Федеральное агентство Российской Федерации по связи и информатизации

Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики

Кафедра физики

Лабораторная работа

«Изучение электроизмерительных приборов»

Выполнила: Винокурова А.И.

Проверил: ст. преподаватель Стрельцов А.И

Новосибирск

2012

Цель работы:

1. Изучить основные электроизмерительные приборы, освоить методику измерения с помощью этих приборов.

2. Снять вольтамперную характеристику участка электрической цепи и проверить справедливость закона Ома для этого участка.

Основные теоретические сведения

Электроизмерительные приборы используются для измерения параметров электрических цепей.

Электрическая цепь

Электрическая цепь– это совокупность устройств, предназначенных для получения, распределения и потребления электрической энергии.Должны быть следующие устройства:

1. Источники тока

2. Потребители тока.

3. Соединительные проводники.

Перечисленных выше устройств вполне достаточно для того, чтобы электрическая цепь работала. Однако, на практике требуется управлять электрическими цепями и контролировать их параметры. Поэтому дополнительно к перечисленным выше устройствам добавляются еще две категории:

1. Коммутационные устройства

2. Электроизмерительные приборы

Для того, чтобы электрическая цепь могла нормально работать, должны выполняться следующие условия:

1. В цепи должны существовать свободные электрические заряды.

2. Цепь должна быть замкнутой.

Основными параметрами электрической цепи являются:

1. Сила тока– это заряд, переносимый через поперечное сечение проводника за единицу времени.(1)

где q– электрический заряд,t– время.Если сила тока в цепи постоянная,её можно вычислить по формуле:

(2)

2. Электрическое напряжение– это отношение работы, совершаемой силами электрического поля по перемещению по цепи некоторого заряда к величине этого заряда

(3)

где U– напряжение, А – работа сил электрического поля. В системе СИ единицей напряжения является 1 Вольт (В).

3. Электрическое сопротивление– величина, характеризующая способность проводника препятствовать прохождению по нему электрического тока.Связь электрического сопротивления проводника с его удельным сопротивлением, длиной и площадью поперечного сечения определяется формулой

(4)

где R– электрическое сопротивление проводника, ρ – его удельное сопротивление,l– длина иS– площадь поперечного сечения.

Закон ома:

(5)

Классификация электроизмерительных приборов.

Приборы различаются по следующим признакам:

1. По конструкции– аналоговые и цифровые.

2. По роду измеряемой величины– амперметры, вольтметры, омметры, ваттметры и многие другие.

3. По роду тока– для работы на переменном токе, на постоянном токе или на обоих.

4. По принципу работы измерительного механизма– магнитоэлектрические, электромагнитные, электростатические, электродинамические, ферродинамические и др.

5. По способу предъявления информации – показывающие, регистрирующие, интегрирующие.

Принцип работы электроизмерительных приборов магнитоэлектрической системызаключается во взаимодействии магнитного поля легкой подвижной катушки, по которой протекает измеряемый ток, с магнитным полем неподвижного постоянного магнита. Подвижная катушка механически соединена со стрелкой прибора.

Достоинством приборов этой системы являются:

• Высокая чувствительность и точность измерения

• Равномерная шкала

• Малое потребление мощности.

Существенным недостатком можно считать невозможность работы в цепях переменного тока (без использования выпрямителей).

Принцип работы электроизмерительных приборов электромагнитной системызаключается во взаимодействии ферромагнитного сердечника, соединенного со стрелкой, с магнитным полем неподвижной катушки, по которой протекает измеряемый ток.

Достоинством приборов этой системы являются:

• Простота и надежность конструкции

• Возможность использования в цепях постоянного и переменного тока

• Низкая чувствительность ко внешним магнитным полям

Недостатки приборов электромагнитной системы:

• Малая чувствительность

• Неравномерная шкала.

Основными параметрами электроизмерительных приборов являются:

1. Система

2. Предел измерения– максимальное значение величины

3. Цена деления шкалы прибора– это отношение значения измеряемой величины к числу делений шкалы. Вычисляется цена деления прибора по формуле

(7)

где - цена деления шкалы,- значение измеряемой величины,- число делений, на которое отклонилась стрелка прибора.

4. Чувствительность прибора– это отношение линейного перемещения стрелки прибора к значению измеряемой величины, вызвавшей это перемещение

(8)

где - чувствительность прибора,- значение измеряемой величины,- число делений, на которое отклонилась стрелка прибора. Измеряется чувствительность в делениях.

5. Абсолютная погрешность прибора– величина, равная модулю разности показания прибора и истинного значения измеряемой величины. Вычисляется абсолютная погрешность по формуле

(9)

где - абсолютная погрешность прибора,- истинное значение измеряемой величины,- измеренное с помощью прибора значение величины. Измеряется абсолютная погрешность в тех же единицах, что и сама измеряемая величина.

6. Относительная погрешность прибора– это отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины

(10)

где - относительная погрешность прибора,- его абсолютная погрешность,- истинное значение измеряемой величины.

7. Класс точности приборапредставляет собой его приведенную относительную погрешность.

(11)

где - класс точности прибора,- его абсолютная погрешность прибора,- предел измерения.

по закону Ома можно рассчитать величину сопротивления:

(14)

Для повышения точности обычно проводится несколько измерений и строится вольтамперная характеристика исследуемого проводника. Для металлических, графитовых и некоторых других проводников вольтамперная характеристика является линейной. Этим мы и воспользуемся при измерении сопротивления резистора в данной работе.

Для оценки погрешности измерения воспользуемся формулой (14), из которой получим выражение для вычисления относительной погрешности сопротивления. Применяя методы оценки погрешности косвенных измерений, прологарифмируем выражение (14)

(15)

Теперь продифференцируем каждое слагаемое по своей переменной:

(16)

Переходя от бесконечно малых приращений к конечным величинам и воспользовавшись свойством, что погрешность разности равна сумме погрешностей, получим окончательно:

(17)

где - абсолютные погрешности соответственно сопротивления, напряжения и тока, а- их измеренные значения. Дробь в левой части формулы (17) – это и есть искомая относительная погрешность измерения сопротивления.