Методичка. Электричество. 2 часть

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ПРАКТИКУМ ПО ЭЛЕКТРИЧЕСТВУ И МАГНЕТИЗМУ

Учебное пособие для вузов

Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета

2008

3

1.ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ И ОФОРМЛЕНИЯ РАБОТ

ВЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ

Вначале семестра составляется график выполнения работ на весь семестр. Поэтому студент должен заранее знать тему своей лабораторной работы и подготовиться к ней по методическому руководству и другой, указанной в нем литературе.

Перед выполнением каждой лабораторной работы необходимо пройти краткое собеседование с преподавателем и получить разрешение на ее выполнение. Оно дается в том случае, если студент четко знает цель работы, методику проведения эксперимента, умеет пользоваться приборами, хорошо разбирается в описании и физическом смысле каждого упражнения.

Вэлектрической лаборатории, при наличии достаточного числа учебных занятий, студенты самостоятельно собирают схемы. При этом необходимо соблюдать следующие правила.

1. Пройти инструктаж преподавателя по технике безопасности.

2. Познакомиться с устройством основных электроизмерительных приборов, назначением и принципом работы отдельных элементов электрических цепей, частично описанных в п. 2 настоящих методических указаний. Получить зачет по электроизмерительным приборам.

3. Выяснить назначение всех элементов электрической схемы, приведенной в указании к выполняемой работе.

4. Найти все приборы и элементы схемы на соответствующем макете

кработе. Все необходимые детали к каждой работе смонтированы на отдельной панели. Как правило, их расположение на макете соответствует изображенной в методическом пособии схеме.

5. Выяснить, какие источники напряжения используются в данной работе. В качестве источников напряжения в электрической лаборатории используются следующие:

– переменное напряжение городской электрической сети (U = ~ 220 В, f = 50 Гц), которое подается к розеткам при включении общего рубильника;

– постоянное напряжение (U = – 36 В), которое снимается с выхода общего выпрямителя и подведено к соответствующим розеткам по всей лаборатории;

– в некоторых работах имеются автономные выпрямители, позволяющие получать постоянное напряжение до 600 (!) В;

– постоянное напряжение 1,5 В (аккумуляторы).

6. Убедиться, что источники напряжения отключены:

– вилки отсоединены от розеток;

– провода и шнуры, включающие автономные выпрямители, отсоединены от розеток;

– провода, идущие от аккумуляторов, отсоединены от схем.

4

7.Самостоятельно собрать схему с помощью специальных проводников с наконечниками. Некоторые схемы, по усмотрению преподавателя, не собираются студентами, а используются готовыми для измерений.

8.Показать собранную схему преподавателю или лаборанту. Определить цену деления приборов. Поставить в нужное перед включением напряжения положение движки потенциометров и реостатов. Объяснить все это преподавателю и получить разрешение на включение источников напряжения.

Приступать к выполнению лабораторных работ без разрешения преподавателя категорически воспрещается!

9.Если в работе необходимо сделать какие-то изменения в схеме, то прежде всего нужно отключить источники питания, сделать необходимые изменения в схеме. И обязательно показать измененную схему преподавателю или лаборанту, получить разрешение на подключение схемы к источнику.

Вконце занятия студент обязан предъявить преподавателю результаты своей работы. Работа считается выполненной, если результаты утверждены и подписаны преподавателем. После этого необходимо выключить установку, привести в порядок рабочее место и получить методические указания к следующей работе.

Полученные результаты оформляются в соответствии с методическими указаниями. В отчете по каждой работе должны быть краткая теория (1–2 страницы), электрическая схема работы, название упражнений, таблицы измерений, графики с правильным обозначением осей. Если необходимо сделать расчеты, то прежде всего приводится формула с объяснением всех входящих в нее величин. Затем записываются значения постоянных величин, если они имеются в формуле, и найденные в эксперименте. Все численные значения (в одной системе единиц) подставляются в формулу, и выводится размерность искомой величины. При вычислении физических постоянных результат сравнивается с литературными данными. В конце работы (если это возможно) делаются выводы.

2.ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

ИВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Основные электроизмерительные приборы

Электроизмерительным прибором называется устройство, предназначенное для измерения электрических величин – тока, напряжения и т. п. Все электроизмерительные приборы подразделяются на приборы непосредственной оценки и приборы сравнения. В приборах первого типа измеряемая величина отсчитывается по показаниям предварительно отградуированных приборов. В приборах второго типа в процессе измерения имеет место прямое сравнение с мерой (компенсаторы, мосты).

5

В основе действия электроизмерительного прибора лежит превращение электрической энергии в другие виды энергии, например, механическую, тепловую и т. д.

