- •1. Краткая теория
- •2. Методика выполнения работы
- •3. Выполнение упражнений и обработка результатов измерений
- •4. Контрольные вопросы
- •Изучение принципа работы электронно-лучевого осциллографа
- •1. Краткая теория Назначение и принцип работы электронно-лучевого осциллографа
- •Измерения в режиме непрерывной развертки
- •Измерение частот и фаз методом фигур Лиссажу
- •Т аблица 2.1
- •2. Методика выполнения работы
- •3. Выполнение упражнений и обработка результатов измерений
- •4. Контрольные вопросы
- •Определение удельного заряда электрона с помошью электровакуумного диода
- •1. Краткая теория Общие сведения об электровакуумных приборах
- •Физические процессы в вакуумном диоде
- •Вывод приближенной формулы для определения удельного
- •2. Методика выполнения работы
- •3. Выполнение упражнений и обработка результатов измерений
- •4. Контрольные вопросы
Лабораторная работа № 1
ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Цель работы: знакомство с электроизмерительными приборами. Градуировка шкалы вольтметра и шкалы амперметра.
Приборы и материалы: вольтметр, сменная плата, набор сопротивлений, универсальный лабораторный стенд, соединительные провода.
1. Краткая теория
Технические средства, используемые при электрических измерениях, подразделяются на:
меры;
измерительные преобразователи;
измерительные установки;
измерительные информационные системы;
электроизмерительные приборы.
Мера – средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера с определенной точностью.
Измерительные преобразователи – средства выработки сигналов измерительной информации в форме удобной для передачи, дальнейшего преобразования и обработки (шунты, добавочные резисторы – приборы, не меняющие электрического характера сигнала и позволяющие расширить пределы измерений).
Электроизмерительные приборы – средства электрических измерений, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем.
Измерительные приборы делятся на аналоговые и цифровые (см. введение). В аналоговых приборах показания изменяются плавно, а в цифровых – дискретно (ступенями) при плавном изменении измеряемой величины.
Электроизмерительные приборы характеризуются чувствительностью.
Чувствительность прибора – это способность реагировать на изменение входного сигнала. Чувствительность представляет собой отношение сигнала на выходе к сигналу на входе прибора:
.
Размерность чувствительности прибора зависит от характера измеряемой величины. Например, для амперметра это дел/А, для вольтметра – дел/В.
Цена деления – это величина, обратная чувствительности (для амперметра – А/дел, для вольтметра – В/дел):
.
Так же электроизмерительные приборы характеризуются током полного отклонения ( ), при котором стрелка максимально отклонена, и напряжением полного отклонения ( ), которое соответствует току полного отклонения. Таким образом, напряжение полного отклонения равно: , где – сопротивление прибора.
Определить абсолютно точно значение измеряемой величины невозможно, что объясняется отсутствием абсолютно точных приборов и влиянием различных внешних факторов. Отклонение измеряемого результата от истинного значения измеряемой величины называется погрешностью измерения.
Абсолютная погрешность:
,
где – результат измерения; – истинное значение измеряемой величины.
Относительная погрешность:
(в долях) или (в процентах).
Так как истинное значение величины неизвестно, то за него принимают значение, найденное экспериментальным путем и настолько приближенное к истинному, что может быть использовано вместо него. Поэтому на практике значение погрешности можно оценить только приближенно.
Включение электроизмерительных приборов в цепь вносит в измерения дополнительные погрешности. Рассмотрим, как рассчитывают дополнительные погрешности, вносимые амперметрами и вольтметрами.
Амперметр – это прибор, служащий для измерения силы тока. Для измерения силы тока данный электроизмерительный прибор, параметры которого , , включается в разрыв исследуемой цепи, то есть последовательно с тем элементом, ток через который нужно определить (рис. 1.1).
Т ок в цепи зависит от напряжения источника и сопротивления нагрузки . Включение прибора вызывает некоторое уменьшение силы тока в цепи, т.к. общее сопротивление в цепи возрастает до .
.
Так как (без прибора), а (с прибором), то дополнительная относительная погрешность равна:
, (1.1)
где и – дополнительные относительная и абсолютная погрешности измеряемого тока, вызванные включением амперметра в исследуемую цепь.
Изменением силы тока можно пренебречь, если .
Расширить пределы измерения силы тока можно, если применить шунт (который по сути является резистором), подключенный параллельно электроизмерительному прибору (рис. 1.2).
Т ак как шунт имеет сравнительно малое сопротивление, то измеряемый ток разветвляется на две неравные части: большая часть проходит через шунт, меньшая – через прибор. Таким образом, измеряемый ток достигает предельного значения при полном отклонении стрелки прибора:
, (1.2)
где – предельное значение измеряемого тока, – ток, проходящий через шунт, – ток полного отклонения через электроизмерительный прибор.
Падение напряжения на выводах шунта и измерительного прибора равны и составляют:
. (1.3)
Используя вышеуказанные формулы (1.2) и (1.3), найдем сопротивление шунта:
. (1.4)
И з формулы (1.4) следует, что чем больше выбранный предел измеряемого тока, тем меньше должно быть сопротивление шунта.
Вольтметр – прибор, служащий для измерения напряжения. Для этого вольтметр включают параллельно участку цепи, к которому приложено измеряемое напряжение (рис. 1.3).
Включение прибора вызывает некоторое уменьшение напряжения, поскольку уменьшается сопротивление участка из-за его шунтирования сопротивлением прибора.
Этим уменьшением напряжения можно пренебречь, если .
Погрешности, вызванные включением прибора, можно рассчитать по формулам:
, (1.5)
, (1.6)
где и – дополнительные относительная и абсолютная погрешности измеряемого напряжения, вызванные включением вольтметра в исследуемую цепь, – результат измерения прибором, включенным в цепь, – истинное значение измеряемой величины.
Для расширения пределов измерений напряжения последовательно измерительному прибору и параллельно исследуемому участку цепи включается добавочный резистор , имеющий сравнительно большое, точно подобранное, сопротивление (рис. 1.4).
Измеряемое напряжение делится на две неравные части: большая приходится на , меньшая – вызывает отклонение стрелки прибора. При полном отклонении стрелки напряжение достигает своего предельного значения:
, (1.7)
г де – предельное значение измеряемого напряжения, – напряжение на добавочном сопротивлении, – напряжение на электроизмерительном приборе, соответствующее полному отклонению стрелки прибора.
Т.к. через и прибор проходит общий ток , то , а . Отсюда:
. (1.8)
Т.к. , то:
. (1.9)
В лабораторной работе по изучению электроизмерительных приборов используется универсальный лабораторный стенд (УЛС).
На специальной универсальной плате расположены: электроизмерительный прибор (микроамперметр), подстроечный переменный резистор , эталонный постоянный резистор , потенциометр для регулировки напряжения исследуемой цепи от 0 до 15В, постоянный резистор для ограничения тока в цепи, клеммы и для подключения добавочного сопротивления или шунта.
Измерение напряжения на участке цепи производится вольтметром.