42194

Вимірювання опорів на постійному струмі

Лабораторная работа

Физика

Ознайомлення з основними видами та методами вимірювання активних електричних опорів на постійному струмі. Дослідження методичних похибок основних методів вимірювання опорів та шляхи їх усунення. Завдання на вимірювання опорів кожен студент одержує від викладача.

Украинкский

2013-10-27

115 KB

32 чел.

Лабораторна робота №1

Вимірювання опорів на постійному струмі

1. 1 Мета роботи

Ознайомлення з основними видами та методами вимірювання активних електричних опорів на постійному струмі.

Дослідження методичних похибок основних методів вимірювання опорів та шляхи їх усунення.

1. 2 Програма роботи

Під час заняття студент повинен самостійно виміряти три опори (умовно малий, середній, великий). Завдання на вимірювання опорів кожен студент одержує від викладача. Отримавши завдання студент вимірює кожен опір методом амперметра і вольтметра по схемі “а” і “б” і методами заміщення і нульовим. З метою виключення грубих помилок кожен опір вимірюється кожним методом по три рази крім нульового. Результати вимірювань обраховуються і заносяться в протокол роботи. За результатами вимірювань потрібно зробити висновок, причому необхідно оцінити точність (ефективність) кожного метода вимірювання опорів.

1. 3 Основні теоретичні положення

Вимірювання фізичних величин є процесом емпіричного кількісного пізнання властивостей фізичних обєктів. В залежності від способу отримання результатів вимірювань розрізняють прямі, непрямі (опосередковані), сукупні і сумісні види вимірювань. Найчастіше у виробничій практиці використовуються прямі вимірювання фізичних величин, при яких результат отримується безпосередньо з дослідних даних без будь-яких допоміжних дій (обчислень, порівнянь) з боку дослідника, наприклад визначення тиску манометром, покази якого є результатом вимірювань. Інші види вимірювань мають спеціальне застосування, основою яких також є прямі вимірювання. Для прикладу при непрямих вимірюваннях результат отримується з допомогою обчислення значення за відомою функціональною залежністю (рівнянням) шуканої величини і аргументів, встановлених прямими вимірюваннями. Визначення, суть понять і видів вимірювань самостійно опрацювати  в літературі 5,6.

            Поєднання засобів і принципів вимірювання визначається методами вимірювання. Метод суттєво впливає на точність результату, вартість технічного засобу вимірювань, тому, безумовно, визначає сферу застосування.

Існують два види методів:

метод безпосередньої оцінки;

метод порівняння з мірою.

В основному, на виробництві використовується перший метод, відповідно до якого результат визначається безпосередньо по відлікованому пристрою засобу вимірювання (ЗВ) прямої дії. Метод порівняння з мірою має декілька модифікацій:

диференційний метод;

нульовий метод;

метод заміщення;

метод співпадань.

Ці модифікації застосовуються для отримання більш точних результатів (при повірках приладів та в наукових дослідженнях, ін.) 1,8.

Для ознайомлення з методами вимірювання, аналізу їх точностей і особливостей отримання практичних навиків, в якості фізичної величини використовуються активні опори електричного струму, що дозволяє обгрунтовано провести дослідження основних видів і методів вимірювань.

В електротехніці умовно приймають, що опори до 10 Ом – малі, від 10 Ом до 100 кОм – середні і більше 100 кОм – великі. Для вимірювання активних опорів можуть використовуватися різні види і методи вимірювань (прямі, непрямі вимірювання, метод безпосередньої оцінки і порівняння з мірою). В залежності від умов вимірювань в даному випадку значень R необхідно вибирати як метод, так і обладнання. Методи вимірювання малих, середніх і великих опорів різні. Це зумовлено тим, що при вимірюванні малих опорів потрібно враховувати опір з’єднувальних проводів, а також внутрішній опір джерел живлення і вимірювальних приладів. При вимірюванні великих опорів необхідно використовувати прилади, які здатні вимірювати дуже малі струми. При прямих вимірюваннях використовують омметри, а при непрямих методах вимірювання використовують амперметр і вольтметр, при цьому значення опору визначається за законом Ома. Для більш точних вимірювань використовують модифікації методу порівняння з мірою, в методі заміщення використовують магазин опорів, в нульовому методі — міст постійного струму. характерним для непрямих методів вимірювання є необхідність враховувати внутрішній опір амперметра і вольтметра, оскільки він впливає на точність вимірювання. Однак, метод амперметра і вольтметра широко використовується на практиці, оскільки дозволяє вимірювати опір електричних машин, які знаходяться під напругою.

