Расширение пределов измерения амперметра с помощью шунта

Постановка задачи: подключением шунта расширить предел измерения миллиамперметра с мА до мА. Сопротивление миллиамперметра
Ом.

Рассчитаем величину сопротивления шунта для схемы рис. 2.4.2б

.

Схема электрическая соединений для расширения предела измерения амперметра приведена на рис. 2.4.4.

Рис. 2.4.4. Схема электрическая соединений для
расширения предела измерения амперметра.

К выходу регулируемого источника постоянного напряжения G (блок А1, 212.2) подключена цепь из последовательно соединенных сопротивления (блок А3, 2330), цифрового миллиамперметра (MY60, блок А2) и аналогового миллиамперметра (мультиметр 7050, блок 510.1) с шунтом – переменным резистором из блока А3, 2330. Для калибровки аналогового миллиамперметра с расширенным пределом измерения тока используется цифровой миллиамперметр .

Однофазный источник питания G1 предназначен для безопасного питания блоков генераторов напряжений А1 (212.2) и мультиметров А2 (510.1).

Перечень аппаратуры

Указания по проведению эксперимента

Расширение пределов измерения вольтметра
с помощью добавочного сопротивления

· Убедитесь, что переключатели «Сеть» блоков, используемых в эксперименте, выключены.

· Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электрической соединений рис. 2.4.3.

· Установите минимальное выходное напряжение на выходе регулируемого генератора постоянных напряжений (блок А1, 212.2): ручку регулировки напряжения 0…15 В поверните против часовой стрелки до упора. Тумблер источника постоянного напряжения переведите в верхнее положение: источник подключен к
гнездам «+» и «-».

· Установите переключателем магазина сопротивлений А4 величину добавочного сопротивления 100 кОм (положение – 100К).

· Установите пределы измерения мультиметров блока А2 (510.1):
- для мультиметра 7050 предел измерения постоянного напряжения 2,5 В;
- для мультиметра MY60 предел измерения постоянного напряжения 20 В.

· Проверьте и, при необходимости, скорректируйте установку стрелки аналогового мультиметра 7050 на 0 шкалы.

· Включите устройство защитного отключения и автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.

· Включите выключатель «СЕТЬ» блока генераторов напряжения А1, блока
мультиметров А2 и выключатель питания мультиметра MY60.

· Вращая по часовой стрелке ручку регулировки постоянного напряжения генератора А1 установите стрелку аналогового прибора (7050) на конечное деление шкалы. Сравните ожидаемую величину конечного значения расширенного предела измерения аналогового вольтметра (7,5 В) с точным значением, измеренным цифровым прибором.

Цепь из добавочного сопротивления и вольтметра образует вольтметр с пределом измерения 7,5 В. Линейная шкала аналогового вольтметра (DCV,A) имеет 5 больших делений, каждое из которых соответствует 7,5/5=1,5 В, т. е. оцифрованные деления шкалы соответствуют 0; 1,5; 3; 4,5; 6; 7,5 В.

Для оценки точности вольтметра с расширенным пределом измерения напряжения, определим его абсолютную погрешность для оцифрованных делений шкалы.

· Уменьшая выходное напряжение генератора постоянных напряжений последовательно установить стрелку аналогового прибора на деления шкалы 40, 30, 20 и 10 единиц, что соответствует 6, 4,5, 3 и 1,5 В. Соответствующее этим показаниям аналогового прибора точное значение напряжения генератора определить по показаниям цифрового мультиметра. Вычислить абсолютную погрешность показаний аналогового прибора. Результаты занести в таблицу 2.4.1.

Таблица 2.4.1

№	Показания аналогового вольтметра ()	Показания цифрового вольтметра, В ()	Абсолютная погрешность, В
делений	В
		4,5
		1,5

Расширение пределов измерения амперметра с помощью шунта

· Убедитесь, что переключатели «Сеть» блоков, используемых в эксперименте, выключены.

· Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электрической соединений рис. 2.3.6.

· Установите минимальное выходное напряжение на выходе регулируемого генератора постоянных напряжений (блок А1, 212.2): ручку регулировки напряжения 0…15 В поверните против часовой стрелки до упора. Тумблер источника постоянного напряжения переведите в верхнее положение: источник подключен к
гнездам «+» и «-».

