Расширение пределов измерения вольтметра, градуирование реостатированного вольтметра

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 25

Реостатирование вольтметра

Цель работы: расширить пределы измерения вольтметра, проградуировать реостатированный вольтметр.

Приборы и принадлежности: вольтметр реостатируемый, вольтметр контрольный, магазин сопротивлений, источник тока.

Методические указания

Для измерения падения напряжения на каком-либо участке электрической цепи параллельно ему включается вольтметр. Так как сам прибор имеет конечное внутреннее сопротивление, его включение в схему изменяет параметры исследуемой цепи. Чтобы эти изменения были малы, внутреннее сопротивление прибора Rv должно быть много больше сопротивления исследуемого участка цепи Ro. Каждый вольтметр имеет предел измерения напряжения. Если предел измерения прибора (т.е. максимальное значение напряжения, допустимое для измерения) недостаточен для измерения, то можно расширить пределы измерения вольтметра путем его реостатирования. Для этого последовательно с внутренним сопротивлением прибора Rv включают внешнее добавочное сопротивление Rg. Добавочное сопротивление по величине должно быть таким, чтобы на него падало все избыточное напряжение, т.е. та часть максимального напряжения, которая превышает предел измерения прибора. Таким образом, добавочное сопротивление используют, чтобы разгрузить реостатируемый вольтметр.

Составим формулу для вычисления добавочного сопротивления. Пусть необходимо измерить напряжение на участке АВ, максимальное значение которого Uo в n раз больше предела измерения U вольтметра Vp (рис. 1).

                                                            Ro

A                                                                      B

                                                                            

Vp

                                                                  

                                                                    Uo

                                             Rv

                                   I                               Rg

                             C                                                                           D

                                                                Рис. 1

Назовем отношение Uo/U реостатирующим множителем:

                                                                                                   (1)

Из схемы на рис. 1 видно, что если падение напряжения на участке АВ равно Uo, то на параллельном участке CD оно также равно Uo и равно

                                                             (2)

Учитывая, что I·Rv=U из (1) и (2) следует:

                                                                          (3)

что после деления на I дает:

                                                                                (4)

Порядок выполнения работы

1. Получить задание у преподавателя (значение реостатирующего множителя n).

2. По формуле (4) вычислить значение Rg (значение Rv указано на приборе).

3. Набрать значение Rg на магазине сопротивлений.

1.  Собрать электрическую схему согласно рис. 2, где Vk - контрольный вольтметр, R - потенциометр.

 

Vk

Vp

 

               ~              R

                                                                            

                                                                             Rg

                                                           Рис. 2

2.  Проградуировать реостатированный вольтметр, т.е. сопоставить его показания по всей шкале с показаниями контрольного вольтметра, изменяя величину измеряемого напряжения с помощью потенциометра R, определить по контрольному вольтметру напряжения Uk, которые соответствуют ряду положений ? стрелки реостатированного вольтметра (где ? - деления). Положения ? стрелки надо выбирать так, чтобы они охватили всю шкалу реостатированного вольтметра. Результаты 6-8 опытов занести в таблицу 1.

Таблица 1

Величина	α	Uk	C· α	ΔU	ε
	Дел.	В	В	В	%
1…

1.  Построить градуировочный график Uk(α), где по оси абсцисс отложить ?, а по оси ординат - показания контрольного вольтметра (рис. 3).

                Uk

                                                                             

                Uв                                                      B

                 Ua                  A

                                α (a)                             α(в)                                         α

                                                                  Рис. 3

По графику определить цену деления реостатированного вольтметра:

                           

2.  Вычислить для всех ? значения С· ?. Занести их в таблицу 1. Вычислить абсолютную погрешность градуировки: ΔU=| С·? - Uk | и относительную погрешность ? = (ΔU/Uk)100%.

3.  Вычислить цену деления реостатированного вольтметра до подключения Rg. Для этого предел измерения прибора разделить на полное число делений шкалы.

Контрольные вопросы

1.  Для чего применяется реостатирование вольтметра?

2.  Как включают добавочное сопротивление и для чего оно служит?

3.  Почему при включении добавочного сопротивления показания вольтметра уменьшаются?

4.  Как распределяется падение напряжения между вольтметром и добавочным сопротивлением?

5.  Что называется реостатирующим множителем? Что он показывает?

6.  Что измеряет вольтметр?

7.  Что называется ценой деления прибора? Как изменяется цена деления вольтметра при включении добавочного сопротивления?

Литература

1.  Г.А. Зисман, О.М. Тодес. Курс общей физики. Т.2, гл. IV. 1972.

2.  И.В. Савельев. Курс общей физики. Т.2, гл. V. 1978.