измерений.

2) Произвести измерения с помощью потенциометра ПП-63.

Компенсационный метод применяется для точного измерения ЭДС, напряжения и потенциала.

Как известно, измерение напряжения и ЭДС часто производится с помощью вольтметра. Однако этот метод приводит к значительным ошибкам в измерениях из-за конечной величины сопротивления вольтметра. При подключении вольтметра к источнику UX (рис 1) по цепи будет протекать ток

,

где RV – сопротивление вольтметра; r -  внутреннее сопротивление источника UX 

Величина напряжения на вольтметре UV=I*RV , измеряемая прибором, в этом случае будет отличаться от значения UX на      (1)

Эта ошибка U также, как и относительная погрешность измерений

(2)

будут зависеть от сопротивления вольтметра, они будут уменьшаться с ростом величины RV и стремиться к нулю только при RV  . Если же RV = r, то  может достигать величины 50%. Таким образом, подключение вольтметра искажает режим работы цепи, где производится измерение и может приводить к значительным ошибкам в измерениях. Указанный недостаток устраняется при применении компенсационного метода измерений.

Компенсационный метод основан на сравнении (компенсации) неизвестного измеряемого напряжения UX (или ЭДС X) с известным компенсирующим напряжением UК. измеряемое и компенсирующее напряжения подключаются к индикатору равенства (обычно чувствительному гальванометру) (рис 2). Сила и напряжение тока в такой цепи будет определяться разностью UX и UК. при равенстве этих величин сила тока в цепи равна нулю, и «индикатор равенства» даёт нулевое показание. Если величина UК плавно регулируется, то, подключая таким образом различные UX и добиваясь нулевого показания  «индикатора равенства», по величине UК можно определить значение UХ измеряемого напряжения.

Таким образом ясно, что при компенсационном методе вследствие отсутствия тока в измерительной цепи в момент компенсации не вносится искажений в режим работы цепи, где производится измерение, и ошибки U и  (формулы (1)и (2)) исключаются. Строго говоря, измерение ЭДС возможно только компенсационным методом. Кроме того «индикатор равенства» должен фиксировать отсутствие тока, поэтому для этой цели могут применяться чувствительные гальванометры, причём градуировка шкалы в этом случае (Ir=0) не влияет на результат измерения. Всё указанное приводит к тому, что компенсационный метод измерения в настоящее время является наиболее точным и чувствительным методом.

Приборы для измерения напряжений и ЭДС компенсационным методом носят название потенциометров или компенсаторов.

Принцип действия потенциометров.

Простейшая схема потенциометра приведена на рис 3. Здесь в качестве источника компенсирующего напряжения используется падение напряжения UК на сопротивлении RK при протекании по нему тока IP от специального источника Р . В качестве индикатора равенства используется гальванометр. Измеряемой величиной является ЭДС источника Х.

                                     

Рассмотрим условия компенсации, т.е. условия, при которых сила тока в цепи гальванометра равна нулю.

В общем случае на отдельных участках схемы рис.3 текут токи I, IP, Ir, направления которых выберем так, как указано стрелками. Применим к рассматриваемой схеме правило Кирхгофа. Согласно 1 правилу, алгебраическая сумма токов в узле равна нулю. Тогда для узла А имеем:            I + Ir - IP = 0                (3)

По правилу сумма падений напряжений на всех элементах замкнутого контура равна сумме ЭДС, действующих в этом контуре. Для контуров PABCP и XABX можно соответственно записать (направление обхода контуров указано на рис.3 стрелками):

P=IPRK +I(RP +rp),                   (4)

где  rp – внутреннее сопротивление источника P.

        X= IPRK +Ir(rx+rr)                    (5)

где rx – внутреннее сопротивление источника Х ; rr – внутреннее сопротивление гальванометра.

В случае компенсации ток в цепи гальванометра Ir =0, и выражение (5) имеет вид:

        X= IPRK                          (6)

т.е. неизвестная ЭДС (или UX) компенсируется падением напряжения на сопротивлении RK (на участке АВ).

Выражения (3) и (4) в этом случае (Ir =0) будут иметь вид:

           I=IP                               (7)

     P=IPRK +I(RP +rp)              (8)

Из (8) с учётом (7) можно получить:

       (9)

где Rобщ = RK +RP +rp – общее сопротивление цепи источника P.

Подставив значение IP в выражение (6), окончательно имеем

                  (10)

Таким образом,X можно определить через величины Р , RK ,RP ,rp . Однако значения Р и rp не всегда могут быть определены достаточно точно. Кроме того в Rобщ должно входить, кроме указанных величин, сопротивление подводящих проводов, которое трудно учесть с достаточной степенью точности. Поэтому точность определения X в данном случае будет низкой, несмотря на хорошие возможности метода в целом. Повысить точность измерений можно, если построить потенциометр по схеме рис.4.

В этой схеме компенсация производится дважды. В положении I переключателя II компенсируется известная ЭДС элемента N , в положении 2 производится компенсация неизвестной ЭДС источника X.

Сопротивление RК включается здесь по схеме потенциометра. Как уже отмечалось ранее, при компенсации величина компенсируемой ЭДС  должна равняться падению напряжения на участке АВ, т.е. =IPRAB . Этого можно добиться двумя способами: либо изменяя величину сопротивления RAB , либо изменяя величину IP . Силу тока IP можно регулировать, меняя значение RP . В потенциометре, построенном по схеме рис. 4, компенсации N добиваются изменением величины RP , устанавливая определённый рабочий ток IP , который в дальнейшем остаётся постоянным. Сопротивление RAB при этом должно быть максимальным, т.е. RAB= RК . Тогда согласно (10):

                    (11)

Компенсации Х добиваются изменением величины участка АВ сопротивления RК , подключённого к цепи гальванометра RAB. Так как сопротивление RК включено по схеме потенциометра, то при изменении RAB общее сопротивление цепи источника Р остаётся неизменным и значение = const. При компенсации

       (12)

Взяв отношение (11) и (12), получим :

                       (13)

Откуда:

           (14)

Всё сказанное справедливо для случая, когда вместо Х подключается неизвестное напряжение UX . Таким образом, для определения ЭДС или напряжения необходимо знать отношение двух сопротивлений RAB и RК и значение N . Сопротивления, входящие в окончательный результат, являются образцовыми и могут быть в настоящее время измерены с точностью до сотых долей процента. В качестве источника сравнения N используется обычно нормальный элемент, значение ЭДС которого весьма стабильно и известно с высокой степенью точности.