· Установите минимальное сопротивление резистора 10 Ом – поверните ручку против часовой стрелки до упора (блок А3, 2330)

· Установите ручку переменного резистора 330 Ом в среднее положение – указатель в положении 50% (блок А3, 2330).

· Установите пределы измерения мультиметров блока А2 (510.1):
- для мультиметра 7050 предел измерения постоянного тока 5 мА;
- для мультиметра MY60 предел измерения постоянного тока 200 мА.

· Проверьте и, при необходимости, скорректируйте установку стрелки аналогового мультиметра 7050 на 0 шкалы.

· Включите устройство защитного отключения и автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.

· Включите выключатель «СЕТЬ» блока генераторов напряжения А1, блока
мультиметров А2 и выключатель питания мультиметра MY60.

· Вращая по часовой стрелке ручку регулировки постоянного напряжения генератора А1 установите по показаниям цифрового мультиметра MY60 ток в цепи 100 мА. Если при максимальном напряжении на выходе генератора (15 В) не удается получить требуемый ток, уменьшите величину сопротивления переменного резистора «330 Ом».

· Регулировкой сопротивлений шунта добейтесь отклонения стрелки аналогового прибора на конечное деление шкалы. Регулировку величины сопротивления шунта целесообразно начать с медленного вращения ручки резистора 10 Ом по часовой стрелке: ток аналогового миллиамперметра начнет постепенно нарастать.

· Установив стрелку вблизи конечного деления шкалы необходимо регулировкой выходного напряжения генератора восстановить ток цепи 100 мА. После этого, продолжая изменять сопротивление шунта, необходимо выставить стрелку аналогового прибора возможно ближе к конечному делению шкалы.

· При необходимости повторить подстройку тока 100 мА и резистора шунта.

Цепь из шунта и миллиамперметра образует миллиамперметр с пределом измерения 100 мА. Для отсчета значений тока, измеряемого этим миллиамперметром, удобно использовать равномерную (черную) шкалу с 10 делениями мультиметра 7050.

Для оценки точности миллиамперметра с расширенным пределом измерения тока, определим его абсолютную погрешность для оцифрованных делений шкалы.

· Уменьшая выходное напряжение генератора постоянных напряжений последовательно установить стрелку аналогового прибора на деления шкалы 8, 6, 4 и 2 единицы, что соответствует 80, 60, 40 и 20 мА. Соответствующее этим показаниям аналогового прибора точное значение тока в цепи определить по показаниям цифрового мультиметра. Вычислить абсолютную погрешность показаний аналогового прибора. Результаты занести в таблицу 2.4.2.

Таблица 2.3.2

№	Показания аналогового миллиамперметра ()	Показания цифрового миллиамперметра, мА ()	Абсолютная погрешность, мА
делений	мА

2.5. Калибровка аналоговых амперметра и вольтметра

- Цель работы

- Лабораторная установка и схема электрическая соединений

- Перечень аппаратуры

- Указания по проведению эксперимента

.

Цель работы

Экспериментально определить погрешности аналогового мультиметра на пределах измерения постоянного напряжения и тока.

Лабораторная установка и электрическая схема соединений

Для определения погрешности измерения показания аналогового прибора сравниваются в показаниями более точного цифрового прибора.

Для определения погрешности измерения аналогового мультиметра на одном из пределов измерения постоянного напряжения аналоговый прибор 7050 (блок А2) и цифровой прибор MY60 (блок А2) подключаются параллельно к регулируемому генератору постоянного напряжения из блока А1 (рис. 2.5.1).

Для определения погрешности измерения тока необходимо собрать цепь из последовательно соединенных генератора постоянного напряжения (блок А1), переменного токоограничивающего резистора 330 Ом (блок А3), аналогового (7050) и цифрового (MY60) мультиметров из блока А2 (рис. 2.5.2).

Рис. 2.5.1. Схема электрическая соединений для калибровки аналогового вольтметра.

Рис. 2.5.2. Схема электрическая соединений для калибровки аналогового амперметра.

Однофазный источник питания G1 предназначен для безопасного питания блоков генераторов напряжений А1 (212.2) и мультиметров А2 (510.1).

Перечень аппаратуры

Указания по проведению эксперимента

Калибровка аналогового вольтметра

· Убедитесь, что переключатели «Сеть» блоков, используемых в эксперименте, выключены.

· Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электрической соединений рис. 2.5.1.

