fisika_samrab

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Уральский государственный лесотехнический университет

Кафедра физики

С.В. Коновалов Ю.Л. Чепелев Н.А. Скорикова

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

КЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО ФИЗИКЕ

СЭЛЕМЕНТАМИ КОМПЬЮТЕРНОГО МО-

ДЕЛИРОВАНИЯ

Раздел «ЭЛЕКТРИЧЕСТВО»

(для студентов всех факультетов по всем направлениям)

Екатеринбург

2008

3

Методические указания составлены в соответствии с программой по физике для студентов инженерных специальностей высших учебных заведений.

Печатается по рекомендации секции физико-математических дисциплин Методического совета УГЛТУ.

Протокол N 1 от 28.09.2006 г.

Редактор РИО Е.Л. Михайлова

__________________________________________________________

__________________________________________________________

Редакционно-издательский отдел УГЛТУ Отдел оперативной полиграфии УГЛТУ

4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №36

«ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ В ЦЕПЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА»

СТРЕЛОЧНЫЕ И ЦИФРОВЫЕ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Мультиметры

В настоящее время огромное количество стрелочных АМПЕР-, ВОЛЬТ-, ОМ-метров оказались вытеснены приборами с цифровой индикацией. Однако стрелочные приборы по-прежнему широко распространены и при некоторых условиях обладают даже лучшими характеристиками: точностью, помехоустойчивостью и надежностью в сравнении с их цифровыми аналогами.

Мультиметрами называют приборы (любого типа индикации), предназначенные для измерений различного рода характеристик, например: напряжения (U), силы тока (I), электросопротивления (R) и т.д. Стрелочные мультиметры, как правило, имеют несколько шкал для снятия показаний и несколько групп гнезд для подключения.

Для повышения точности измерений используют приборы, электрическую схему которых можно переключать для определения требуемой величины в различных интервалах ее значений. Такие приборы называются многопредельными. Для амперметров изменение пределов достигается включением различных шунтирующих сопротивлений, а для вольтметров - делительных сопротивлений на входе прибора. Многопредельные приборы используются в тех случаях, когда требуется с высокой точностью измерять электрические величины, изменяющиеся в довольно широких пределах. Они могут иметь группу гнезд для подключения, каждое из которых имеет обозначение соответствующего ему предела измеряемой величины. Следует помнить, что наибольшая точность измерений достигается в случаях, когда показания прибора близки к предельному значению для данного диапазона, и стремиться выбирать более чувствительный предел измерений.

ВНИМАНИЕ!

Начинать подбор пределов измерений необходимо с самого грубого из них, чтобы перегрузкой не вывести прибор из строя.

1. Цена деления

Ценой деления стрелочного прибора называется изменение значения измеряемой величины, вызывающее отклонение стрелки на одно деление его шкалы.

Цена деления зависит от выбора верхнего предела измерения и от числа делений шкалы. В большинстве случаев цена деления - это отношение значения включенного верхнего предела измерения прибора к общему

5

числу делений шкалы, по которой производится отсчет показаний. Например, на рис.1 показана шкала прибора для измерения постоянного тока.

Рис.1 Цена деления такого прибора при включенном пределе измерения от 0

до 250 А равна: C 25050 5 (А/дел).

Величина S C1 , обратная цена деления, называется чувствительно-

стью прибора. В приведенном примере она равна 0,2 дел/А.

2. Погрешности приборов

Разность между показанием прибора и действительным значением

измеряемой величины 0 называется абсолютной погрешностью :

= 0 (1)

Точность измерения характеризуется относительной погрешностью :

Для характеристики точности большинства электроизмерительных приборов пользуются приведенной погрешностью п. Приведенной погрешностью называется отношение абсолютной погрешности к предельному значению измеряемой величины п, т.е. к наибольшему ее значению по шкале прибора при выбранном пределе измерений:

По степени точности измерений электроизмерительные приборы делятся на 7 классов: 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Показатель класса равен приведенной погрешности измерения, выраженной в процентах. Например, класс точности 2,5 означает, что п=(2,5%)/(100%)=0,025. Абсолютная погрешность определяется следующим образом:

Например, миллиамперметр класса 1,5 со шкалой 300 мА дает в любом месте шкалы абсолютную погрешность

300 0,015 4,5 (мА)

Относительная погрешность в соответствии с формулами (2) и (4)

6

лицевой панели прибора имеется два вертикально расположенных ряда гнезд для подключения с обозначениями соответствующих им пределов измерений. Левый ряд гнезд используется при измерении величины напряжения, а правый - величины тока.

Следует помнить, что в случае ошибочного подключения (например, попытки измерить напряжение через "токовые" гнезда правого ряда) прибор может выйти из строя!

Нижние два гнезда левого ряда " " и "+" являются общими клеммами при измерениях на любых пределах соответственно постоянного и переменного сигналов (причем гнездо " " служит "отрицательной клеммой" при измерении постоянного тока или напряжения).

Включение прибора в цепь производится следующим образом. Один соединительный провод подключается к гнезду, соответствующему постоянному току (знак " " на панели прибора) или переменному току (знак "+") в зависимости желания измерить постоянную или переменную составляющую электрического тока (или напряжения) в цепи. Отметим, что в большинстве лабораторных работ измеряется постоянный ток (напряжение). Другой соединительный провод подключается к гнезду выбранного предела измерения.

Через свободные концы проводов прибор подсоединяется в цепь в соответствии со схемой данной лабораторной работы. Если стрелка на шкале отклоняется влево, то следует сменить полярность включения прибора.

При измерении напряжения переменного тока на пределах 2,5 Вольт (В) и 10 В отсчет производится по шкале с обозначениями "2,5 V" и "10 V" соответственно, а при измерениях тока и напряжения на других пределах (безразлично постоянного или переменного) - по шкале "V, R".

Для выбора шкалы и подходящего предела при измерении тока и напряжения желательно знать максимальные значения измеряемых величин. С этой целью используется предварительный расчет (см. нижеследующие примеры). Необходимо также учитывать характер измеряемого сигнала (постоянный или переменный).

Пример 1

Постоянное сопротивление R1 = 50 кОм и реостат со скользящим контактом R2max = 30 кОм соединены последовательно и включены в цепь постоянного тока напряжением U = 20 B (электрическая схема рис.2).

A

R1

Рис.2

8

Определить максимальные значения силы тока Imax и напряжения на реостате U2max.

По максимальному значению тока (I = 0,4 мА) следует выбрать предел измерения тока (I = 0,5 мА), гнездо которого указано на панели прибора в международных обозначениях.

Для включения прибора в цепь один провод подсоединяется к гнезду, обозначенному знаком " ", и второй к гнезду "0,5 mA" (четвертое гнездо сверху в правом столбце). Отсчет производится по шкале "V, A" (вторая шкала сверху). Эта шкала содержит 25 делений, поэтому цена деления амперметра равна отношению 0,5 мА / 25 дел.= 0,02 мА/дел. По максимальному значению напряжения (U2max = 7,5 B) следует выбрать предел измерения напряжения "10V" и подключить один провод к гнезду со знаком " ", а второй к гнезду "10 V" (пятое гнездо сверху в левом ряду). Отсчет производится по шкале "V,A". Цена деления вольтметра равна отношению 10 В/25 дел.= 0,4 В/дел.

Пример 2

Постоянные сопротивления R = 100 кОм и R = 150 кОм соединены последовательно и включены в цепь переменного тока напряжением U=10 В (схема на рис.3). Определить силу тока I и напряжение U на сопротивлении R.

A

R1

Рис.3

9