Порядок выполнения опыта

IПолучить указание преподавателя о параметрах электрической. цепи, в которой производится измерение напряжения (см. рис.2.5), а также о том, из числа каких приборов следует выбирать вольтметры для измерения указанного напряжения.

2 В табл.2.4 записать заданное эквивалентное сопротивление цепи R_экв, порядок измеряемого напряжения U, а также параметры вольтметров (класс точности γ_m, предел шкалыU_m, внутреннее сопротивление), указанные на приборах. Если величинаR_v не задана, ее следует определить, исходя из предела шкалыU_mвольтметра и тока полного отклоненияI_m:

R_v=U_m/I_m

3 Рассчитать погрешность взаимодействия и основную аппаратурную погрешности измерения каждым вольтметром. Результаты расчета внести в табл.2.4.

Таблица 2.4

Парамет-ры цепи		Параметры вольтметров			Погрешность измерения напряжений
U,B	Rэкв, Ом	Класс точнос-ти, γm	Предел измере-ния, Um, В	Внутреннее со-против-ление, Rv, Ом	Погрешность взаимодействия, %	Основная аппаратурная погрешность, %

4 Исходя из данных табл.2.4, выбрать вольтметр, удовлетворяющий поставленным требованиям. Свои выводы согласовать с преподавателем.

5 Подключить выбранный вольтметр к цепи (см. рис.2.5) и после проверки схемы преподавателем включить источник питания. Показания вольтметра записать в табл.2.5. Вычислить относительную и абсолютную погрешности измерения напряжения и внести в ту же таблицу. Пренебрегая погрешностью взаимодействия по сравнению с основной аппаратурной, записать действительное значение напряжения U₀с учетом погрешности (например,U₀=6,0±0,3В).

Таблица 2.5

Показания вольтметра		Основная аппаратурная погрешность измерения		Действительное значение измеренного напряжения U0=UХ–UА, В
в делениях	в B	относительная	абсолютная

Оформление отчета

В отчете привести схемы (см. рис. 2.2, 2.3, 2.4, 2.5),табл. 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 с результатами измерений и расчётов, расчётные формулы.

Контрольные вопросы

1 На каком принципе основана работа магнитоэлектрических приборов?

2 По каким схемам можно включать магнитоэлектрические ИМ?

3 Как расширить пределы измерения магнитоэлектрических амперметров и вольтметров?

4 Как производится расчет шунтов и добавочных резисторов?

5 Что собой представляет абсолютная и относительная погрешности измерения?

6 Какая погрешность характеризует точность измерений?

7 Что представляет собой класс точности прибора?

8 От чего зависит погрешность взаимодействия вольтметра?

Литература

1 Основы метрологии и электрические измерения / под ред. Е.М. Душина.– Л Энергоатомиздат, 1987, с. 58–61, 101–102, 385–394.

2 Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин. – М.: Высш.шк., 1982. с.16 – 18, 20 – 21, 36 – 41, 113 – 114, 120 –121.

Лабораторная работа 3

ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ КОМБИНИРОВАННОГО ПРИБОРА

Цель работы: ознакомление с принципом действия, применением комбинированного прибора; приобретение практических навыков измерения постоянных и переменных токов, напряжений, параметров электрической цепи с оценкой погрешностей измерений.

Особенности схем включения комбинированного прибора

Приступая к выполнению работы, студент должен знать, что комбинированный измерительный прибор – ампервольтомметр (авометр) является универсальным многопредельным прибором, с помощью которого возможны измерения токов, напряжений в цепях постоянного и переменного тока частотой от 20 Гц до 20 кГц, сопротивлений постоянному току. Отдельные типы авометров позволяют измерять также емкость, относительный уровень переменного напряжения в децибелах, некоторые параметры транзисторов.

В приборе применяют измерительный механизм магнитоэлектрической системы.

Следует иметь в виду, что при измерении постоянного тока параллельно измерительному механизму включаются многоступенчатые шунты, а при измерении постоянного напряжения последовательно с измерительным механизмом – добавочные резисторы. Таким образом, в режиме измерения постоянного тока и напряжения авометр работает как многопредельный магнитоэлектрический амперметр и вольтметр.

При измерении переменных токов и напряжений звуковых частот прибор включается по схеме многопредельного выпрямительного амперметра или вольтметра.

Необходимо знать, что выпрямительный прибор представляет собой сочетание полупроводниковых выпрямителей и магнитоэлектрического измерительного механизма. В авометрах практическое применение находят мостовые цепи двухполупериодного выпрямителя с двумя диодами и двумя резисторами (рис.3.1).

Выпрямленный ток проходит через измерительный механизм (ИМ) в течение обоих полупериодов в одном направлении. За один полупериод ток протекает по цепи VD1, ИМ,R₂, причем часть тока ответвляется через сопротивлениеR₁, за другой – по цепиR₁, ИМ,VD2 , в этом случае часть тока ответвляется через сопротивлениеR₂. По сравнению с мостовой схемой с четырьмя диодами данная схема имеет большую температурную стабильность, однако обладает меньшей чувствительностью в результате того, что в каждый полупериод через ИМ ответвляется лишь часть (30 – 40 %) выпрямленного тока. Уравнение шкалы выпрямительного прибора:

α=S_iI_ср.

где S_i– чувствительность к току, показывает, что отклонение подвижной части пропорционально среднему значению тока. Так как в цепях переменного тока обычно нужно знать действующее значение тока (напряжения), шкалы выпрямительного прибора градуируют в действующих значениях синусоидального тока (напряжения):

α=S_iI /K_ф=S_iI /1,11.

где К_Ф– коэффициент формы кривой (для синусоиды К_Ф= 1,11). Если же форма кривой отлична от синусоидальной, в показаниях прибора появляется погрешность.

Измерение сопротивлений авометром следует производить по последовательной и параллельной схемам магнитоэлектрического омметра (рис.3.2,а,б соответственно).

В последовательной схеме омметра измеряемое сопротивление R_xследует включать последовательно с измерительным механизмом, в параллельной – параллельно. Уравнение шкалы омметра с последовательной схемой

,

для омметра с параллельной схемой

.

Из уравнений вытекает, что при постоянном напряжении источника питания U=constпоказания будут определяться значением измеряемого сопротивленияR_Х. Следовательно, шкала может быть отградуирована в единицах сопротивления. Из уравнений следует, что шкалы омметров неравномерные, обратные для последовательной схемы и прямые – для параллельной. Омметры с последовательной схемой более пригодны для измерения больших сопротивлений (10³– 10⁸Ом), а с параллельной – малых (0,1 – 10³Ом). В качестве источника питания обычно применяют сухую батарею. С течением времени напряжение батареи падает, и условиеU=constне выполняется. Ввести поправку на изменениеU, как видно из уравнений, можно путем соответствующей регулировки резистораR_Д, который выполняется переменным. Для регулировки омметра с последовательной схемой перед измерением следует замкнуть накоротко его зажимы, и в том случае, если стрелка не установлена на отметке «0», перемещать ее до этой отметки с помощью резистораR_Д. Регулировку омметра с параллельной схемой нужно производить при отключенном резистораR_Х. ВеличинуR_Днеобходимо установить такой, чтобы указатель находился на отметке шкалыR_Х= ∞.