· Установите минимальное выходное напряжение на выходе регулируемого генератора постоянных напряжений (блок А1, 212.2): ручку регулировки напряжения 0…15 В поверните против часовой стрелки до упора. Тумблер источника постоянного напряжения переведите в верхнее положение: источник подключен к
гнездам «+» и «-».

· Установите пределы измерения мультиметров блока А2 (510.1):
- для мультиметра 7050 предел измерения постоянного напряжения 2,5 В;
- для мультиметра MY60 предел измерения постоянного напряжения 20 В (переключать на 2 В при соответствующих напряжениях).

· Проверьте и, при необходимости, скорректируйте установку стрелки аналогового мультиметра 7050 на 0 шкалы.

· Включите устройство защитного отключения и автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.

· Включите выключатель «СЕТЬ» блока генераторов напряжения А1, блока
мультиметров А2 и выключатель питания мультиметра MY60.

· Вращая по часовой стрелке ручку регулировки постоянного напряжения генератора А1 установите стрелку аналогового прибора (7050) на конечное деление шкалы. Сравните ожидаемую величину конечного значения предела измерения аналогового вольтметра (2,5 В) с точным значением, измеренным цифровым прибором.

Для оценки точности вольтметра, определим его абсолютную погрешность для оцифрованных делений шкалы.

· Уменьшая выходное напряжение генератора постоянных напряжений последовательно установить стрелку аналогового прибора на деления шкалы 250, 200, 150, 100 и 50 единиц, что соответствует 2,5, 2, 1,5, 1 и 0,5 В. Соответствующее этим показаниям аналогового прибора точное значение напряжения генератора определить по показаниям цифрового мультиметра. Вычислить абсолютную погрешность показаний аналогового прибора. Результаты занести в таблицу 2.5.1.

Таблица 2.5.1

№	Показания аналогового вольтметра ()	Показания цифрового вольтметра, В ()	Абсолютная погрешность, В
делений	В
		4,5
		1,5

Калибровка аналогового амперметра

· Убедитесь, что переключатели «Сеть» блоков, используемых в эксперименте, выключены.

· Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электрической соединений рис. 2.5.2.

· Установите минимальное выходное напряжение на выходе регулируемого генератора постоянных напряжений (блок А1, 212.2): ручку регулировки напряжения 0…15 В поверните против часовой стрелки до упора. Тумблер источника постоянного напряжения переведите в верхнее положение: источник подключен к
гнездам «+» и «-».

· Установите ручку переменного резистора 330 Ом в среднее положение – указатель в положении 50% (блок А3, 2330).

· Установите пределы измерения мультиметров блока А2 (510.1):
- для мультиметра 7050 предел измерения постоянного тока 50 мА;
- для мультиметра MY60 предел измерения постоянного тока 200 мА.

· Проверьте и, при необходимости, скорректируйте установку стрелки аналогового мультиметра 7050 на 0 шкалы.

· Включите устройство защитного отключения и автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.

· Включите выключатель «СЕТЬ» блока генераторов напряжения А1, блока
мультиметров А2 и выключатель питания мультиметра MY60.

· Вращая по часовой стрелке ручку регулировки постоянного напряжения генератора А1 добейтесь отклонения стрелки аналогового прибора на конечное деление шкалы. Если при максимальном напряжении на выходе генератора (15 В) не удается получить требуемый ток, уменьшите величину сопротивления переменного резистора «330 Ом».

Для оценки точности миллиамперметра с пределом измерения тока 50 мА, определим его абсолютную погрешность для оцифрованных делений шкалы.

· Уменьшая выходное напряжение генератора постоянных напряжений последовательно установить стрелку аналогового прибора на деления шкалы 40, 30, 20 и 10 мА. Соответствующее этим показаниям аналогового прибора точное значение тока в цепи определить по показаниям цифрового мультиметра. Вычислить абсолютную погрешность показаний аналогового прибора. Результаты занести в таблицу 2.5.2.

Таблица 2.5.2

№	Показания аналогового миллиамперметра ()	Показания цифрового миллиамперметра, мА ()	Абсолютная погрешность, мА
делений	мА

2.6. Определение методической погрешности измерений, обусловленной влиянием приборов

- Цель работы

- Лабораторная установка и схема электрическая соединений

- Перечень аппаратуры

- Указания по проведению эксперимента

Цель работы

Экспериментальное выявление методической погрешности измерения напряжения и тока, обусловленной конечным сопротивлением измерительных приборов.

