Компенсационные методы измерений. Измерение ЭДС и напряжений потенциометром (Отчет по лабораторной работе № 4.1)

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Физический факультет

Кафедра общей физики

Кислер Дмитрий Владимирович

ОТЧЕТ

О лабораторной работе № 4.1

«Компенсационные методы измерений.

Измерение ЭДС и напряжений потенциометром»

Измерительный практикум, 1 курс, группа 7361

Преподаватель измерительного практикума

_________________ Климкин В.Ф.

«__»_____________ 2007 г.

Новосибирск, 2007 г.

1  Введение

Цель работы: изучение компенсационных методов измерения электрических величин.

Оборудование: потенциометр постоянного тока, термопара, нуль-термостат, печь с тиглем, двухкоординатный самописец.

1.1  Краткая теория

Потенциометр – прибор, предназначенный для измерения электродвижущей силы или напряжения методом сравнения. В качестве элемента сравнения в потенциометре, как правило, используются рабочие эталоны напряжения. Этим обеспечивается высокая точность и надежность измерений.

1.1.1  Принцип действия потенциометра

Суть компенсационного метода измерения заключается в следующем (рис. 1): источник измеряемого напряжения Ux включается встречно регулируемому образцовому источнику Uобр и, меняя напряжение образцового источника, можно добиться нулевых показаний нуль-индикатора А (чувствительного вольтметра или амперметра) – тем самым произвести измерение Ux = Uобр.

Для обеспечения высокой точности измерений в качестве элемента сравнения Uобр необходимо применять эталон напряжения. К сожалению, регулируемых эталонов напряжения не существует.            

Поэтому измерение проводится в два этапа: снимается опорное напряжение с движка переменного сопротивления R₀ при поочередном подключении к нему эталонного напряжения E_N (рис. 2а) и измеряемого напряжения E_x (рис. 2б). Далее находится положение движка R₀ при котором  напряжение, снимаемое с делителя, уравновесится напряжением E_N (E_x). Если компенсация E_N, E_x произошла при сопротивлениях делителя R_N иR_x, то верно следующее соотношение: => . Таким образом, измерив R_N и R_X,, мы получим отношение измеряемого напряжения к эталонному.

1.1.2  Одноконтурный потенциометр

Метод описанный в пункте 1.1.1 работоспособен, но неудобен, т.к. требует вначале измерения сопротивлений R_N и R_x, затем расчета их отношения и вычисления E_x. Для упрощения процедуры измерения в реальном потенциометре строго фиксируют ток, протекающий через R₀ (рабочий ток потенциометра). Это позволяет заранее отградуировать делитель напряжения непосредственно в Вольтах (а не в Омах), что гораздо упрощает процедуру измерения – сразу после компенсации напряжения E_x его значение можно прочитать по оцифровке делителя.

Упрощенная схема потенциометра, показанная на рис. 3, отличается от схемы, приведенной на рис. 1, дополнительным сопротивлением Rб, предназначенным для регулирования тока в цепи R₀, отдельным входом для подключения рабочего эталона напряжения (нормального элемента Вестона) и переключателем П, при помощи которого можно подключать к делителю R₀ либо измеряемое, либо эталонное напряжение.

Нормальный элемент используется для настройки рабочего тока при подготовке

потенциометра к работе. Он, как видно из схемы, подключается в фиксированную точку

делителя. Эта специальная контрольная точка, выбранная таким образом, чтобы при

протекании через R₀ рабочего тока напряжение в этой точке было в точности равным ЭДС

нормального элемента Вестона. Поэтому, если при помощи переключателя П подключить

нормальный элемент к делителю, то при токе равном рабочему нуль-индикатор должен

показать ноль. Если же это не так, то ток следует отрегулировать при помощи Rб добившись

нулевых показаний индикатора. После того как рабочий ток установлен, потенциометр готов

к работе.

1.1.3  Многоконтурный потенциометр

Многоконтурный потенциометр представляет собой несколько одноконтурных потенциометров, смонтированных в одном корпусе и соединенных так, чтобы снимаемые с них напряжения суммировались на едином входе многоконтурного потенциометра. Данное техническое решение применяется для увеличения точности прибора с большой дискретностью. Например, вместо одного источника Uобр с выходным напряжением (0÷1) В и дискретностью установки 1 мкВ можно включить последовательно два источника: (0÷1) В с дискретностью 1 мВ и (0÷1) мВ с дискретностью 1 мкВ.