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

29 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

29004. Физический уровень базовой ИТ: назначение, структура, состав 33.5 KB
  Каждая подсистема содержит аппаратные и программные компоненты. Аппаратные компоненты ЭВМ различных классов. Программные компоненты – производят обработку данных представляет собой алгоритм реализующий преобразование и отображение данных прикладное программное обеспечение. Аппаратные компоненты устройства и узлы для реализации компьютерной сети модемы коммутаторы маршрутизаторы.
29005. ИТ обработки данных: назначение, структура, функционирование 30 KB
  ИТ обработки данных предназначен для решения хорошо структурированных задач задачи кот. Сбор данных. Обработка данных.
29006. ИТ управления: назначение, структура, функционирование 30 KB
  Здесь входные данные преобразуются к формату и виду пригодного для анализа. БД содержит 2 части: – данные по операциям – накапливаются в процессе функционирования организации. Виды отчётов: суммирующий отчёт данные объединены в отдельные группы и представляют собой вид суммирующих итогов сравнительные отчёты содержат данные из различных источников классифицированные по признакам для сравнения чрезвычайные отчёты формируются по запросу менеджера по его согласию.
29007. Расчёт фундаментов по второй группе предельных состояний. Определение границ условного фундамента при расчёте осадок свайных фундаментов 34 KB
  Определение границ условного фундамента при расчёте осадок свайных фундаментов. Расчёт оснований свайных фундаментов по второй группе предельных состояний по деформациям производится исходя из условия: s≤su 1 где s конечная стабилизированная осадка свайного фундамента определённая расчётом; su предельное значение осадки устанавливаемое соответствующими нормативными документами или требованиями проекта. В настоящее время в большинстве случаев свайный фундамент при расчёте его осадки s рассматривается как условный массивный...
29008. Определение осадки свайного фундамента методом послойного суммирования. Порядок расчёта 31.5 KB
  Определение осадки свайного фундамента методом послойного суммирования.1 а нагрузка передаваемая на грунт основания принимается равномерно распределённой интенсивностью: 1 где N0II расчётная нагрузка от веса здания или сооружения на уровне верхнего обреза фундамента; NcII NpII NгII вес соответственно свай ростверка и грунта в объёме уловного фундамента авсd; Ау=by·ly площадь подошвы условно гофундамента. Найденное значение pII не должнопревышать расчётное сопротивление грунта основания R на уровне нижних концов свай...
29009. Опускные колодцы. Условия применения, конструктивная схема и последовательность устройства. Классификация опускных колодцев по материалу, по форме в плане и по способу устройства стен 41.5 KB
  Опускные колодцы. Опускные колодцы могут быть выполнены из дерева каменной или кирпичной кладки бетона железобетона металла. Наибольшее распространение в современной практике строительства получили железобетонные колодцы. По форме в плане опускные колодцы могут быть круглыми квадратными прямоугольной или смешанной формы с внутренними перегородками и без них рис.
29010. Кессоны. Условия применения, конструктивная схема, последовательность производства работ 35 KB
  При залегании прочных грунтов на значительной глубине когда устройство фундаментов в открытых котлованах становится трудновыполнимым и экономически невыгодным а применение свай не обеспечивает необходимой несущей способности прибегают к устройству фундаментов глубокого заложения. Необходимость устройства фундаментов глубокого заложения может быть вызвана и особенностями самого сооружения например когда оно должно быть опущено на большую глубину заглубленные и подземные сооружения. Одним из видов фундаментов глубокого заложения наряду с...
29011. Возведение заглубленных и подземных сооружений методом "стена в грунте". Технология устройства. Монолитный и сборный варианты 66.5 KB
  Возведение заглубленных и подземных сооружений методом стена в грунте . Способ стена в грунте предназначен для устройства фундаментов и заглубленных в грунт сооружений различного назначения. Способ заключается в том что сначала по контуру будущего сооружения в грунте отрывается узкая глубокая траншея которая затем заполняется бетонной смесью или сборными железобетонными элементами. Способ стена в грунте используется при возведении фундаментов под тяжёлые здания и.
29012. Условия применения песчаных подушек при устройстве фундаментов мелкого заложения. Основы расчёта 31.5 KB
  В качестве материала грунтовых подушек чаще всего используют крупные и среднезернистые пески песчаные подушки. Если в первом случае выбор толщины грунтовой подушки однозначен то во втором случае порядок её проектирования сводится к следующему. Задавшись расчётными значениями физикомеханических характеристик материала подушки определяют ориентировочные размеры фундамента в плане. Далее варьируя толщину подушки и если необходимо размеры фундамента устанавливают такую толщину подушки чтобы выполнялось условие: pz ≤ Rz 1 где pz ...