Измерения и обработка результатов. Упражнение 1. Обоснование метода расширения пределов измерения электроизмерительных приборов с помощью шунтов и дополнительных сопротивлений

Упражнение 1. Обоснование метода расширения пределов измерения электроизмерительных приборов с помощью шунтов и дополнительных сопротивлений.

На рис. 1 приведена схема цепи, в которой измерение силы тока производится амперметром с шунтом. Пусть где n – произвольное число, большее единицы. Покажите, что в таком случае I = n·I _A.

Рис. 1 Рис. 2

 

На рис. 2 приведена схема цепи, в которой измерение напряжения U на резисторе производится вольтметром с дополнительным сопротивлением. Пусть отсчет по прибору равен U_o, и Докажите, что U = n·U ₀

Упражнение 2. Расчет шунта к миллиамперметру и проверка правильности показаний прибора.

В данном упражнении используется миллиамперметр с пределом измерения 50 мА. На шкале прибора указано его внутреннее сопротивление.

Определите цену деления шкалы миллиамперметра. Рассчитайте сопротивление шунта R _ш, при котором цена деления и соответственно предел измерения миллиамперметра увеличатся в 2 – 4 раза (по заданию преподавателя).

В качестве шунта используйте магазин сопротивлений. Наберите на нем сопротивление, равное R _ш, и подключите к миллиамперметру. Примите во внимание, что Вы получили прибор для измерения силы тока, цена деления которого X увеличена в n раз. Вычислите цену деления прибора с шунтом (в мА/дел.).

Измерьте с помощью данного прибора силу тока в цепи, схема которой приведена на рис. 3. В качестве источника постоянного тока используйте выпрямитель, установив на нем режим регулируемого напряжения в пределах от 10 до 20 В. Нагрузочным сопротивлением в цепи является реостат на 1000 Ом. Второй миллиамперметр играет роль контрольного прибора.

Рис. 3

Включите выпрямитель и с помощью реостата установите по контрольному прибору силу тока I _к в цепи 100 – 150 мА. Запишите значение I _к и приборную погрешность . Затем снимите показания (I) прибора с шунтом (с учетом его новой цены деления!). Сравните результаты измерений.

Результаты вычислений и измерений занесите в табл. 1:

 

Таблица 1

X 0, мА/дел.	n	R o	R ш	Х, мА/дел.	I	I к±Δ I

 

Упражнение 3. Расчет дополнительного сопротивления к вольтметру.

В данном упражнении используется вольтметр М109/1 с пределом измерения 0, 3 В. Определите с помощью авометра его внутреннее сопротивление R _o и вычислите цену деления шкалы прибора X ₀. По формуле (2) рассчитайте величину дополнительного сопротивления, увеличивающего цену деления вольтметра в 5 – 10 раз (по заданию преподавателя). Наберите на магазине сопротивлений сопротивление, равное , и подключите магазин последовательно к прибору. Определите ожидаемую цену деления X построенного таким образом вольтметра в В/дел.

Для проверки достоверности результатов измерений с помощью данного вольтметра соберите цепь по схеме, приведенной на рис. 4. Здесь вольтметр V2 (типа М45) играет роль контрольного прибора. Выпрямитель установите в режим регулируемого напряжения в пределах от 0 до 10 В.

 

Рис. 4

 

Перемещая ползунок реостата, найдите такое его положение, при котором отклонение стрелки исследуемого вольтметра будет составлять более половины его шкалы. Запишите показания U _к контрольного вольтметра с учетом приборной погрешности Затем снимите показания исследуемого прибора (принимая во внимание его новую цену деления!). Сравните результаты измерений.

 

Таблица 1

X 0, В/дел.	n	R o	Rд	X, В/дел.	U	U к±Δ U

 

 

Контрольные вопросы

1. Дайте определение силы тока.

2. Какой ток принят за 1 ампер? (Иначе, как определяется в системе СИ единица силы тока 1 А?).

3. Сформулируйте и запишите закон Ома для однородного участка цепи, неоднородного участка цепи и для замкнутой цепи.

4. Что такое класс точности электроизмерительного прибора?

5. Выведите формулу эквивалентного сопротивления последовательно и параллельно соединенных резисторов.

6. Каков принцип действия электроизмерительных приборов, используемых в данной лабораторной работе?

7. Каковы требования к внутреннему сопротивлению амперметра и вольтметра?

8. Как изменится напряжение на резисторе R (см. рис. 1) при подключении к нему вольтметра с учетом того, что сопротивление реального прибора не является бесконечно большим? Ответ обосновать, приняв во внимание, что любой источник тока обладает внутренним сопротивлением.