Значение Р не входит в окончательный результат (14). Однако источник Р всё время обеспечивает наличие IP,  поэтому его ЭДС должна быть достаточно постоянной во времени. Кроме того, так как N и Х равняются падению напряжения на участке АВ цепи этого источника, его ЭДС Р должна превосходить N и Х.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

65544. Розширення функціональних можливостей верстатів-гексаподів шляхом визначення їх раціональних конструктивних параметрів 502.95 KB
  Актуальність дисертаційної роботи визначається обмеженою кількістю теоретичних розробок і практичних рекомендацій щодо особливостей будови та функціонування ВПК визначенню їх технічних та технологічних показників конкретних результатів досліджень...
65545. РЕГУЛЬОВАНІ ЕЛЕКТРОПРИВОДИ З АКТИВНИМИ ВИПРЯМЛЯЧАМИ 243.5 KB
  Формування вхідних струмів АВ може здійснюватись низькочастотним та високочастотним керуванням ШІМкерування. Системи керування АВ дуже різняться між собою деякі АВ можуть мати кілька варіантів системи керування ними як наприклад шестиключовий АВ напруги тому потребують більш детального...
65546. НАЦІОНАЛЬНО-ВИЗВОЛЬНА ІДЕЯ В ХУДОЖНЬОМУ ТРАКТУВАННІ УКРАЇНСЬКИХ ПИСЬМЕННИКІВ ПЕРШОЇ ЕМІГРАЦІЙНОЇ ХВИЛІ 157.5 KB
  Останнє набуло особливої значимості для формування національної ідеї збереження духовності нації. Своє бачення національної ідеї українства оприявнювала й література передусім через твори тих письменників доробок котрих мав виразне національне спрямування.
65547. АВТОМАТИЗОВАНЕ УПРАВЛІННЯ ПІДСИСТЕМАМИ ТЕХНОЛОГІЧНОГО КОМПЛЕКСУ ЦУКРОВОГО ЗАВОДУ З ВИКОРИСТАННЯМ МЕТОДІВ ДІАГНОСТИКИ І ПРОГНОЗУВАННЯ 937 KB
  Метою роботи є підвищення ефективності функціонування ТК цукрового заводу за рахунок удосконалення систем автоматизації шляхом використання алгоритмів діагностики і прогнозування. При вирішенні поставлених задач одержані нові наукові результати: вперше показано що для оцінки...
65548. МЕТОДИ ТА СИСТЕМИ ВІДТВОРЕННЯ ЗОБРАЖЕНЬ НА БАЗІ ЛОГІКО-ЧАСОВИХ ПЕРЕТВОРЕННЬ 857.65 KB
  Для візуального подання інформації та її реалістичного відображення необхідно створити системи відтворення зображень серед яких перспективними є світлодіодні матричні екрани які широко використовуються в професійних інсталяціях.
65549. ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ОБРОБКИ НА СЕРЕДНІХ ТОКАРНИХ ВЕРСТАТАХ ЗА РАХУНОК ОПТИМІЗАЦІЇ КОНСТРУКТИВНИХ ПАРАМЕТРІВ РІЗЦІВ І РЕЖИМІВ РІЗАННЯ 868.5 KB
  В умовах ринкової економіки вибір типа конструкції інструменту його параметрів режимів різання має бути кількісно обґрунтований з урахуванням багатьох технічних економічних і ергономічних факторів причому рішення що приймаються мають бути оптимальними.
65550. ТЕХНОЛОГІЯ СТРУКТУРНИХ МОДИФІКАЦІЙ ДЕГРАДАЦІЙНО-РЕЛАКСАЦІЙНИХ ПЕРЕТВОРЕНЬ В ФУНКЦІОНАЛЬНИХ МАТЕРІАЛАХ НА ОСНОВІ СТЕКОЛ ТА КЕРАМІКИ ДЛЯ СЕНСОРІВ ЕЛЕКТРОННОЇ ТЕХНІКИ 376.5 KB
  Визначальним фактором прогресу сучасного людського суспільства є розвиток матеріалознавства, пошук, розробка та широке впровадження принципово нових та синтетичних матеріалів з унікальними функціональними властивостями, високою надійністю і технологічною відтворюваністю.
65551. ІНВЕСТИЦІЙНА ПРИВАБЛИВІСТЬ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ ПІДПРИЄМСТВ 223 KB
  Тому одним із найважливіших завдань які стоять перед кожним з них зокрема та перед економікою країни в цілому є підвищення рівня інвестиційної привабливості. Особливої гостроти проблема підвищення інвестиційної привабливості набуває в сільському господарстві яке значно відстало...
65552. ПІДВИЩЕННЯ ТОЧНОСТІ ВИМІРЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ ТЕРМОПАРАМИ В ПРОЦЕСІ ЕКСПЛУАТАЦІЇ 1.36 MB
  Метою дисертації є розробка методу корекції похибки від набутої в процесі тривалої експлуатації термоелектричної неоднорідності електродів термопар на основі аналізу властивостей цієї похибки.