Знакомство со стрелочными электроизмерительными приборами и составление простейших электрических цепей

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова»

Кафедра «физики и оптотехники»

Лабораторная работа Тема: Знакомство со стрелочными электроизмерительными приборами и составление простейших электрических цепей

Выполнил:

Студент группы С03−201−1

Проверил:

Калугин А.И.

Ижевск 2012

Цель работы: научиться читать технические характеристики приборов, приобрести навыки в расчете шунтов и дополнительных сопротивлений к приборам.

Приборы и принадлежности: исследуемый электроизмерительный прибор (V-A) M4210.6 (класс точности 2,5, R_вн=25±0,25 Ом), контрольный миллиамперметр (mA) М4202 (класс точности 1,5), источник напряжения, реостат ®, выключатель, соединительные провода.

Теоретическая часть

Вольтамперметр — электроизмерительный прибор, предназначенный для определения силы тока и напряжения в цепи.

Миллиамперметр — измерительный прибор, (чувствительный амперметр) позволяющий измерять силу тока в миллиамперах.

Амперметры магнитоэлектрической системы имеют катушку (рамку) из тонкой проволоки, которая может вращаться между полюсами постоянного магнита. При пропускании тока через катушку она стремится установиться по полю под действием вращающего момента Мвр, величина которого пропорциональна току. Повороту катушки препятствует специальная пружина, упругий момент которой Мупр пропорционален углу закручивания. При равновесии эти моменты равны Мвр = Мупр, а ток пропорционален углу поворота рамки, шкала таких приборов равномерная.

Вольтметр — измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения напряжения или ЭДС в электрических цепях.

Принцип действия вольтметра заключается в преобразовании переменного напряжения в постоянное, которое измеряется стрелочным электроизмерительным прибором.

Шунт — электрический проводник или магнитопровод, присоединяемый параллельно электрической или магнитной цепи для ответвления части электрического тока или магнитного потока.

Класс точности — это обобщенная характеристика средств измерений, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также рядом других свойств, влияющих на точность осуществляемых с их помощью измерений. Классы точности регламентируются стандартами на отдельные виды средств измерения с использованием метрологических характеристик и способов их нормирования.

Дополнительное сопротивление подключается последовательно с вольтметром с целью увеличения его внутреннего сопротивления и расширения предела измерений.

Методическая часть

Расчет шунта

электроизмерительный амперметр шунт цепь

Рис. 1. Схема включения амперметра с шунтом Пусть амперметром с внутренним сопротивлением R_вн, рассчитанным на ток I_ном, необходимо измерить ток I_пред, который превосходит I_ном. Это можно осуществить с помощью шунта (рис. 1). Поскольку I_пред >> I_ном, то избыточный ток I_пред -I_ном должен пройти через шунт, сопротивление которого и нужно рассчитать. Так как амперметр и шунт находятся под одним напряжением, то можно записать:

I_номR_вн=(I_пред -I_ном) R_ш,

откуда, (1)

I_пред=20 мА (дано из начальных условий),

Погрешность

(2)

Коэффициент шунтирования находится из отношения:

. (3)

Расчет дополнительного сопротивления Дополнительное сопротивление подключается последовательно с вольтметром с целью увеличения его внутреннего сопротивления и расширения предела измерения.

Рис. 2. Схема включения вольтметра с шунтом При подключении R_доп номинальный ток изменяться не должен, следовательно

откуда, (4)

Погрешность

(5)

U_пред=1,5 В (дано из начальных условий).

Ход работы

Получили измерительные приборы и методические указания Упр.1. Изучили характеристики измерительных приборов и занесли их в таблицу 1.

Упр.2.Использовали вольтамперметр в качестве амперметра с расширением его предела до I_пред.

· Собрали цепь как показано на рис. 3 (без шунта) Рис. 3. Электрическая цепь для измерения силы тока

· Движком реостата установили такой ток, что стрелка вольтамперметра отклонилась до предела; при этом вольтамперметр и миллиамперметр показывали номинальный ток. Занесли показания в таблицу 1.

· Рассчитали сопротивление шунта по формуле (1)

· Рассчитали погрешность сопротивления шунта по формуле (2)

· Подключили шунт, как показано на рис. 3, убедились, что предельное значение силы тока, данное преподавателем, оказалось примерно равно значению силы тока на вольтамперметре.

· Рассчитали коэффициент шунтирования по формуле (3) определили цену деления прибора с шунтом и занесли в таблицу (1)

Упр.3. Использовали прибор вольтамперметр в качестве вольтметра с расширением его предела до U_пред.

· Собрали цепь как показано на рис.4

Рис. 4 Электрическая цепь для измерения напряжения

· Используя вольтамперметр в качестве вольтметра с расширением предела измерения, рассчитали дополнительное сопротивление к прибору по формуле (4).

· Рассчитали погрешность дополнительного сопротивления по формуле (5)

· Для проверки расчетов собрали цепь как показано на рис. 4.

· Движком реостата установили такой ток, что стрелка вольтамперметра отклонилась до предела.

· Подключили контрольный вольтметр как показано на рис. 4, убедились, что показания вольтметра? U_пред.

· Используя класс точности, определили абсолютную погрешность приборов.

Результаты измерений

Рассмотрим приборы амперметр и вольтамперметр и запишем их параметры в таблицу.

Табл. 1

Вычисления

Абсолютная погрешность вольтамперметра в качестве:

· амперметра:

o с пределом 3 мА:

o с расширением предела до 20 мА:

· вольтамперметра:

.

Сопротивление шунта:

Погрешность:

Коэффициент шунтирования:

Дополнительное сопротивление:

.

Погрешность:

Вывод

Научились читать, определять технические характеристики приборов, рассчитывать дополнительное сопротивление приборов и сопротивление шунтов. Поняли назначение шунтов и дополнительных сопротивлений.

Рассчитали сопротивление шунта и дополнительное сопротивление для данных схем с допустимой погрешностью:

R_доп=475± 17,8Ом,

R_ш=4,41±0,14 Ом.