Кожний метод вимірювання має свою неточність, яка характеризується методичною похибкою. Методична похибка виникає внаслідок неточності методу вимірювання або розрахункової формули, яка покладена в основу методу, а також може бути зумовлена тим, що принципова схема приладу не забезпечує точного відтворення функціональної залежності, яка зв’язує вимірювану величину з тою, на яку в дійсності реагує чутливий елемент.

Лабораторний стенд складається з магазинів опорів: типу Р314 та типу МСР-63, реостату типу РСП-165±20% Ом, багатограничних міліамперметра типу 144ДА та вольтметра типу 144Д, а також з моста постійного струму типу Р4833 та джерела живлення типу ВИП-10 (=20В) і джерела змінної напруги 220В.

Вимірювальні опори знаходяться в штепсельному магазині опорів Rх (типу Р314), який розміщений на стенді вертикально. Для зміни струму і напруги  в вимірювальних схемах (рисунок 1.1) використовується  реостат Rе (типу РСП-165). Ці ж схеми живляться від джерела живлення Б (типу ВИП-10), напругою 20В. В схемах рисунка 1.1 (з спільним амперметром) і рисунок 1.2 (з спільним вольтметром) струм і напруга вимірюються відповідно амперметром (А) і вольтметром (V). В залежності від вимірюваного опору використовують різні діапазони:

  •  для малих опорів — 150 мА і 10 В;
  •  для середніх опорів — 75 мА і 20 В;
  •  для великих опорів — 15 мА і 30 В.

В схемі заміщення (рисунок 1.3) як еталон для заміщення вимірюваної величини використовується магазин опорів R0 (типу МСР-63).

Вимірювальна схема при нульовому методі вимірювання повністю реалізується на мості постійного струму, що живиться від мережі змінного струму.

Значення опорів студентам невідомо і вказуються їм кодом. Код складається з двох великих букв, які вказуються між якими затискачами слід проводити вимірювання, і двома значеннями, які вказують положення штепселя. Після зняття показів студентам вказується по спеціальній таблиці згідно кодів значення вимірюваних опорів, які використовуються як дійсні значення при обробці результатів.

Вимірювання опорів методом амперметра та вольтметра реалізовано схемою на  рисунках 1.1, 1.2.

Рисунок 1.1 — Вимірювання опорів методом амперметра і вольтметра (з спільним амперметром)

Рисунок 1.2 — Вимірювання опорів методом амперметра і вольтметра (з спільним вольтметром)

Метод заміщення реалізується згідно рисунку 1.3

Рисунок 1.3 — Вимірювання опорів методом заміщення

Рисунок 1.4 — Вимірювання опорів нульовим методом

З теорії мостів відомо, що при виконанні умови

                                                      (1.1)

міст переходить в стан рівноваги, і в колі гальванометра струм буде дорівнювати нулю. При цьому невідомий опір визначається з співвідношення

                                                    (1.2)

Опори r3  і r2  підібрані так, що r2/r3 утворює масштабний множник, значення якого може змінюватись кратно 10. В плече r1 включений магазин опорів високого класу точності. При вимірюванні малих опорів використовують чотиризажимну вимірювальну схему при цьому невідомий опір підключається до клем П1, П2 та Т1, Т2. Підключення до Т-клем дозволяє компенсувати опір з’єднувальних дротів. При вимірюваннях великих опорів та середніх використовують двозажимну вимірювальну схему при якій невідомий опір підключається тільки до затискачів П1 та П2.