Каждый электроизмерительный прибор непосредственной оценки состоит из двух основных частей: электрической схемы и измерительного механизма. Электрическая схема преобразует измеряемую величину, например, мощность, энергию, частоту и т. д., в другую электрическую величину, воздействующую на измерительный механизм. В измерительном механизме возникают силы, перемещающие его подвижную часть. Угловое или линейное перемещение подвижной части и является мерой измеряемой величины.

Все электроизмерительные приборы классифицируются по следующим основным признакам:

1)по роду измеряемой величины: амперметры (А), вольтметры (В),

омметры (Ω), ваттметры (W) и др.;

2)по роду тока: приборы для цепей постоянного тока (–), приборы, применяемые в цепях переменного тока (~), приборы постоянного и переменного тока (–,~);

3)по принципу действия измерительной системы: магнитоэлектриче-

ские, электромагнитные, электродинамические, электростатические, тепловые и др.;

4)по классу точности. Всего существует 8 классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0;

5)по характеру применения;

6)по способу монтажа.

На шкалу прибора наносится целый ряд символов, указывающий:

1)принцип действия прибора (табл. 1);

2)род тока – постоянный (–), переменный (~);

3)рабочее положение прибора - вертикальное (−, ), горизонтальное (→, );

пробивное напряжение изоляции прибора ( 2 кВ); 4) класс точности (0,1) и др.

Чувствительность и цена деления прибора

Чувствительностью «S» электроизмерительного прибора называется отношение линейного или углового перемещения указателя α к измеряемой величине х, вызывающей это перемещение: –S = α/ х.

Чувствительность измеряется, например, в дел/В или мм/А.

Цена деления «С» – величина, обратная чувствительности прибора: С = х / α. Цена деления зависит от верхнего предела измерения прибора (хmax) и от числа делений на шкале (N): С = хmax / N. Цена деления прибора измеряется соответственно в В/дел или А/мм и т. д.

В случае многопредельного прибора цена деления зависит от того, какими клеммами он подключен в данный момент.

6

Класс точности. Погрешность приборов

Важной характеристикой каждого измерительного прибора является его погрешность. Разность между показанием прибора хn и действительным значением измеряемой величины х называется абсолютной погрешно-

стью: х = хn–х.

В качестве действительного значения измеряемой величины принимается величина, измеренная образцовым прибором.

Относительная погрешность представляет собой отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины: Е = х/ х.

Однако эта погрешность зависит от каждого значения измеряемых величин. Например, при измерении напряжений в 1 В, 10 В или 300 В одним и тем же прибором относительная погрешность будет разная. Поэтому она не может служить для оценки точности такого прибора.

Для этого вводится так называемая приведенная погрешность. Приведенная относительная погрешность определяется как отношение абсолютной погрешности х к предельному (максимальному) значению прибора хmax, которое может быть измерено по шкале прибора и выражается в про-

Приведенная относительная погрешность и лежит в основе деления приборов на классы точности, о которых шла речь выше.

Величина абсолютной погрешности на данном пределе ( х = Еn ∙ хmax/100 %) есть величина постоянная, и поэтому точность измерений повышается с приближением измеряемой величины (хизм) к предельному значению, а относительная погрешность измерения х/хизм. уменьшается. Поэтому рекомендуется подбирать предел измерений так, чтобы измеряемая величина составляла 60–100 % от предельного значения.

В зависимости от того, какое физическое явление положено в основу действия прибора, электрические измерительные приборы разделяются на следующие системы: приборы магнитоэлектрической системы, электромагнитной, электродинамической и т. д.

Амперметры и вольтметры

Амперметры – приборы, служащие для измерения силы тока. При измерениях амперметр включают в цепь последовательно, т. е. так, чтобы весь измеряемый ток проходил через амперметр (рис. 1). Поэтому амперметры должны иметь малое сопротивление, чтобы включение их не изменяло заметно величины тока в цепи. Вольтметры – приборы, служащие для измерения напряжения. При измерении вольтметр включают параллельно тому участку цепи, на концах которого хотят измерить разность потенциалов. Для того чтобы включение вольтметра не изменяло заметно режима цепи, сопротивление вольтметра должно быть очень велико по сравнению

7

Рис. 1

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Шунты. Шунты представляют собой сопротивление, включаемое последовательно с нагрузкой и параллельно измерительному механизму амперметра (рис. 2). Пусть сопротивление самого прибора RA; сопротивление шунта RШ; ток через прибор – IА; через шунт – IШ.

Реостаты, потенциометры и магазины сопротивлений

Реостаты. В электроизмерительной практике часто применяются реостаты. Наибольшее распространение получили реостаты со скользящим контактом. Они состоят из фарфорового или шиферного цилиндра, на ко-

8

10