Регулировка напряжения с помощью потенциометра.

Выбирается источник тока с напряжением, не превышающим номинальное напряжение нагрузки . По выбранному значению U ₀ и

необходимо выбрать амперметр и вольтметр (или воспользоваться приборами, которые были выбраны при выполнении первого задания). Соответственно, реальное значение сопротивления нагрузки будет равно:

.

Потенциометр позволяет изменять напряжение на нагрузке в пределах от нуля (движок потенциометра в крайнем левом положении) до U ₀ (движок в крайнем правом положении) независимо от его сопротивления. Для использования в качестве потенциометра выбрать два реостата, исходя из условий , , и убедиться, что для обоих ток в цепи потенциометра не превышает их номинальный ток .

Собрать схему (Рис. 4) и снять зависимости и , или, аналогично первому заданию, и для обоих потенциометров. По полученным результатам построить графики.

Проанализировать полученные при выполнении первого и второго заданий графики и сделать вывод о рациональности использования того или иного метода регулирования тока и напряжения на нагрузке.

Вопросы к зачету по работе.

– Как по известным значениям номинальной мощности и сопротивления определить номинальные силу тока и напряжение?

– Чему равны общие сопротивления последовательно или параллельно соединенных проводников?

– Как рассчитать общее сопротивление смешанного соединения проводников?

– Теоретически обосновать необходимость выполнения условий и при выборе реостата и потенциометра.

Лабораторная работа № 2

Методы расширения пределов измерения
электроизмерительных приборов

Цель работы.

Изучить методы расширения пределов измерения амперметра и вольтметра.

Знания, необходимые для допуска к работе.

– Схемы электроизмерительных приборов;

– Закон Ома для участка цепи постоянного тока;

– Закономерности последовательного и параллельного соединения сопротивлений.

Краткие сведения из теории.

Для расширения пределов измерения электроизмерительных приборов применяют методы последовательного или параллельного подключения к приборам сопротивлений, изменяющих силу тока в цепи или напряжение на зажимах прибора.

Если сила тока, протекающего в цепи, превышает предельно допустимый ток амперметра, то для того, чтобы этот амперметр можно было использовать в данной цепи, применяется метод шунтирования (Рис. 1). Он заключается в подключении параллельно амперметру шунтирующего сопротивления R_ш. В этом случае часть тока пойдет через амперметр, а часть – по шунтирующему сопротивлению, причем соотношение токов, текущих через шунтирующее сопротивление и через амперметр, обратно пропорционально соотношению сопротивлений амперметра и шунта:

,

а сумма токов текущих через амперметр и через шунт равна полному току в электрической цепи:

.

Отсюда следует метод расчета шунтирующего сопротивления:

,

откуда

,

где , коэффициент, показывающий, во сколько раз ток в цепи превышает предельный ток амперметра.

Для расширения пределов измерения вольтметра используется последовательное подключение к нему добавочного сопротивления, которое вместе с сопротивлением вольтметра образует фиксированный делитель напряжения (Рис. 2). Коэффициент деления должен соответствовать отношению напряжения, которое необходимо измерить, и предельному напряжению вольтметра . Полное напряжение равно сумме напряжений на вольтметре и добавочном сопротивлении

,

а напряжения на сопротивлении вольтметра и на добавочном сопротивлении пропорциональны величинам их сопротивлений:

.

Несложный вывод позволяет определить необходимую величину добавочного сопротивления:

.

Амперметр с шунтирующим сопротивлением и вольтметр с добавочным сопротивлением следует рассматривать как новые приборы с расширенными пределами измерения.

Практические задания

1. Расширение пределов измерения амперметра до ~ 10 ¸ 100 мА.

По номинальным значениям цены деления по току C_I и внутреннего сопротивления r _G школьного демонстрационного гальванометра, указанным на гальванометрической шкале, можно определить предельный ток гальванометра , где k – число делений шкалы, и, зная силу тока, которую необходимо измерить I ₀, рассчитать сопротивление шунта:

.

Выбрав напряжение источника тока U ₀, необходимо рассчитать сопротивление, которое включается в цепь для создания тока I ₀: . Потом надо выбрать контрольный амперметр с пределом ³ I ₀.

Собрать схему (Рис. 3), по контрольному амперметру выставить силу тока, заданную преподавателем, и убедиться, что гальванометр с рассчитанным шунтом показывает полное отклонение, т.е. имеет предел измерения, соответствующий именно I ₀. Если при этом токе отклонение стрелки гальванометра не максимально (крайнее деление) или выходит за пределы шкалы, то необходимо экспериментально скорректировать величину сопротивления шунта.

Проградуировать гальванометр по контрольному амперметру, меняя силу тока в цепи, построить график соотношения , где N – деление шкалы гальванометра.

2. Расширение пределов измерения вольтметра до ~ 1 ¸ 10 В.

Зная номинальные значения внутреннего сопротивления r _G и предельное значение тока гальванометра I _G, определить предел измерения гальванометра по напряжению . Получив у преподавателя значение U ₀, рассчитать величину добавочного сопротивления:

.

Зная U ₀, необходимо выбрать контрольный вольтметр с пределом измерения ³ U ₀.

Собрать схему (Рис. 4), выставить по контрольному вольтметру требуемое напряжение U ₀, и, если есть необходимость, скорректировать величину добавочного сопротивления так, чтобы стрелка гальванометра отклонилась на последнее деление.

Отградуировать полученный вольтметр по контрольному прибору, меняя напряжение на источнике, и построить график соответствия напряжения делениям гальванометра .

Проанализировать полученные графики и сделать вывод о рабочих характеристиках полученных электроизмерительных приборов с расширенными пределами измерения.

Вопросы к зачету по работе.

– Объяснить устройство и принцип действия электроизмерительных приборов магнитоэлектрической, электромагнитной и электродинамической систем.

– Почему последовательное или параллельное подключение сопротивления меняет пределы измерения электроизмерительных приборов?

– Теоретически вывести формулы для расчета величины сопротивлений шунта и добавочного сопротивления.

Лабораторная работа № 3

Методы экспериментального определения
электрического сопротивления

Цель работы.

Изучить метод амперметра и вольтметра и мостовой метод определения сопротивления.