1. 4 Порядок виконання роботи

Прямі вимірювання опорів

1.4.1 Здійснити вимірювання малого, середнього та великого опорів прямим методом за допомогою омметра типу М-218.

Непрямі вимірювання опорів (метод амперметра і вольтметра)

1.4.2 Згідно рисунка 1.1 зібрати схему і виміряти малий, середній та великий опори по три рази кожен, змінюючи при цьому значення напруги та струму за допомогою реостата Re.

           1.4.3 Повторити пункт 1.4.2 для схеми (рисунок 1.2).  

Метод заміщення

           1.4.4 Зібрати схему рисунка 1.3 так, щоб перемикач “П” був в положенні 1. За допомогою реостата Re встановити покази міліамперметра на оцифрованій відмітці. Переключити перемикач “П” в положення 2 і змінюючи опір R0 досягти значення струму на міліамперметрі рівне струму при положенні 1 (вважати, що при цьому RX=R0). Вимірювання здійснити три рази при різних значеннях струму для малого, середнього та великого опорів.

Нульовий метод

1.4.5 Під’єднати невідомий опір до одинарного моста постійного струму згідно додатку і здійснити вимірювання малого, середнього та великого опорів.

1.4.6 Результати вимірювань занести в таблицю 1.1. Згідно такої самої форми оформляється протоколи вимірювань для середнього та великих опорів.

1.4.7 Здійснити обробку результатів вимірювань за нижче приведеними формулами з використанням ПЕОМ.

1.4.8 В кінці роботи необхідно зробити висновки про доцільність використання того чи іншого методу при вимірюванні малих, середніх та великих опорів, обгрунтовуючи їх результатами проведених експериментальних досліджень.

Таблиця 1.1 —  Протокол вимірювання малого опору

    Код № ________

1. 5 Обробка результатів. Основні формули для обчислень

Обробка проводиться для визначення точності методів вимірювання (сумарної і методичної складової похибки) .

При вимірюванні опорів методом амперметра та вольтметра за схемою “а” невідомий опір визначається з виразу

,                                    ( 1.3 )

де  rvвнутрішній опір вольтметра (в лабораторній роботі рівний для вимірювання малих опорів 10 кОм, середніх — 20 кОм, великих — 30 кОм )

для схеми “б”

,                                   ( 1.4 )

де  ra —  внутрішній опір мілівольтметра (в лабораторній роботі рівний 1 Ом)

Відносна методична похибка для схем “а” та “б” визначається відповідно

                                             (1.5)

                                              (1.6)

В обох випадках виникає методична похибка, яка може бути врахована, якщо відомі значення  rа i rv. Таким чином, відносна методична похибка (згідно формул 1.5 і 1.6) для схеми “а” буде менша при вимірюванні невеликих опорів, а для схеми “б” — при вимірюванні великих опорів.

Абсолютна похибка при вимірюванні опорів в лабораторній роботі визначається  як

                                                 (1.7)

де Rxвиміряний опір;

    R0 – табличне значення опору.

Відносна похибка визначається з виразу

                                                 (1.8)

1. 6 Контрольні запитання

1.6.1 Які похибки називаються методичними?

1.6.2 В чому суть вимірювання опорів методом амперметра та вольтметра?

1.6.3 Чим визначається вибір схеми вимірювання при використанні методу амперметра та вольтметра?

1.6.4 Як можуть бути враховані методичні похибки методу амперметра та вольтметра?

1.6.5 В чому полягає суть методу заміщення?

1.6.6 Будова і принцип роботи одинарного моста постійного струму.

1.6.7 Методика вимірювання опорів мостами постійного струму.

1.6.8 Особливості вимірювання малих опорів за допомогою мостів постійного струму.

1.6.9. Дайте  визначення прямим та непрямим вимірюванням та наведіть приклади.

