Расширение предела измерения вольтметра

пропускании тока I на провода рамки, расположенные вдоль боковой поверхности цилиндра, действуют силы Ампера F. Момент М пары сил Ампера относительно оси ОО равен   M=BSIN,  (1)

где B –  индукция магнитного поля,

N –  число витков рамки,

S –  площадь рамки.

Прибор Мэс может быть использован как вольтметр для измерения напряжения. Вольтметр включается параллельно участку цепи, между концами которого измеряется напряжение ( участок АВ на рис. 2). На вольтметр ответвляется ток I – часть общего тока I0. По закону Ома напряжение на измерительной рамке, сопротивление которой r,  равно

(2)

И равно напряжению на измеряемом участке АВ.

Au – цена деления вольтметра , равная напряжению, при котором стрелка отклоняется на одно деление шкалы прибора; измеряется в вольт/дел.

Чтобы подключение вольтметра возможно меньше изменяло сопротивление цепи, сопротивление вольтметра должно быть много больше сопротивления цепи. Это достигается последовательным подключением к гальванометру добавочного сопротивления.

R

               I0       A                                           B                  I0

 

I

Рисунок 2

В зависимости от назначения прибора МЭС производится его градуировка. Градуировка есть соответствие показаний стрелки по шкале прибора значениям величины тока или напряжения, измеряемых эталонными приборами.

Приборы МЭС различаются по классу точности. Класс точности есть отношение максимальной ошибки прибора к его пределу измерения, выраженное в процентах. Известны следующие классы точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5 и д.р.

Приборы МСЭ используются в цепях постоянного тока. Приборы МЭС имеют равномерную шкалу измерений, работают при малых токах, имеют высокую чувствительность и точность измерений. Приборы МСЭ не чувствительны к внешним магнитным полям.

Расширение предела измерения вольтметра.

Определение внутреннего сопротивления эталонного вольтметра.

Задание № 1 Расширение предела измерения вольтметра

Требуется измерить напряжение U, величина которого превышает предел измерения вольтметра U0, т.е. нужно расширить предел измерения вольтметра в n раз, где

(3)

Для расширения предела измерения к вольтметру последовательно подключают добавочное сопротивление Rд  (рис. 3).

R

            I                 A                                                   B                        I

 

Рисунок 3

При напряжении U  на участке АВ на добавочном сопротивлении напряжение Uд=U-U0.

С учетом (3) Uд=n U0 – U0= U0(n –1 ).

На последовательных участках (вольтметр – добавочное сопротивление) сила тока одинакова, и согласно закону Ома

Rд = r ( n – 1)                                                          (4)

Где r – внутреннее сопротивление вольтметра.

Схема установки:

 

К                               

	П1

 

Rд

+

 

Рисунок 4

Таблица (1) характеристики приборов.

№	Название приборов	Род тока	Система прибора	Класс точности	Пределы измерения	Цена деления
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.

Расчёты:

1. Определить предел измерения U0 прибора МСЭ

2. Определить максимальный ток Imax

3. Определить внутреннее сопротивление r ( оно указано на табло прибора) U0=rImax

4. Определить значение нового предела измерения вольтметра U ( U > U0) или число n.

5. Рассчитать добавочное сопротивление R д по формуле (4), установить это значение на магазине сопротивлений и подключить магазин последовательно к вольтметру.

6. Провести градуировку исследуемого вольтметра. ( Таблица 2).
7.  Построить градуировочный график                     . Определить среднюю цену деления вольтметра и погрешность цены деления по формуле для расчета погрешности прямых измерений.

Таблица (2) расчётов:

№	Uэ, вольт	a, делений	Цена деления Au, вольт/дел	DAu	DAu

Среднее значение:                                                                                                 å=

Градуировочный график:

Задание №2 Определение внутреннего сопротивления эталонного вольтметра.

Подключим к источнику напряжения соединенные последовательно эталонный и исследуемый вольтметры. Через оба вольтметра идет одинаковый ток, поэтому по закону Ома:

(5)

где Rv – сопротивление исследуемого вольтметра,

U – напряжение на исследуемом вольтметре,

rэ – внутреннее сопротивление эталонного вольтметра,

Uэ – напряжение на эталонном вольтметре.

Из (5) следует, что

(6)

Сопротивление исследуемого вольтметра равно

Rv = r + Rд

Следовательно, сопротивление эталонного вольтметра

(7)

Расчёты:

1. соединить последовательно эталонный и исследуемый вольтметр с добавочным сопротивлением, подключить их к источнику напряжения.
2. С помощью потенциометра П1 устанавливать последовательно несколько значений напряжения. (таблица 3)
3. Определить показания исследуемого вольтметра в вольтах с помощью градуировочного графика или цены деления по формуле:

4. Вычислить rэ по формуле (7), определить среднее значение и погрешность