Опыт 3. Расширение пределов измерения магнитоэлектрического прибора по напряжению

Для расширения пределов измерения ИМ по напряжению используют добавочные резисторы (см. рис.2.1,в).

Величину сопротивления добавочного резистора R_доб можно определить по величинам сопротивления катушки прибора R_им и коэффициенту расширения предела измерения по напряжению К = U / U_им, показывающему, во сколько раз необходимо расширить предел измерения. Из схемы (см. рис.2.1,в) следует, что

, откуда R_доб = R_им(К–1).

Добавочные резисторы, как и шунты, изготавливают из манганина. При включении ИМ по схеме вольтметра без добавочного резистора изменение температуры будет оказывать большое влияние на показание прибора (погрешность составляет 4% на 10°С изменения температуры). При включении добавочного резистора погрешность вольтметра уменьшается и может быть определена по формуле:

.

Основная погрешность прибора с добавочным резистором больше погрешности измерительного механизма и зависит от погрешностей в сопротивлениях R_доб и R_им. Пренебрегая погрешностями в определении сопротивлений R_доб и R_им по сравнению с погрешностью измерительного механизма, можно приближенно считать, что наибольшая основная погрешность прибора с добавочным резистором равна погрешности измерительного механизма.

Порядок выполнения опыта

1 Рассчитать величину сопротивления добавочного резистора для измерения напряжения U, величина которого задается руководителем (в диапазоне от 0,5 до 10 В).

2 Собрать схему, представленную на рис.2.4.

 

 

 

На магазине R_M установить величину R_доб. Движок переменного резистора R₁ установить в положение, соответствующее минимальному напряжению, подаваемому в схему. Для измерения цифровым вольтметром постоянных напряжений подключить измерительные кабели к выходным гнездам U= и 0. Установить переключатель цифрового вольтметра на предел измерения постоянного напряжения 10 В.

3 Получив разрешение руководителя, включить образцовый вольтметр V₀ и тумблер питания макета. Установить по образцовому вольтметру напряжение, указанное руководителем, при этом стрелка магнитоэлектрического ИМ должна давать номинальное отклонение по шкале.

4 Отключить питание схемы и образцового вольтметра, а также провода вольтметра V₀. Основные характеристики прибора с добавочным резистором привести в табл. 2.3.

Таблица 2.3

Предел шкалы, Um,В	Цена деления, Cv= Um/αm, В/дел	Сопротивление прибора с добавочным резистором, Rv=Rим+Rдоб,Ом,	Наибольшая основная приведенная погрешность прибора с добавочным резистором γ,%	Дополнительная температурная погрешность прибора с добавочным резистором (при изменении температуры на 10^ОС, δt), %	Класс точности прибора с добавочным резистором, γm, %

Опыт 4. Выбор прибора для измерения напряжения

В данном опыте производится выбор прибора для измерения постоянного напряжения в электрической цепи, изображенной на рис. 2.5.

 

 

Сопротивление цепи R_экв, а также выходное напряжение U, подлежащее измерению, может меняться переключателем, положение которого задается преподавателем.

Из числа нескольких приборов, (включая вольтметр, параметры которого рассчитаны в опыте 3), указанных преподавателем, необходимо выбрать вольтметр, позволяющий измерить напряжение с наибольшей точностью: при этом погрешность взаимодействия не должна превышать I%; основная аппаратурная погрешность должна быть минимальной.

При выборе вольтметра необходимо учитывать его назначение, систему, предел измерения, внутреннее сопротивление, класс точности.

После выбора прибора необходимо включить его в цепь, измерить напряжение, записать результат и оценить погрешность измерения.

Порядок выполнения опыта

1 Получить указание преподавателя о параметрах электрической, цепи, в которой производится измерение напряжения (см. рис.2.5), а также о том, из числа каких приборов следует выбирать вольтметры для измерения указанного напряжения.

2 В табл.2.4 записать заданное эквивалентное сопротивление цепи R_экв, порядок измеряемого напряжения U, а также параметры вольтметров (класс точности γ_m, предел шкалы U_m, внутреннее сопротивление), указанные на приборах. Если величина R_v не задана, ее следует определить, исходя из предела шкалы U_m вольтметра и тока полного отклонения I_m:

R_v = U_m/I_m

3 Рассчитать погрешность взаимодействия и основную аппаратурную погрешности измерения каждым вольтметром. Результаты расчета внести в табл. 2.4.

Таблица 2.4

Параметры цепи	Параметры вольтметров	Погрешность измерения напряжений
U, B	Rэкв, Ом	Класс точности, γm	Предел измере­ния, Um, В	Внутрен­нее со­проти­-ление, Rv, Ом	Погрешность взаимодействия, %	Основная аппаратурная погрешность, %

4 Исходя из данных табл. 2.4, выбрать вольтметр, удовлетворяющий поставленным требованиям. Свои выводы согласовать с преподавателем.

5 Подключить выбранный вольтметр к цепи (см. рис.2.5) и после проверки схемы преподавателем включить источник питания. Показания вольтметра записать в табл.2.5. Вычислить относительную и абсолютную погрешности измерения напряжения и внести в ту же таблицу. Пренебрегая погрешностью взаимодействия по сравнению с основной аппаратурной, записать действительное значение напряжения U₀ с учетом погрешности (например, U₀=6,0±0,3В).

Таблица 2.5

Показания вольтметра	Основная аппаратурная погрешность измерения	Действительное значение измеренного напряжения U0=UХ–DUА, В
в делениях	в B	относительная	абсолютная

Оформление отчета

В отчете привести схемы (см. рис. 2.2, 2.3, 2.4, 2.5),табл. 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 с результатами измерений и расчётов, расчётные формулы.

Контрольные вопросы

1 На каком принципе основана работа магнитоэлектрических приборов?

2 По каким схемам можно включать магнитоэлектрические ИМ?

3 Как расширить пределы измерения магнитоэлектрических амперметров и вольтметров?

4 Как производится расчет шунтов и добавочных резисторов?

5 Что собой представляет абсолютная и относительная погрешности измерения?

6 Какая погрешность характеризует точность измерений?

7 Что представляет собой класс точности прибора?

8 От чего зависит погрешность взаимодействия вольтметра?

Литература

1 Основы метрологии и электрические измерения / под ред. Е.М. Душина.– Л Энергоатомиздат, 1987, С. 58–61, 101–102, 385–394.

2 Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин. – М.: Высш.шк., 1982. С.16 – 18, 20 – 21, 36 – 41, 113 – 114, 120 –121.

Лабораторная работа 3