PAGE  5


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

42140. ПОДГОТОВКА И АНАЛИЗ ДАННЫХ 444 KB
  Очень часто происходит ситуация когда анализ данных проводимый между этапом сбора данных и собственно эконометрическим моделированием позволяет сократить количество лишней работы связанной с фактическим выбором модели и анализом технической информации во время моделирования. Предварительный анализ данных можно условно разделить на три этапа: графический анализ данных; фильтрация очистка рядов данных; анализ выборочных характеристик рассматриваемых рядов. Эконометрическое исследование проводится как минимум для двух рядов...
42142. Задачі лінійної оптимізації в системі Maple 213 KB
  Задачі оптимізації в Maple розв’язуються за допомогою вбудованих функцій minimize та maximize, що входять до пакету Simplex.Класична задача лінійного програмування записується у такому форматі:minimize (цільова функція, {обмеження}, NONNEGATIVE).Останній параметр вказує на невід’ємність змінних, що входять до математичної моделі задачі. Для геометричної інтерпретації задачі оптимізації необхідно підключити пакет plots і задати систему лінійних нерівностей задачі, використовуючи процедуру inequal.
42143. ПАРНАЯ РЕГРЕССИЯ 338.5 KB
  модель вида yi = 0 1 xi i где yi значение зависимой переменной для наблюдения i xi значение независимой переменной для наблюдения i 0 и 1 коэффициенты регрессии εi значение случайной ошибки для наблюдения i n число наблюдений. Оценки коэффициентов парной линейной регрессии и определяются методом наименьших квадратов МНК. Оценки коэффициентов уравнения регрессии полученные МНК могут обладать следующими свойствами: несмещенность состоятельность эффективность. Содержание МНК свойств оценок полученных...
42144. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ 51 KB
  Для существования стационарного тока в цепи необходим какой-нибудь источник энергии электродвижущей силы ЭДС который способен поддерживать электрическое поле. В источнике ЭДС перемещение носителей заряда производится с помощью запасенной энергии. Рассмотрим замкнутую цепь состоящую из источника ЭДС и нагрузки внешней цепи. Таким образом ЭДС это физическая величина численно равная работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда по замкнутой цепи.
42145. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ МОСТА УИТСТОНА 81 KB
  Сопротивления R1 R2 R0 Rх называются плечами моста Rх  измеряемое неизвестное R0 известное R1 R2 регулировочные сопротивления. Сопротивления плеч моста измеряют и подбирают таким образом чтобы ток гальванометра был равен нулю. Для однородного проводника сопротивления отдельных его участков относятся как их длины.
42146. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕИЗВЕСТНОЙ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА С ПОМОЩЬЮ МОСТА СОТТИ 80.5 KB
  В настоящей работе измерение электрической емкости осуществляется с помощью моста переменного тока  моста Сотти рис. Плечи моста плечо моста это участок цепи включенный между двумя узлами включают конденсатор неизвестной емкости Сх конденсатор эталонной емкости Сэ и два резистора имеющих сопротивления R1 и R2. В диагональ СD моста включают источник переменного напряжения трансформатор.
42147. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕИЗВЕСТНОЙ ИНДУКТИВНОСТИ С ПОМОЩЬЮ МОСТИКА МАКСВЕЛЛА 73.5 KB
  ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ В настоящей работе измерение индуктивности осуществляется с помощью моста переменного тока  моста Максвелла рис.Плечи моста состоят из эталонной индуктивности L0 неизвестной индуктивности Lх их сопротивлений R R двух резисторов имеющих сопротивления R1 и R2. Принцип измерения индуктивности катушки Lх при помощи мостика Максвелла основан на подборе такого значения отношения сопротивлений при котором ток через гальванометр отсутствует.
42148. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ МЕТАЛЛОВ 110 KB
  Экспериментальная проверка линейной зависимости тока от напряжения I = f U электросопротивления от длины цилиндрического проводника R = f  и расчет удельного сопротивления проводника. Если внутри проводника создано электрическое поле то каждый электрон ускоряется в течение времени свободного пробега . 5 Рассмотрим цилиндрический участок проводника постоянного сечения dS и длиной udt. Это векторная величина совпадающая по направлению со скоростью упорядоченного...