Лабораторна робота № 1 визначення невідомої величини опору за допомогою електровимірювальних приладів та містка уітстона

ПРИЛАДИ: реохорд; магазин опору; гальванометр; реостат; двополюсний перекидний вимикач; джерело живлення; вимірювальні опори; амперметр; вольтметр.

Вимірювання опору за допомогою амперметра та вольтметра.

На практиці, при відсутності омметра, невідому величину опору можна виміряти за допомогою одної із схем, приведених на рис. 1.1.

а) б)

Рис. 1.1 Схема для вимірювання опору за допомогою амперметра та вольтметра:

R - змінний опір (реостат);

R_a - опір амперметра;

R_V - опір вольтметра;

R_x - вимірюваний опір.

Нехай U_i та I_i - покази вольтметра та амперметра. Розраховані за цими показами величини вимірюваного опору для схеми (а) та для схеми (б) будуть відрізнятися один від одного та від шуканого через вплив внутрішнього опору приладів. Проте, за допомогою рис. 1.1, неважко знайти зв’язок між шуканим опором та отриманими значеннями та . У першому випадку вольтметр правильно вимірює падіння напруги на кінцях невідомого опору, а амперметр вимірює не величину струму який проходить через досліджуваний опір, а суму струмів, які проходять через невідомий опір та вольтметр. Тому

. (1.1)

У другому випадку амперметр вимірює силу струму, який проходить через досліджуваний опір, але вольтметр вимірює сумарне падіння напруги на цьому опорі та на амперметрі. В цьому випадку

. (1.2)

Формули (1.1) та (1.2) зручно використовувати в перетвореному вигляді. Для схеми (а)

(1.3)

Для схеми (б)

R_X = R_x2 (1 - R_a / R_x2) . (1.4)

Члени, що знаходяться у дужках у формулах (1.3) та (1.4), визначають поправки, які слід внести у вимірювання. Відносна похибка  визначення опору, при використанні вказаних вище електричних схем, може бути визначена за формулою:

(1.5)

де DI та DU - максимальні похибки амперметра та вольтметра відповідно.

Характеристики електровимірювальних приладів.

Границею вимірювання приладів вважають те значення вимірювальної величини, при якому стрілка приладу відхиляється до кінця шкали. На практиці широко використовуються прилади, які мають багато шкал тобто прилади, що мають декілька границь вимірів.

Ціна поділки приладу дорівнює значенню вимірюваної величини, яке викликає відхилення стрілки на одну поділку шкали приладу. Нехай, наприклад, вольтметр має дві границі вимірювання: 10 та 30 В. Шкала має 100 поділок. Ціна поділки для границі 10 В дорівнює 0,1 В/поділ., для границі 30 В вона дорівнює 0,3 В/поділ.

Чутливістю електровимірювального приладу називають відношення лінійного або кутового переміщення стрілки приладу (у поділках шкали) до вимірюваної величини, що викликало це переміщення:

_{d = D / y,} (1.6)

де _D- лінійне або кутове переміщення;

y - вимірювана величина.

Нехай, наприклад, коли струм дорівнює 3А стрілка амперметра відхилилася на 36 поділок. Чутливість даного приладу до струму дорівнює

_.

Електровимірювальні прилади характеризуються класом точності: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0 та ін. Якщо клас точності на приладі не вказаний, то він вважається рівним 4. Число, яке відповідає класу точності приладу, визначається у відсотках як відношення максимальної абсолютної похибки приладу до значення вимірюваної величини, яке відповідає переміщенню стрілки на всю шкалу приладу:

, (1.7)

де g - клас точності приладу, що позначений на шкалі приладу;

y_п - значення вимірюваної величини, відповідне переміщенню стрілки на всю шкалу приладу;

Dy_m - максимальна абсолютна похибка приладу.

Як видно, Dy_т легко визначається з формули (1.7) при наявності інформації стосовно класу точності приладу.

Слід відрізняти клас точності приладу від його відносної похибки, яка обчислюється за формулою:

× 100 % , (1.8)

де - поточне значення вимірюваної величини.

Пояснимо сказане на прикладі. Нехай струм силою 25 мА виміряний міліамперметром класу точності 0,5 зі шкалою на 100 мА. Це означає, що при вимірюванні будь-якого струму в межах 0 - 100 мА максимальна абсолютна похибка не перевищує величини

_.

Отже, відносна похибка даного вимірювання становитиме:

_.

З наведеного прикладу бачимо, що при вимірюванні на початку шкали приладу відносна похибка результату різко зростає. Тому, якщо необхідно провести вимірювання з високою точністю, слід підібрати такий прилад, щоб вимірювана фізична величина викликала відхилення стрілки більш ніж на половину шкали.

В останній час широке застосування знаходять цифрові електровимірювальні прилади. Ці прилади не мають рухомих частин. Їх дія заснована на використанні підсилювачів та цифрових індикаторів. Усе сказане вище за клас точності та ціну поділки повністю відноситься і до цих приладів.