Лабораторная установка и электрическая схема соединений

Для измерения напряжения и тока к исходной электрической цепи подключается измерительный прибор: вольтметр или амперметр. Поскольку измерительный прибор отбирает некоторую энергию от измеряемой цепи, токи и напряжения цепи несколько изменяются, и возникает методическая погрешность измерения. Проанализируем влияние измерительного прибора на цепь с помощью метода эквивалентного генератора.

Вольтметр подключается к 2 узлам цепи А и образует новую ветвь цепи (рис. 2.6.1 а). Напряжение этой ветви и определяет показания вольтметра. Согласно теореме об эквивалентном генераторе исследуемую цепь относительно ветви вольтметра можно представить схемой рис.2.6.1 б.

а)	б)

Рис. 2.6.1. Схема подключения вольтметра к исследуемой цепи (а)
и эквивалентная схема измерительной цепи с вольтметром (б).

В схеме эквивалентного генератора э.д.с. , т. е. равна напряжению холостого хода на зажимах разомкнутой ветви. Это «истинное» напряжение между узлами исходной схемы до подключения вольтметра. Эту величину может измерить «идеальный» вольтметр с сопротивлением . Для реального вольтметра с конечным сопротивлением всегда будет присутствовать методическая погрешность, обусловленная внутренним сопротивлением эквивалентного генератора . Напряжение вольтметра с конечным сопротивлением равно , т. е. ниже напряжения до подключения вольтметра. Абсолютная методическая погрешность равна

.

Для снижения влияния методической погрешности на результат необходимо выбирать вольтметр с .

Амперметр включается в разрыв одной из ветвей цепи и измеряет ток этой ветви (рис. 2.6.2 а). Согласно теореме об эквивалентном генераторе, исследуемую цепь относительно зажимов амперметра удобно представить параллельной схемой замещения (рис. 2.6.2 б).

а)	б)

Рис. 2.6.2. Схема подключения амперметра к исследуемой цепи (а)
и эквивалентная схема измерительной цепи с амперметром (б).

В схеме рис. 2.6.2 б источник тока равен току короткого замыкания ветви, т. е. току ветви до подключения амперметра. Сопротивление источника - это входное сопротивление цепи относительно зажимов подключения амперметра при обнуленных источниках энергии в цепи. Если амперметр «идеальный» с сопротивлением , то весь ток источника замыкается через прибор, и методической погрешности нет. При на амперметре возникает падение напряжения, и часть тока замыкается через внутренне сопротивление источника . Возникает методическая погрешность

.

Для снижения влияния методической погрешности на результат необходимо выбирать амперметр с .

В данной работе эквивалентный генератор, замещающий реальную цепь, образован последовательным соединением регулируемого источника постоянного напряжения (блок А1) и магазина сопротивлений А4 или переменного резистора из блока А3. Схемы электрические соединений экспериментов по выявлению методической погрешности приведены на рис. 2.6.3 – для вольтметра и рис. 2.6.4 – для амперметра.

Для выявления методической погрешности в схеме рис. 2.6.3 вольтметром измеряется напряжение как непосредственно на выходе блока генератора А1 (переключателем блока А4 установлено минимальное сопротивление 0,5 Ом), так и напряжение на выходе цепи, моделирующей эквивалентный генератор (сопротивление А4 увеличивается ступенями до 10 МОм). При увеличении сопротивления блока А4 напряжение на нем возрастает, а напряжение на вольтметре понижается – возникает методическая погрешность.

Рис. 2.6.3. Схема электрическая соединений для определения
методической погрешности измерения напряжения.

Для выявления методической погрешности обусловленной влиянием амперметра, используется цепь рис. 2.6.4. В цепи последовательно соединены генератор постоянного напряжения (А1), переменный резистор 10 Ом (блок А3) и цифровой мультиметр (MY60) блока А2. Переключение пределов измерения мультиметра приводит к изменению тока в цепи и к изменению показаний прибора.

Рис. 2.6.4. Схема электрическая соединений для выявления
методической погрешности амперметра.

Однофазный источник питания G1 предназначен для безопасного питания блоков генераторов напряжений А1 (212.2) и мультиметров А2 (510.1).

Перечень аппаратуры

Указания по проведению эксперимента

Определение методической погрешности
измерения напряжения вольтметром

· Убедитесь, что переключатели «Сеть» блоков, используемых в эксперименте, выключены.

· Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электрической соединений рис. 2.6.3.

· Установите минимальное выходное напряжение на выходе регулируемого генератора постоянных напряжений (блок А1, 212.2): ручку регулировки напряжения 0…15 В поверните против часовой стрелки до упора. Тумблер источника постоянного напряжения переведите в верхнее положение: источник подключен к
гнездам «+» и «-».

· Установите переключателем магазина сопротивлений А4 величину сопротивления
0,5 Ом (положение – 0,5Ω).

· Установите предел измерения постоянного напряжения мультиметра MY60 – 20 В (блок А2, 510.1).

· Включите устройство защитного отключения и автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.

· Включите выключатель «СЕТЬ» блока генераторов напряжения А1, блока
мультиметров А2 и выключатель питания мультиметра MY60.

· Вращая по часовой стрелке ручку регулировки постоянного напряжения генератора А1 установите, по показаниям мультиметра, напряжение 8…15 В. Для дальнейших расчетов удобно целое значение напряжения, например 10,00 В.

· Увеличивая сопротивление блока А4 определите минимальное сопротивление, при котором появится методическая погрешность – показания вольтметра уменьшаться на несколько единиц младшего разряда. Занесите показания вольтметра при дальнейшем увеличении сопротивления блока А4 в таблицу 2.6.1. Абсолютную методическую погрешность измерения напряжения вычислите по соотношению

,

где - показания вольтметра при сопротивлении блока А4 равном ;

- показания вольтметра при сопротивлении А4 равном 0,5 Ом.

Таблица 2.6.1

Сопротивление А13, Ом

0,5

1к

10к

20к

100к

1М

2М

10М

Показания вольтметра , В

Абсолютная погрешность измерения напряжения , В

Выявление методической погрешности измерения
тока с помощью амперметра

· Убедитесь, что переключатели «Сеть» блоков, используемых в эксперименте, выключены.

· Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электрической соединений рис. 2.6.4.

· Установите минимальное выходное напряжение на выходе регулируемого генератора постоянных напряжений (блок А1, 212.2): ручку регулировки напряжения 0…15 В поверните против часовой стрелки до упора. Тумблер источника постоянного напряжения переведите в верхнее положение: источник подключен к
гнездам «+» и «-».

· Установите максимальное сопротивление резистора 10 Ом – поверните ручку резистора по часовой стрелке до упора (блок А3, 2330)

· Для мультиметра MY60 (блок А2, 510.1) установите предел измерения постоянного тока 20 мА.

· Включите устройство защитного отключения и автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.

· Включите выключатель «СЕТЬ» блока генераторов напряжения А1, блока
мультиметров А2 и выключатель питания мультиметра MY60.

· Вращая по часовой стрелке ручку регулировки постоянного напряжения генератора А1 установите по показаниям цифрового мультиметра MY60 ток в цепи близкий к 20 мА (например 18,00…19,99 мА).

· Переключите мультиметр MY60 на пределы измерения постоянного тока 200 мА
и 2 А. Сравните значения тока, полученные при этих положениях переключателя пределов измерения.

2.7. Оценка величины сопротивления аналоговых и цифровых приборов

- Цель работы

- Лабораторная установка и схема электрическая соединений

- Перечень аппаратуры

- Указания по проведению эксперимента

Цель работы

Оценить величину сопротивления аналогового и цифрового мультиметров для нескольких пределов измерения постоянного напряжения.

Лабораторная установка и электрическая схема соединений

Определим сопротивление вольтметра на пределах измерения постоянного напряжения косвенным методом. Выполним опыт по измерению напряжения источника с постоянной э.д.с. непосредственно вольтметром (рис. 2.7.1а), и вольтметром с включенным последовательно добавочным сопротивлением (рис. 2.7.1б). После включения добавочного сопротивления показания вольтметра будут меньше . При известной величине добавочного сопротивления , по результатам эксперимента вычисляется сопротивление вольтметра

,

где - э.д.с. источника постоянного напряжения (измеряется вольтметром до подключения добавочного сопротивления);

- показания вольтметра после подключения добавочного сопротивления;

- величина добавочного сопротивления;

- ток в цепи вольтметра после подключения добавочного сопротивления.

