Лабораторная работа 1

ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ УЧАСТКОВ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА МЕТОДОМ АМПЕРМЕТРА И ВОЛЬТМЕТРА

Цель работы

Ознакомиться с внешним видом, техническими данными и правилами пользования стрелочными и цифровыми амперметрами и вольтметрами, методикой измерения с их помощью сопротивлений участков цепи постоянного тока, научиться соблюдать правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок.

Теоретическое введение

Измерение сопротивления участка цепи постоянного тока может быть осуществлено на основе Закона Ома, в соответствии с которым напряжение между концами этого участка U равно произведению тока I на сопротивление этого участка R (рис 1.1)

U = RI

Рис. 1.1

Измерив с помощью вольтметра напряжение U и с помощью амперметра ток I, и разделив первое на второе, получим значение сопротивления R = U/I.

Схемы возможных вариантов включения измерительных приборов приведены на рис 1.2 и рис 1.3

Схема рис. 1.2 применяется для измерения малых сопротивлений. Здесь показание амперметра РA хотя и несколько больше фактического тока на участке R, так как складывается согласно Первому Закону Кирхгофа из токов I_V и I_R (I_А = I_V + I_R). Однако это искажение ничтожно мало, так как сопротивление вольтметра можно считать бесконечно большим по сравнению с малым сопротивлением R, а ток I_V практически равным нулю. Следовательно I_А≈I_R.

Схема рис 1.3 применяется для измерения больших сопротивлений. Здесь к большому сопротивлению R добавляется ничтожно малое сопротивление амперметра, что, безусловно, снижает показание амперметра, но это снижение ничтожно мало.

Результаты измерений токов и напряжений отличаются от действительных их значений. Краткие сведения о погрешностях измерении даны в приложении 1.

Рис. 1.2

Рис. 1.3

Оборудование для проведения работы и объекты исследования

Работа проводится на универсальном лабораторном стенде типа ЭВ-4. Используются панель № 6, на которой расположены стрелочные амперметры и вольтметр, а также резисторы с указанием значений их сопротивлений и мощностей и панель № 8, на которой установлены два цифровых вольтметра (см. приложения 2, 3).

Для образования электрических цепей используются, также, источник питания постоянного напряжения 0…220 В, установленный на панели источников питания и специальные соединительные провода, входящие в комплект стенда ЭВ-4.

Объектами исследования являются резисторы, стрелочный амперметр (малое сопротивление) и стрелочный вольтметр (большое сопротивление), расположенные на панели № 6.

Порядок выполнения работы и указания по технике безопасности

1. По схеме рис. 1.4 рассчитать U₁, U₂, I₁, I₂, I₃, при RР₃ равном 0 и 150 Ом. Результаты внести в табл. 1.1.

Таблица 1.1

RP3 , Ом	I1,А	I2,А	I3,А	U1, В	U2, В
0
150

2. Произвести внешний осмотр измерительных приборов, установленных на панели №6 лабораторного стенда ЭВ-4 и записать в табл. 1.2 их технические данные.

Таблица 1.2

Обозначение прибора схемы рис. 1.4	PA1	PA2	PA3	PV
Тип
Система
Род тока
Пределы измерения
Класс точности
Цена деления шкалы

3. Собрать электрическую цепь (рис. 1.4)

Рис. 1.4

а) Соединения производить с помощью соединительных проводов, вхо­дящих в комплект стенда.

6) Сопротивление R₁ = 50 Ом получить путем параллельного включения двух резисторов по 100 Ом.

в) Ручку переменного резистора RP₃ установить в крайнее левое поло­жение так, чтобы RP₃ = 150 Ом.

г) Перед подключением цепи к источнику регулируемого постоянного напряжения (0-220 В), установить рукоятку регулятора напряжения в крайнее левое положение, т. е. на U=0.

4. Произвести измерения токов и напряжений на участках электрической цепи (рис. 1.4).

Измерение 1

В присутствии преподавателя включить регулируемый источник питания постоянного напряжения путем нажатия кнопки «сеть», затем кнопки «постоянное напряжение». Поворачивая плавно рукоятку регулятора увеличивать напряжение на выходе источника питания от 0 до 50 В, контролируя его по вольтметру, установленному на панели источников питания. Одновременно контролируя ток по РА₁. Записать показания амперметров РА₁, РА₂ и РА₃ в табл. 1.3 при U=50 В. Измерить напряжения на участках цепи U₁ и U₂ и записать в табл. 1.3.

Измерение 2

Уменьшить сопротивление резистора RP₃ до нуля. Записать показания всех приборов в табл. 1.3.

Измерения 3-5

Измерить сопротивление резистора RP₃ методом амперметра и вольтметра при промежуточном положении регулятора и трех значениях напряжения на входе цепи 50, 40 и 30 В. Результаты измерений записать в табл. 1.3.

Снизить напряжение источника питания до 0 и отключить его.

5. Измерить сопротивление стрелочного вольтметра PV:

а) Собрать электрическую цепь (рис. 1.5).

Рисунок 1.5

б) В присутствии преподавателя включить регулируемый источник питания и установить на входе по вольтметру источника такое напряжение, при котором ток цифрового амперметра PA₃ не превышает 0,2 мА.

в) Снижая напряжение, провести измерения 1-3 и результаты измерений записать в табл. 1.4.

г) Отключить цепь.

6. Измерить сопротивление стрелочного амперметра PA₃:

а) Собрать электрическую цепь рис. 1.6. Цифровой вольтметр PV₂ подготовить для измерения постоянного напряжения на пределе 0 – 0,2 В. Цифровой вольтметр РА₁ подготовить для измерения постоянного тока на пределе 0 – 2 А.

б) В присутствии преподавателя включить напряжение питания электрической цепи и произвести измерения сопротивления стрелочного амперметра при трех значениях тока в цепи РА₁ – приблизительно равных 0,6; 0,8 и 1 А. Результаты измерений записать в табл. 1.5.

в) Отключить цепь.

Таблица 1.3

№ измерения	Измерения						Вычисления
	U, В	I1, А	I2, А	I3, А	U1, В	U2, В	R1, Ом	R2, Ом	R3, Ом	RΣ, Ом
1	50
2	50
3	50
4	40
5	30

Таблица 1.4

№ измерения	Измерения			Вычисления
	U2, В	I1, А	I3, мА	I2, А	RV, Ом
1
2
3

Рис. 1.6.

Таблица 1.5

№ измерения	Измерения			Вычисления
	I1, А	U2, В	I3, мА	I2, А	RA, Ом
1
2
3

Обработка результатов

Обработка результатов измерений проводится частично в ходе исследования и окончательно после проведения всех вычислений и заполнения правой части таблиц 1.3 - 1.5.

1. По данным табл. 1.4 и 1.5 рассчитать точные значения сопротивлений вольтметра R_V и амперметра R_A по формулам:

где: R_A3 и R_V2 – сопротивления цифровых амперметра и вольтметра;

R_A3 = 0,001 Ом;

R_V2 = 10 МОм.

2. По данным табл. 1.3 - 1.5 рассчитать абсолютные и относительные погрешности измерения сопротивлений (см. приложение 1).