Изучение вольтметра магнитоэлектрической системы. Расширение пределов измерения и градуировка вольтметра. Определение сопротивления вольтметра и оценка погрешности измерений напряжения

Министерство Путей Сообщения Российской Федерации

Петербургский Государственный Университет Путей Сообщения

Кафедра физики. Лаборатория электрофизики.

Лабораторная работа № 201/1

Изучение вольтметра магнитоэлектрической системы

Выполнил: студент группы КИБ-208
Брылин Игорь Андреевич

Проверил:

Денисов Александр Владимирович

Цель работы: изучение вольтметра магнитоэлектрической системы.

Краткое теоретическое обоснование: вольтметр состоит из чувствительного прибора МЭС и добавочного сопротивления (R_∂), включенного  последовательно. Прибор МЭС, из которого в работе предлагается сделать вольтметр, смонтирован на отдельной панели. Схема включений приведена на рисунке 1.

Прибор подпаян к клеммам 1, 2. Добавочное сопротивление R_∂ нужно подключить к клеммам 2, 3. Клеммами вольтметра, который при этом получится, будут 1 и 3.

Основными характеристиками прибора МЭС являются максимальное значение тока I₀ и внутреннее сопротивление прибора r. Обе характеристики приводятся на шкале прибора, например,
 I₀ = 100 мкА, r = 750 Ом.

рис1

Произведение I₀ · r = U₀ определяет максимальное значение напряжения, которое может быть измерено данным прибором МЭС. Для приведенных значений I₀ и r получим: U₀ = 7,5·10^–2 В. Диапазон измеряемых напряжений можно существенно расширить, включая последователь с прибором добавочное сопротивление R_∂, как показано на рисунке 1. Определим величину R_∂.

Предположим, что данным прибором нужно измерить напряжение U, которое в n раз больше, чем U₀:

.                           (1)

Измеряемое напряжение U распределяется между последовательно включенными приборам МЭС и R_∂ следующим образом:

U = U₀ + I₀ · R_∂                     (2)

Решим уравнение (2) относительно R_∂:

Учитывая, что , получим:

R_∂ = r (n – 1)                        (3)

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

I часть – расширение пределов измерения и градуировка вольтметра.

Расширение пределов измерения.

1.  Со шкалы прибора МЭС, смонтированного на панели (см. рис. 1), описать значение предельного тока I₀ и сопротивления r. По формуле I₀ · r = U₀ найти предельное напряжение U₀.

2.  Поскольку U₀ мало, надо расширить пределы измерения прибора до значения U, заданного преподавателем. Для этого следует вычислить добавочное сопротивление R_∂, используя формулы (1) и (3).

3.  Установить на магазине сопротивлений R_∂, магазин подключить к клеммам 2, 3 панели с прибором МЭС. Клеммы 1, 3 получившегося вольтметра подключить к клеммам 2, 4 установки параллельно смонтированному в ней вольтметру V (см. рис. 2).

		рис. 2

 

Показать схему преподавателю или лаборанту.

Градуировка вольтметра.

4.  Включить выпрямитель в сеть (~ 220 В), перевести К₁ в верхнее положение и, вращая ручку потенциометра П₁, установить максимальное значение  напряжения по вольтметру установки V или по изучаемому вольтметру.

Записать в таблицу 1 показания вольтметра установки и исследуемого прибора (U и α соответственно). Найти цену деления второго прибора .

5.  Диапазон напряжения разбить на 10-12 интервалов и снять зависимость U(α). Результаты измерений и вычисленные значения цены деления A_U занести в таблицу 1.

Построить градуировочный график U(α).

6.  Вычислить среднее значение цены деления  и погрешность цены деления .

I₀ =            А, r =               Ом, U₀ =              B, U =          B            Таблица 1

U		α, дел	AU = U/ α,В/дел.	∆AU, В/дел.	(∆AU)2, В2/(дел.)2
дел.	В

     II часть – определение сопротивления вольтметра и оценка погрешности измерений напряжения.

     Определение сопротивления (r_V) вольтметра установки.

Для этого изучаемый вольтметр нужно включить последовательно с вольтметром V установки, изображенной на рисунке 2. Цена деления A_U  и внутреннее сопротивление (r+R_∂) изучаемого вольтметра известны. При последовательном соединении вольтметров через них проходит один и тот же ток. Выразим значение тока через напряжения и сопротивления вольтметров.

(4)

Ток через вольтметр V: ,

ток через изучаемый вольтметр:          

где     U – напряжение, измеряемое вольтметром установки V

          U₁ – напряжение, измеряемое изучаемым вольтметром.

     Приравнивая значения токов (4), получим формулу для сопротивления r_V вольтметра V установки:

.                          (5)

1.  Разомкнуть перемычку К₂ установки (см. рисунок 2). К клеммам 6, 7 подключить изучаемый вольтметр последовательно с вольтметром установки V. Переключателем шкал прибора установить диапазон измерения U = 5 В, записать это значение в таблицу 2.

2.  С помощью сопротивления П₁ установить  5-10 значений напряжения. Показания U вольтметра установки и соответствующие им показания α изучаемого вольтметра занести в таблицу 2. Используя значения цены деления  изучаемого вольтметра (или градуировочный график U(α))? измеренным значениям α сопоставить напряжения U₁.

3.  Повторить измерения по п.2 на втором пределе вольтметра установки V (например, U=10 В). Значение диапазона вольтметра V и результаты измерений U и α занести в таблицу 3, которая аналогична таблице 2. Закончив измерения, замкнуть клеммы 6, 7 установки перемычкой К₂ (см. рис.2).

U =              В                                                                                                                             Таблица 2

U, B	α, дел.	U1 = AU · α, В	rV, Ом	∆rV, Ом	(∆rV)2, Ом2

U, B	α, дел.	U1 = AU · α, В	rV, Ом	∆rV, Ом	(∆rV)2, Ом2

U =              В                                                                                                                             Таблица 3