Розширення меж вимірювання приладів
Через амперметр в цьому випадку проходить не весь вимірюваний струм, а тільки частина його, інша частина струму пройде через шунт.
Розрахуємо величину опору шунта. Припустимо, що вимірювальний механізм амперметра розрахований на максимальний струм (номінальний струм). а треба виміряти струм. де. Тоді за законом паралельного з'єднання через амперметр буде проходити струм. а через шунт повинен пройти струм:
До амперметрі і шунту докладено однакову напругу:
Звідси випливає, що величина опору шунта визначається за формулою:
Таким чином, для збільшення межі вимірювання амперметра в раз паралельно йому треба приєднати шунт, опір якого в раз менше власного опору амперметра. Так як амперметр з шунтом може виміряти силу струму в разів більшу номінального струму, то і ціна ділення шкали амперметра збільшується в раз.
Для того щоб розширити межі вимірювання напруги необхідно до вольтметру підключити опір, на якому буде надмірне напруження. Таке опір називається додатковим опором. Додаткове опір підключається послідовно до вольтметру, межі вимірювання якого треба розширити. Схема включення додаткового опору наведена на малюнку 4.
Розрахуємо величину додаткового опору. Нехай верхня межа вимірювання напруги вольтметром (номінальну напругу) дорівнює. а опір вимірювального механізму вольтметра одно. Припустимо, що за допомогою цього вольтметра потрібно виміряти напругу. Так як вольтметр і додатковий опір з'єднані послідовно, то вимірюється напруга буде дорівнює сумі напруг на самому вольтметрі і на додатковому опорі:
З формули (6) отримуємо:
Так як сила струму, що протікає через вольтметр, і сила струму, що протікає через додатковий опір, рівні. то отримуємо:
З формули (8) випливає, що для того щоб розширити межа вимірювання вольтметра в раз треба послідовно з ним підключити додатковий опір, яке в раз більше власного опору вольтметра. Ціна поділки вольтметра при цьому також збільшиться в раз.
Порядок виконання роботи
Експериментальна частина цієї роботи складається з виконання наступних завдань:
· Розширення меж вимірювання амперметра
· Розширення меж вимірювання вольтметра
Для виконання першого завдання необхідно:
1. Зібрати схему, яка зображена на малюнку 5.
Тут в якості джерела струму використовується випрямляч ВС - 24М, Aи - досліджуваний амперметр, в якості якого використовується шкільний гальванометр, Aк - контрольний амперметр, межі вимірювання якого відповідають значенням струму для вимірювання якого треба підібрати шунт до досліджуваного амперметрі, Rш - опір шунта, в якості якого використовується магазин опорів Р - 33, R - обмежує опір, в якості якого також використовується магазин опорів Р - 33, K - ключ, яким є тумблер на випрямить ледве.
2. Записати характеристики досліджуваного амперметра - номінальний струм і опір. Отримати у викладача значення струму, до якого треба розширити межа вимірювання амперметра і обчислити величину
3. Встановити регулятор виходу на випрямлячі на «0», а магазин опорів R на максимальне значення. Ключ До розімкнути. Опір шунта дорівнює нулю.
4. Після перевірки схеми викладачем або лаборантом випрямляч включити в мережу, замкнути ключ К і повільно збільшувати напругу. Уважно стежити за показаннями всіх приладів. Встановити напругу на виході випрямляча 4 В. Повільно зменшувати опір R до тих пір, поки стрілка досліджуваного амперметра (гальванометра) не відхилена на всю шкалу.
5. Записати значення струму за показаннями контрольного амперметра.
6. Встановити розрахункове значення шунта і зменшувати опір R до значень, при яких стрілка досліджуваного амперметра при включеному шунт знову відхилиться на всю шкалу.
7. Записати значення струму в цьому випадку по контрольному амперметрі.
8. Розрахувати відношення
9. Розрахувати абсолютну і відносну похибки для показань контрольного амперметра.
Для виконання другого завдання необхідно:
1. Зібрати схему, яка зображена на малюнку 6. Тут як джерело струму використовується випрямляч ВС - 24М, Vи - досліджуваний вольтметр, в якості якого використовується шкільний гальванометр, Vк - контрольний вольтметр, межі вимірювання якого відповідають значенням напруги для вимірювання якого треба підібрати додатковий опір до досліджуваного вольтметру, Rд - додатковий опір, в якості якого використовується магазин опорів Р - 33, R - обмежує опір, в якості якого так е використовується магазин опорів Р - 33, K - ключ, яким є тумблер на випрямлячі, Rн - навантаження, яке представляє собою опір, приблизно рівне 100 Ом.
2. Записати характеристики досліджуваного вольтметра - номінальна напруга і опір. Отримати у викладача значення напруги, до якого треба розширити межа вимірювання вольтметра і обчислити величину
3. Встановити регулятор напруги на випрямлячі на «0», ключ К розімкнути.
4. Після перевірки схеми викладачем або лаборантом включити випрямляч в мережу, замкнути ключ К, встановити обчислене за формулою (8) додатковий опір і збільшувати напругу до тих пір поки стрілка досліджуваного вольтметра не відхилена на всю шкалу.
5. Записати показання контрольного вольтметра і по цьому значенню обчислити
6. Розрахувати абсолютну і відносну похибки для показань контрольного вольтметра.
1. Як додаткового опору і шунта зручно використовувати магазин опорів. Однак і шунт, і додатковий опір можна виготовити з дроту. Для цього реобходімо знати значення опору шунта або додаткового опору і скористатися відомою формулою залежно опору від довжини провідника і площі поперечного перерізу:
Тут - питомий опір матеріалу дроту, - довжина дроту, - площа поперечного перерізу дроту. Для визначення площі поперечного перерізу дроту її діаметр вимірюється мікрометром. З формули (9) шукана довжина дроту, необхідна для отримання потрібного опору, визначається виразом:
2. Для визначення опору досліджуваних приладів потрібно використовувати інформацію, яка наводиться на лицьовій стороні приладу. Дуже часто на лицьовій стороні приладу вказується його опір. Однак часто на лицьовій стороні вказується максимальна напруга, на яке розрахований вимірювальний механізм або максимальна сила струму, на яку розрахований вимірювальний механізм. Тоді опір приладу визначається за законом Ома для однорідної ділянки кола:
1. Включення установки проводиться тільки після перевірки її викладачем або лаборантом.
2. Під час роботи забороняється торкатися струмоведучих частин установки.
3. Після закінчення роботи зменшити напругу на випрямлячі до нуля і відключити джерело живлення від електричної мережі.
4. Контрольні питання
1. Які прилади використовуються для вимірювання сили струму в ланцюзі? Як їх включають в ланцюг?
2. Зобразити схему включення амперметра для вимірювання сили струму.
3. Як збільшити межу вимірювання амперметра?
4. Як підключити шунт до приладу? Зобразити схему включення шунта.
5. Виведіть формулу для розрахунку опору шунта.
6. Які прилади використовуються для вимірювання напруги?
7. Зобразити схему включення вольтметра для вимірювання напруги на деякому опорі.
8. Як збільшити межу вимірювання вольтметра?
9. Вивести формулу для розрахунку додаткового опору.
10. Зобразіть схему включення додаткового опору.
11. Як змінюється ціна ділення шкали при збільшенні меж вимірювання приладів?
12. Як змінюється чутливість приладів при збільшенні меж вимірювання?
Лабораторна робота №3