Для повышения точности результата добавочное сопротивление должно быть сравнимо по величине с сопротивлением вольтметра ,

а)	б)

Рис. 2.7.1. Принципиальная схема косвенного измерения сопротивления вольтметра.

Опыт по измерению э.д.с. источника (а).

Опыт с добавочным сопротивлением (б).

Схема электрическая соединений для опыта по определению сопротивления вольтметра приведена на рис. 2.7.2. В качестве источника э.д.с. используется регулируемый источник постоянного напряжения (блок А1). Добавочное сопротивление – магазин сопротивлений А4.

Для измерения э.д.с. источника вольтметром измеряется напряжение на выходе блока генератора А1 при минимальном сопротивлении блока А4 (переключателем блока установлено сопротивление 0,5 Ом). При неизменной э.д.с. источника увеличивают сопротивление (А4), добиваясь существенного снижения показаний вольтметра (примерно до ½ ). По полученным значениям , и вычисляют по приведенной выше формуле.

Рис. 2.7.2. Схема электрическая соединений для определения
сопротивления вольтметра косвенным методом.

Опыт выполняют для пределов измерения постоянного напряжения как для мультиметра MY60, так и для аналогового мультиметра 7050 (подключение показано пунктиром на рис. 2.7.2).

Однофазный источник питания G1 предназначен для безопасного питания блоков генераторов напряжений А1 (212.2) и мультиметров А2 (510.1).

Перечень аппаратуры

Указания по проведению эксперимента

· Убедитесь, что переключатели «Сеть» блоков, используемых в эксперименте, выключены.

· Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электрической соединений рис. 2.7.2.

· Установите минимальное выходное напряжение на выходе регулируемого генератора постоянных напряжений (блок А1, 212.2): ручку регулировки напряжения 0…15 В поверните против часовой стрелки до упора. Тумблер источника постоянного напряжения переведите в верхнее положение: источник подключен к
гнездам «+» и «-».

· Установите переключателем магазина сопротивлений А4 величину сопротивления
0,5 Ом (положение – 0,5Ω).

· Для одного из мультиметров блока А2 установите тестируемый предел измерения постоянного напряжения Для мультиметра MY60 рекомендуются пределы 200 мВ, 2 В или 20 В. Для мультиметра M7050 – пределы 2,5 В или 25 В.

· Включите устройство защитного отключения и автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.

· Включите выключатель «СЕТЬ» блока генераторов напряжения А1, блока
мультиметров А2 и выключатель питания мультиметра MY60 (если этот мультиметр используется в опыте).

· Проверьте положение переключателя магазина сопротивлений А4. Переключатель должен стоять в положении 0,5 Ом (0,5Ω).

· Вращая по часовой стрелке ручку регулировки постоянного напряжения генератора А1 установите показания мультиметра вблизи конечного значения установленного предела измерения (например для предела 2 В – установить напряжение 1,8…1,9 В). Для пределов 20 и 25 В установить близкое к максимальному напряжение генератора (10…15 В). Это значение соответствует э.д.с. генератора .

· Увеличивая сопротивление блока А4 добиться снижения показаний вольтметра примерно до ½ . По найденным значениям вычислите сопротивление вольтметра

.

· Повторите опыт для других пределов измерения. Перед переключением предела измерения установите минимальное выходное напряжение генератора (0 В) по показаниям мультиметра, и установите переключатель магазина сопротивлений А4 в положение 0,5 Ом.

2.8. Измерение э.д.с. источника с высоким внутренним сопротивлением компенсационным методом

- Цель работы

- Лабораторная установка и схема электрическая соединений

- Перечень аппаратуры

- Указания по проведению эксперимента

Выше в работе 2.6 показано, что при измерении напряжения в цепи, замещаемой эквивалентным генератором с высоким внутренним сопротивлением, возникает методическая погрешность, обусловленная конечной величиной сопротивления вольтметра. Для устранения этой методической погрешности используется компенсационный метод измерения. Принципиальная схема, поясняющая сущность компенсационного метода измерений, приведена на рис. 2.8.1.

