МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Методические указания

к выполнению лабораторной работы № 47

«ГРАДУИРОВАНИЕ АМПЕРМЕТРА И ВОЛЬТМЕТРА»

Мариуполь, 2010

УДК 537.3

Методические указания к выполнению лабораторной работы № 47 «Градуирование амперметра и вольтметра»/Сост. Цветкова Е.В.- Мариуполь: ПГТУ, 2010 – 7с.

Содержит основные теоретические положения по электрическим измерениям, градуированию приборов и принципам изменения цены деления шкалы. А также электрические схемы градуировки амперметра и вольтметра.

Составитель доц. Цветкова Е.В.

Ответственный за выпуск проф. Коляда Ю.Е.

Утверждено на заседании кафедры физики

Протокол №5 от 25 ноября 2010 г.

Цель: изучить основные принципы работы электроизмерительных приборов, научиться строить градуировочный график и по нему определять цену деления.

Указания по подготовке к работе: Проработайте данное руководство, изучите теорию по предлагаемой литературе, ответьте на контрольные вопросы.

Запаситесь миллиметровой бумагой, так как в ходе работы Вы должны построить градуировочный график !

Основные теоретические положения.

Измерить какую-либо физическую величину – означает узнать, сколько раз заключается в ней однородная величина, принятая за единицу измерений. Непосредственно измерять данную величину (прямое измерение) приходится очень редко. В большинстве случаев производят не прямые измерения данной физической величины, а косвенные – через величины, связанные с измеряемой величиной определенной функциональной зависимостью.

Измерения физических величин (силы тока, напряжения) в электрическом практикуме производят с помощью приборов, выдающих количественную информацию об измеряемых величинах в доступной для восприятия форме. Электроизмерительные приборы состоят из подвижной и неподвижной частей. При измерениях вращающий момент подвижной части уравновешивается противодействующим моментом пружины или какого-либо другого устройства. При таком равновесии указатель прибора фиксирует определенный угол поворота.

Устанавливая однозначную зависимость между углом поворота указателя прибора и численным значением измеряемой величины, можно построить шкалу, по которой и производится отсчет измеряемой величины. Трение в опорах деталей и другие причины влияют на показания прибора, т.е. вносят погрешность. Однако поправки к показанию прибора могут быть заранее определены путем соответствующей проверки данного прибора (гос. поверка в лабораториях КИПиА).

Электроизмерительные приборы характеризуются параметром, называемым чувствительностью прибора,- это величина, численно равная отношению приращения угла поворота подвижной части прибора к приращению измеряемой величины. Чем больше приращение угла отклонения при одном и том же приращении измеряемой величины, тем выше его чувствительность и тем меньшие величины можно измерять прибором. Если, например, приращение угла dφ вызвано приращением физической величины dx, то чувствительность . Величина - называется ценой деления прибора и определяет значение электрической величины, вызывающей отклонение указателя на одно деление шкалы (проще: количество измеряемой величины в одном делении шкалы прибора).

Однако такое определение физической величины возможно только в случае равномерной (линейной) шкалы, когда цена деления постоянна по всей шкале (например, прибора магнитоэлектрической системы). Существуют, однако, и неравномерные шкалы (приборы электромагнитной системы, термопары, шкалы спектрометров). Поэтому во многих случаях удобно пользоваться градуировочными кривыми, которые получают в процессе градуировки прибора или измерительного устройства.

Проградуировать измерительный прибор – это значит установить соотношение между числом делений его шкалы и значением величины, отсчитываемой по этой шкале. Результаты градуировки удобно представить в виде градуировочных кривых, графически связывающих отсчет по шкале прибора со значением измеряемой величины. Градуировочная кривая позволяет определить цену деления шкалы прибора.

Ц ена деления прибора зависит от внутреннего сопротивления измерительного устройства. Для расширения пределов измерения амперметра используют вспомогательные устройства - шунты. Они представляют собой определенные сопротивления, включаемые параллельно сопротивлению обмотки амперметра (рис.1).

Величина сопротивления шунта R_ш находится в определенном отношении к сопротивлению обмотки амперметра R_А . Нетрудно показать, что сила тока I в цепи (в магистрали)

.

Здесь К – коэффициент шунтирования, представляющий безразмерное число, на которое нужно умножить показания прибора (силу тока I_A в амперметре), чтобы измерить значение тока в цепи. Фактически в К раз увеличивается цена деления амперметра по отношению к показаниям не шунтированного прибора. Так как , то если необходимо увеличить цену деления, например в 100 раз, сопротивление шунта следует взять меньше, чем сопротивление амперметра, в 99 раз.

При изготовлении амперметров с верхним пределом измерения примерно до100А шунт часто монтируется внутри прибора и является неотъемлемой конструктивной частью прибора. Градуировка прибора в этом случае производится вместе с шунтом. Многие переносные приборы снабжаются также многопредельными внутренними шунтами, переключая которые можно изменять пределы измерений прибора. В этом случае номинальное значение тока I_max, которое можно измерить с использованием данного шунта, указывается на клемме подключения, а цена деления шкалы определяется как , где N – полное число делений шкалы прибора.

Для расширения пределов измерения вольтметров в сторону увеличения измеряемого напряжения используют добавочные сопротивления. Они представляют собой строго определенные сопротивления, включенные последовательно с вольтметром (рис.2).

Д опустим, что цену деления шкалы вольтметра нужно увеличить в К раз. Очевидно . Здесь , где U_V и U_D – падения напряжения на вольтметре и добавочном сопротивлении, соответственно. Можно показать, что , т.е. для увеличения пределов измерений в 100 раз, необходимо взять добавочное сопротивление R_D больше, чем сопротивление вольтметра R_V, в 99 раз.

У вольтметра с верхним пределом измерения до 300В добавочное сопротивление монтируется обычно внутри корпуса прибора. В переносных приборах добавочные сопротивления секционируются и тем достигается несколько пределов измерения в одном приборе. Переход от одного предела измерений к другому осуществляется посредством штепсельного или рычажного переключателя. В этом случае цена деления прибора определяется расчетом , где U_max – номинальное значение, указанное на переключателе пределов измерения, N – полное число делений шкалы прибора.

Следует отметить, что у некоторых измерительных приборов на переключателях указывают коэффициент К, а не номинальное (максимально возможное) значение измеряемой величины. В этом случае перед ним стоит знак умножения (например, х10 означает, что при таком подключении указанная на шкале прибора цена деления увеличивается в 10 раз).

Как итог, можно прийти к выводу, что один и тот же прибор можно использовать и как амперметр, и как вольтметр, подключая к измерительной его части различным образом шунтовые или дополнительные сопротивления.

Упражнение 1. Градуирование амперметра.

Амперметр – прибор для определения силы тока в цепи подключается в цепь последовательно, пропуская через себя измеряемый электрический ток. Поэтому одним из способов градуировки будет вариант подключения исследуемого амперметра (с неизвестной шкалой) последовательно с другим, ранее градуированным амперметром (эталонным) и сопоставлением показаний обоих приборов.

Другой способ, используемый в данной работе, основан на том, что через градуируемый амперметр пропускают ток, сила которого известна (например, её можно рассчитать по известной зависимости). Иначе: амперметр подключается в цепь с известным сопротивлением R, питаемую источником тока с известной электродвижущей силой , тогда сила тока в цепи может быть вычислена по закону Ома (1) , где R_A - сопротивление амперметра.