Для измерения электрических величин

Цель работы: 1. Научиться пользоваться электроизмерительными приборами.

2. Закрепить умения измерения физических величин косвенными методами на основе прямых измерений нескольких величин.

 

Литература

Агапов Б.Т., Максютин Г.В., Островерхов П.И. Лабораторный практикум по физике. Учеб. пособие – М.: Высшая школа, 1982г. §§32-34.

 

Вопросы входного контроля

1. Что такое электрический ток? Условия существования электрического тока в цепи.

2. Источник постоянного тока. ЭДС источника.

3. Величины, характеризующие прохождение электрического тока по цепи и единицы их измерения.

4. Закон Ома для участка цепи, для замкнутой цепи.

5. Виды соединения проводников.

6. Действие электрического тока при прохождении по проводнику.

7. Закон Джоуля-Ленца.

8. Магнитное поле, создаваемое проводником с током. Взаимодействие магнитных полей.

9. Переменный электрический ток.

10. Амплитудное и действующее значение переменного электрического тока.

 

Краткая теория

Современные физиологические, диагностические и физиотерапевтические исследования часто требуют измерения различных электрических величин. Например: измерение биопотенциалов, измерение сопротивления биологических тканей электрическому току, измерение параметров тока при воздействии на организм человека и т.д. Кроме того, многие неэлектрические величины для удобства их регистрации также преобразуют в электрические величины. Например: пьезодатчики, преобразующие механические колебания в ЭДС; термодатчики, преобразующие передаваемое количество теплоты в электрическое сопротивление или ЭДС и т.д.

В большинстве подобных случаев измерения проводят при помощи электроизмерительных приборов, т.е. приборов, позволяющих непосредственно при подключении к электрической цепи измерять различные электрические параметры: сопротивление участка цепи, силу тока, мощность, частоту переменного тока и другие.

Электроизмерительные приборы классифицируются по ряду признаков:

- назначению (вольтметры, амперметры, омметры, ваттметры, частотометры и др.);

- роду измеряемого тока (постоянный, переменный, импульсный);

- принципу действия ( магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, индукционные и др.);

- классу точности;

- принципу считывания показаний ( стрелочные, цифровые);

- условиям эксплуатации и т.д.

Большинство приборов показывают значения электрической величины, соответствующие моменту измерения. Эти приборы называют показывающими. Некоторые приборы показывают суммарное значение измеряемой величины за определенный промежуток времени, например, счетчики электроэнергии или дозиметры. Эти приборы называют интегрирующими.

 

Основные части электроизмерительных приборов

У большинства приборов, независимо от их принципа действия, есть общие по назначению части.

Корпус прибора служит для защиты измерительного механизма от механических повреждений.

К зажимам прибора присоединяют провода для подключения его к электрической цепи.

Корректор нужен для установки стрелки на нулевую отметку шкалы.

По шкале прибора отсчитывают значение измеряемой величины.

Отметку шкалы, соответствующую нулевому значению измеряемой величины, называют нулевой. Интервал между двумя соседними отметками шкалы носит название деления шкалы, а значение величины, приходящееся на одно деление шкалы называется ценой деления. Шкалы бывают равномерные (расстояние между отметками шкалы одинаковые) и неравномерные. Внешний вид шкалы и нанесенные на нее условные обозначения зависят от назначения и конструкции прибора (рис.1).

Переключатели рода измеряемого тока ( постоянный, переменный) и рода измеряемой величины (амперметр, вольтметр, омметр и т.п.) позволяют настроить многофункциональный прибор на характер данного измерения.

Переключатель пределов измерения предназначен для расширения диапазона измерения электроизмерительных приборов.

Измерительный механизм – главная часть прибора – представляет собой преобразователь электрических величин в неэлектрические, в частности, в отклонение стрелки.

Некоторые приборы, например, омметры, снабжены автономными источниками электропитания.

 

Рис. 1. Внешний вид панели стрелочного электроизмерительного прибора:

1 – зажимы (клеммы) для подключения прибора к электрической цепи;

2 – стрелка;

3 – винт корректора;

4 – шкалы для измерения в цепях переменного (~) и постоянного (-) тока;

5 – обозначение на шкале, показывающее, что при измерении шкала прибора должна быть горизонтальной;

6 – переключатели рода измеряемого тока;

7 – переключатель рода измеряемой величины (напряжение V или сила тока А(мА) и пределов измерения;

8 – обозначение класса точности прибора при измерениях в цепи переменного тока (~1,5) и постоянного (-1,0) тока.

 

Класс точности прибора

Одной из основных характеристик прибора является степень точности, с которой можно производить измерения при помощи этого прибора. По степени точности электроизмерительные приборы делятся на несколько классов точности. Класс точности определяется в зависимости от предела допустимой погрешности прибора, вызванной особенностями его устройства.

Абсолютной погрешностью прибора DА называют разность между показанием прибора А_п и действительным значением А_д измеряемой величины:

DА = А_п - А_д .

Относительной приведенной погрешностью прибора Е называют выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности прибора к пределу измерения А_к, который соответствует положению на конечной отметке шкалы прибора в соответствии с выбранным пределом измерения:

Класс точности прибора ( К) определяется наибольшей допустимой приведенной погрешностью прибора.

Класс точности определяет абсолютную приборную погрешность d_пр в процентах от наибольшего значения величины, которое может быть измерено прибором при данном пределе измерения:

Например, амперметр (рис. 2), имеющий класс точности К=1,5 (на рисунке выделен цифрой 1) установлен на предел измерения I_k=5А (выделен цифрой 2). Значит, абсолютная погрешность при измерении силы тока на этом пределе измерения будет составлять 1,5% от 5Ампер, т.е.

Рис. 2.