Рис. 2.8.1. Принципиальная схема измерения напряжения компенсационным методом

В цепи рис. 2.8.1 параллельно вольтметру включена дополнительная регулируемая э.д.с. . Если регулировкой этой э.д.с. добиться выполнения равенства , то ток и напряжение на ветви, содержащей и , будут равны 0. В этом случае вольтметр включен параллельно источнику с э.д.с. , имеющему незначительное внутреннее сопротивление. Показания вольтметра в этом случае равны , т. е. измеряемой э.д.с. и сопротивление вольтметра не влияет на точность измерения. Для выявления равенства используется дополнительный прибор . Этот прибор должен фиксировать момент равенства 0 или напряжения, или тока в ветви , . Внутренне сопротивление не имеет значения, поскольку при падение напряжения на и внутреннем сопротивлении также равны 0. Поэтому в качестве можно использовать как милли- или микровольтметр, так и микроамперметр. Важна высокая чувствительность прибора, позволяющая с возможно большей точностью фиксировать момент .

Цель работы

Собрать и протестировать цепь измерения э.д.с. компенсационным методом.

Лабораторная установка и электрическая схема соединений

Схема электрическая соединений для опыта по измерению э.д.с. компенсационным методом приведена на рис. 2.8.2.

В качестве источника э.д.с. используется нерегулируемый источник постоянного напряжения +15 В (блок А1). Для регулирования э.д.с. этого источника используется переменный резистор 10 кОм из блока А3. Внутренне сопротивление источника задается магазином сопротивлений А4. В качестве компенсационной э.д.с. использован регулируемый генератор постоянного напряжения 0…15 В блока А1. Для измерения напряжения генератора (вольтметр ) используется аналоговый мультиметр 7050 блока А2. В качестве индикатора равенства э.д.с. использован мультиметр MY60, установленный на предел измерения напряжения 200 мВ.

После выполнения измерения компенсационным методом величина измеряемой э.д.с. определяется прямым измерением (схема электрическая соединений рис.2.8.3).

Рис. 2.8.2. Схема электрическая соединений для измерения э.д.с.
компенсационным методом.

Рис. 2.8.3. Схема электрическая соединений для прямого измерения э.д.с.

Однофазный источник питания G1 предназначен для безопасного питания блоков генераторов напряжений А1 (212.2) и мультиметров А2 (510.1).

Перечень аппаратуры

Указания по проведению эксперимента

· Убедитесь, что переключатели «Сеть» блоков, используемых в эксперименте, выключены.

· Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электрической соединений рис. 2.8.2.

· Установите минимальное выходное напряжение на выходе регулируемого генератора постоянных напряжений (блок А1, 212.2): ручку регулировки напряжения 0…15 В поверните против часовой стрелки до упора. Тумблер генератора постоянного напряжения переведите в верхнее положение: источник подключен к
гнездам «+» и «-».

· Тумблер нерегулируемого генератора постоянного напряжения +15 В переведите в верхнее положение: источник подключен к гнездам «+» и «-». Установите минимальное выходное напряжение на резисторе 10 кОм (блок А7): ручку регулировки сопротивления резистора поверните против часовой стрелки до упора.

· Установите переключателем магазина сопротивлений А4 величину сопротивления
10 МОм (положение – 10М). Магазин имитирует внутреннее сопротивление источника э.д.с., сопоставимое по величине с сопротивлением любого из мультиметров блока А2 на пределах измерения напряжения.

· Для мультиметров блока А2 установите пределы измерения постоянного напряжения: для MY60 – предел 20 В; для 7050 – предел 25 В. Установленные пределы исключают перегрузку мультиметров. В дальнейшем необходим переход на меньшие пределы измерения.

· Включите устройство защитного отключения и автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.

· Включите выключатель «СЕТЬ» блока генераторов напряжения А1, блока
мультиметров А2 и выключатель питания мультиметра MY60.

· Вращая по часовой стрелке ручку регулировки сопротивления резистора 10 кОм (блок А3) установите некоторое напряжение на выходе резистора. Величину этого напряжения можно примерно оценить как процент, установленный по шкале переменного резистора, умноженный на величину напряжения генератора – 15 В. Рекомендуемая величина напряжения 1…12 В (~5…80%).
Переменный резистор 10 кОм (А3), генератор 15 В (А1) и магазин сопротивлений А4 образуют генератор с высоким внутренним сопротивлением. Э.д.с. этого генератора измеряется компенсационным методом.

· Для компенсации измеряемой э.д.с. () увеличиваем напряжение на выходе регулируемого генератора постоянного напряжения 0…15 В блока А1 (компенсирующая э.д.с. – ). Показания цифрового мультиметра MY60, пропорциональные разности начнут уменьшаться.

· Регулируя компенсирующую э.д.с. , необходимо добиться минимальной разности - модуль показаний цифрового мультиметра MY60 должен быть минимален (не более 5 мВ). В процессе регулирования необходимо переключать мультиметр MY60 на меньшие пределы измерения постоянного напряжения 20 В → 2 В → 200 мВ.

· При равенстве компенсирующей и измеряемой э.д.с., показания аналогового мультиметра 7050 равны , т. е. измеряемой э.д.с.

· Для проверки полученного результата непосредственно измерьте э.д.с. . Не меняя положение движка резистора 10 кОм (А3), отсоедините мультиметр MY60 от цепи и подключите его к резистору 10 кОм для прямого измерения величины э.д.с. (рис. 2.8.3).

3. Измерения в цепях переменного тока

В данном разделе приведены описания следующих экспериментов по измерению переменных (синусоидальных и несинусоидальных) напряжений и токов:

- испытание схем подключения вольтметров и амперметров для прямого измерения синусоидальных напряжений и токов цепи (раздел 3.1);

- оценка верхней границы частотного диапазона измерительных приборов
(раздел 3.2).

3.1. Прямые измерения синусоидального напряжения и тока

- Цель работы

- Лабораторная установка и схема электрическая соединений

- Перечень аппаратуры

- Указания по проведению эксперимента

Цель работы

Выработать навыки предварительной подготовки и подключения измерительных приборов к тестируемой цепи и выполнения измерений синусоидальных напряжений и токов с помощью аналоговых и цифровых приборов, в том числе многопредельных.

Лабораторная установка и электрическая схема соединений

Принципиальные электрические схемы экспериментов по измерению синусоидальных напряжений и токов приведены на рис. 3.1.1 а и б. Показания приборов, предназначенных для измерения синусоидальных напряжений и токов, соответствуют действующему (среднеквадратическому) значению измеряемой величины.

а)	б)

Рис. 3.1.1. Принципиальные электрические схемы экспериментов по измерению синусоидального напряжения (а) и тока (б).

В схемах рис. 3.1.1 регулируемый источник синусоидального напряжения G и переменный резистор R моделируют эквивалентный генератор, соответствующий цепи, в которой измеряются напряжения и токи. Широкий диапазон изменения напряжения и частоты источника G и сопротивления переменного резистора R позволяют моделировать цепи с различной степенью влияния измерительных приборов на напряжения и токи цепи.

Лабораторная установка (рис. 3.1.2) состоит из однофазного источника питания G1 (218.1), блока питания A1 (212.2) с выходом регулируемого по частоте и амплитуде синусоидального напряжения, переменного резистора 330 Ом (А3 – блок резисторов 2330) и одного из испытываемых приборов (блок 510.1). Схемы подключения блока мультиметров А2 (510.1) приведены на рисунках 3.1.3, 3.1.4.

Рис. 3.1.2. Схема электрическая соединений источников питания
для измерения синусоидального напряжения или тока.

а)	б)

Рис. 3.1.3. Схемы электрических соединений для измерения синусоидального напряжения (а) и тока (б) мультиметром MY60 блока мультиметров А2 (510.1).

Рис. 3.1.4. Схемы электрических соединений для измерения синусоидального напряжения мультиметром 7050 блока мультиметров А2 (510.1).

Для любого испытываемого прибора в качестве источника синусоидального напряжения или тока используются «Генератор напряжения специальной формы» блока генераторов А1. К испытываемому прибору генератор подключается гнездами «Выход» (через переменный резистор 330 Ом блока А3) и «0 В» (рис. 3.1.2). При измерении напряжения мультиметры подключаются к источнику гнездами «V» и «COM» (рис. 3.1.3а, 3.1.4). При измерении тока мультиметры подключаются к источнику гнездами «A» («mA») и «COM» (рис. 3.1.3б). Полярность подключения приборов при измерении синусоидального напряжения не имеет значения.

Однофазный источник питания G1 предназначен для безопасного питания блоков А1 (212.2) и А2 (510.1).

Не регулируемые синусоидальные напряжения частотой 50 Гц выведены на гнезда «Генератора синусоидальных напряжений 50Гц» блока генераторов А1 (212.2). Эти напряжения также можно использовать для тестирования вольтметров, предназначенных для измерения переменного напряжения.

Перечень аппаратуры

Указания по проведению эксперимента

Поиск по сайту: