Практикум введение в технику эксперимента лабораторная работа 2




Скачать 103.46 Kb.
НазваниеПрактикум введение в технику эксперимента лабораторная работа 2
Дата публикации15.05.2013
Размер103.46 Kb.
ТипЛабораторная работа
litcey.ru > Физика > Лабораторная работа



КАФЕДРА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

Практикум
ВВЕДЕНИЕ В ТЕХНИКУ ЭКСПЕРИМЕНТА


Лабораторная работа 2

ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ В ЦЕПЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА


Задача посвящена знакомству с техникой измерений си­лы тока и напряжения в цепи постоянного тока с помощью широко рас­пространенных в лабораторной практике приборов: многопредельных стрелочных и электронных вольтметров, амперметров, комбини­рованных приборов (тестеров).

Общие сведения


Для измерения силы тока применяют приборы, называемые ампермет­рами. В основе их работы лежит однозначная зависимость угла поворо­та стрелки индикатора (а, следовательно, и показаний прибора), соеди­ненной с подвижным узлом, от величины силы тока, протекающего через измерительный узел прибора. Для измерения амперметры включают после­довательно в разрыв цепи в том ее участке, где необходимо определить силу тока (рис.1).

Очевидно, что чем меньше внутреннее сопротивление ам­перметра, тем меньшее изменение величины силы тока в цепи вызовет его включение, а следовательно, тем точнее будет определено истинное значение. Поэтому подобные измерения имеют смысл лишь когда выполняется условие

rA << R

где rA – внутреннее сопротивление прибора. Для расширения преде­лов измерений параллельно амперметру подключают резисторы, сопроти­вление которых меньше внутреннего сопротивления прибора. Их назы­вают шунтами. Сопротивление шунта определяется из соотношения



где n - число, показывающее во сколько раз увеличен предел измере­ния, rш - величина сопротивления шунта.

Шкалы амперметров обычно градуируют непосредственно в единицах силы тока: амперах, миллиамперах или микроамперах. Нередко в ла­бораторной практике применяет многопредельные амперметры. Внутри ко­рпуса таких приборов размещают несколько различных шунтов, которые подключаются параллельно индикатору с помощью переключателя пределов измерений. На лицевой панели многопредельных приборов указывают мак­симальные значения силы тока, которые могут быть измерены при том или ином положении переключателя пределов измерений. Цена деления шкалы (если у прибора имеется единственная шкала) будет разной для каждого предела измерений. Часто многопредельные приборы имеют нес­колько шкал, каждая из которых соответствует определенному пределу измерений.

Если для измерений в цепи постоянного тока применяется универ­сальный прибор, допускавший выполнение измерений а цепях и постоян­ного, и переменного тока, или комбинированный прибор, предназначен­ный для измерения различных электрических величин, то переключатель рода работы следует установить в положение, соответствующее измере­нию силы тока в режиме "постоянный ток" (обычно это положение обоз­начается символом ""). Отсчет показаний при этом производится по той шкале, против которой указаны символы "" и "А" (или "mА", "А"). Если нулевое значение шкалы амперметра расположено слева (а не посередине), то во избежание выхода из строя прибора необходимо следить за полярностью его подключения в цепь. Входную клемму при­бора, обозначаемую символами "", "" или "общ", подключают к той точке разрыва цепи, которая имеет меньший потенциал, относительно другой точки, подключаемой к входной клемме, обозначаемой символа­ми + или "А".

Заметим, что из-за малой величины внутреннего сопротивления амперметров измерения силы тока сле­дует производить, по возможности, лишь после того, как известно приблизительно (хотя бы по порядку величины) ожидаемое значение.

Если оно не известно, то измерение следует начинать, используя максимальный предел, так как в этом случае вероятность превышения значения силы тока в цепи максимально допустимой для данного прибо­ра (а следовательно, и выхода его из строя) будет наименьшей. Если после такого включения в цепь прибора стрелка отклонится на слишком малый угол, то необходимо перейти на меньший предел, предварительно отклю­чив прибор из цепи. Оптимальным можно считать выбор того предела из­мерений, при котором стрелка индикатора в процессе измерения будет располагаться в правой части шкалы.

Для измерения напряжения на участке цепи (разности потенциалов между точками, ограничивавшими исследуемый участок, применяет при­боры - вольтметры, подключаемые параллельно исследуемому участку (рис.2). Фактически вольтметр (кроме приборов некоторых систем, например электростатической) представляет собой амперметр, шкала кото­рого проградуирована в единицах напряжения - вольтах, милливольтах, микровольтах, киловольтах. Однако в отличие от амперметров, внутреннее сопротивление вольтметра rв должно быть как можно больше соп­ротивления того участка цепи R, на котором проводятся измерения. В противном случае параллельное подключение прибора приведет к существенному изменению величины силы тока в цепи и, следовательно, к заметному изменению разности потенциалов, подвергаемой измерению.

Для расширения пределов измерений последовательно с вольтметром включают добавочные сопротивления rд, величина которых может быть определена из соотношения

rд = (n–1)rв

где п - число, определяющее во сколько раз требуется увеличить пре­дел измерений. Размещение нескольких добавочных сопротивлений и пе­реключателя, позволяющего их подключать к индикатору, внутри корпуса прибора, дает возможность конструировать многопредельные вольтметры. На их лицевых панелях рядом с переключателем пределов измерений ука­зывают максимальные значения разности потенциалов, которые могут быть измерены при том или ином положении переключателя.

При выполнении измерений в целях постоянного тока следует, так же как и при измерениях силы тока, соблюдать полярность подключения прибора к цепи. При использовании комбинированных многопредельных приборов переключатель рода работы должен быть установлен в положе­ние, соответствующее измерению напряжения в цепи постоянного тока (оно обычно обозначается символами "","+U", "U" или "V"). От­счет показаний производится по тем шкалам, рядом с которыми указаны символы "V" и "". Цена делений определяется для каждого предела измерений или для каждой шкалы в отдельности.

Большой точности измерения напряжения можно достичь, если вос­пользоваться ламповыми, транзисторными или электронно-цифровыми во­льтметрами. Их внутреннее сопротивление, как правило, значительно превышает внутреннее сопротивление обычных стрелочных вольтметров. Однако, в силу конструктивных особенностей и способов преобразования исследуемой величины в показания прибора, при выполнении измерений, а также перед их началом, необходимо периодически проверять правиль­ность установки нулевого значения по шкале или цифровому индикатору. Для этого переключатель режимов работы необходимо установить в поло­жение "контроль нуля" (иногда оно обозначается символом ">0<") и замкнуть накоротко входные клеммы прибора. При необходимости регули­ровка нулевого положения стрелки или установка нулевого значения на индикаторе осуществляется вращением ручки переменного резистора, ря­дом с которым на лицевой панели указывают "установка нуля" или ">0<").

При выполнении одновременных измерений силы тока и напряжения в цепи возможны два варианта подключения приборов, представленные на рис.3. Очевидно, что вариантом (а) можно пользоваться, когда внутреннее сопротивление вольтметра rв значительно превышает сопротивле­ние участка цепи R, а вторым (б) – когда вну­треннее сопротивление амперметра rА значительно меньше величин R.
^

Практическая часть


При выполнении задачи используются различные электроизмеритель­ные приборы, описания и инструкции по эксплуатации которых выдаются перед работой. Перед началом измерений все приборы нужно подготовить к работе согласно их инструкциям. В случае использования для измерений ламповых, транзисторных или цифровых вольтметров, то до нача­ла измерений, после прогрева приборов в течение около десяти минут, необходимо выполнить проверку правильности установки нулевых значений.
^

Упражнение I. Измерение напряжения в цепи постоянного тока.


При выполнении этого упражнения необходимо выполнить ряд изме­рений напряжения в цепи постоянного тока. Цепь состоит из постоянных резисторов, размешенных на учебной плате. Принципиальная схема блока представлена на рис.4. Установленные на плате кнопки в нормальном положении замкнуты. При нажатии они размыкают соответствующий участок цепи, что дает возможность измерить в нем силу тока, подключив а разрыв амперметр.

Клеммы А и В подключаются соединительными проводами к источнику постоянного тока, напряжение которого можно установить в пределах 125 В. Все измерения необходимо выполнить для одного напряжения источника, заданного преподавателем, которое нужно записать.

При подсоединении к кле­ммам А и В источник должен быть выключен, а ручки регулировки установлены в крайнее положение, соответствующее минимуму выходного напряжения. После этого источник включают, а по вольтметру, подключенному ко входу платы, устанавливают заданное напряжение.

Измерения проводятся для резисторов, номера которых задаются преподавателем (обычно 5 резисторов).

Вольтметр поочередно подключается параллельно каждому резистору, используя установленные на них клеммы. Каждое измерение выполняют один раз и определяют погрешность измерения, учитывая класс точности прибора и погрешность считывания.

В случае использования электронно-цифрового вольтметра, измере­ния следует проводить однократно в автоматическом режиме работы, погрешность результата определяется согласно описанию прибора.
Все результаты измерений следует оформить в виде таблицы, в которой указывают номера резисторов, на ко­торых производились измерения, полученные значения напряжений и значения погрешности каждого измерения.
^

Упражнение 2. Измерение силы тока в различных участках цепи


НЕ МЕНЯЯ напряжение на источнике питания, измерьте силу тока в тех же резисторах, что и при выполнении пер­вого упражнения. В качестве измерительного прибора применяется комбинированный прибор, включаемый в режиме измерения силы постоянного то­ка.

Для измерения силы тока в последовательном участке цепи нужно подключить амперметр параллельно кнопке, размыкающую данную цепь, и нажать на кнопку. При этом амперметр покажет ток в данном участке. Разумеется, амперметр не обязательно подключать рядом с измеряемым резистором, он может быть в любом месте последовательной цепи, в которую входит данный резистор.

Во избежание выхода из строя стрелочного прибора необходи­мо внимательно следить за соблюдением полярности его подключения и за выбором пределов измерений. Начинать измерения нужно, как правило, с самого грубого диапазона. Результаты всех измерений заносят в указанную выше таблицу.

В некоторых платах для разрыва цепи при измерении силы тока используются перемычки, которые зажимаются винтами клемм. Работа с ними аналогична работе с кнопками. Нужно только не забывать восстанавливать соединение перемычек после проведения измерения.
По результатам измерений, полученным в первом и втором упражнении, рассчитывают сопротивления заданных резисторов с оценкой ошибок измерения.
^

Упражнение 3. Одновременное измерение напряжения и силы тока


В этом упражнении измерения проводятся на тех же резисторах, НЕ МЕНЯЯ напряжение на источнике питания. Вольтметр и амперметр к измеряемому резистору нужно подключать одновременно согласно варианту, показанному на рис.3а. По измеренным значениям U и I рассчитываются сопротивления данных резисторов с оценкой ошибок. Результаты нужно занести в таблицу.

Поскольку используемый в задаче амперметр имеет сопротивление, сравнимое с сопротивлением некоторых резисторов, его подключение может заметно изменить распределение токов и напряжений на элементах платы, и результаты измерений и расчета сопротивлений будут отличаться от полученных выше в упражнениях 1-2.
^

Упражнение 4. Измерение вольт-амперной характеристики
нелинейного элемента


Вольт-амперной характеристикой (ВАХ) элемента называется зависимость тока через него от приложенного напряжения. ВАХ является основной характеристикой нелинейного элемента, необходимой для описания его работы в электрических цепях. Измерения ВАХ можно проводить как на постоянном токе, так и на переменном токе, т.е. в динамическом режиме.

В данном упражнении измеряется на постоянном токе ^ ВАХ полупроводникового p/n перехода. Измерения проводятся на полупроводниковом элементе – стабилитроне, который представляет собой прибор с одним p/n переходом. В отличие от обычного выпрямительного диода, стабилитрон может, не разрушаясь, работать в режиме электрического пробоя, если только ток через него не превышает допустимых значений. Поэтому на стабилитроне можно наблюдать все характерные участки ВАХ p/n перехода, включая и область пробоя, возникающего в нашем случае при запирающих напряжениях порядка 4-15 В. Краткие сведения о стабилитроне можно получить из [3].

Поскольку ^ ВАХ должна быть измерена при обеих полярностях приложенного к p/n переходу напряжения, измерения можно провести с использованием схемы со встречным включении двух регулируемых источников питания. Меняя напряжения U1 и U2, можно без переключения полярности проводов получить любое напряжение от –Umax до +Umax, где Umax - максимальное напряжение источника. В используемом блоке питания оба источника тока гальванически независимы, поэтому такие соединения допустимы.

Важным преимуществом такой схемы является возможность получения близких к нулю напряжений даже тогда, когда каждый из источников не может дать таких малых напряжений. Это имеет место в нашем блоке питания, у которого Umin  (0.5 … 0.8) В. Напряжения, меньшие Umin (вплоть до нуля), можно получить, если установить на одном из источников небольшое произвольное напряжение (порядка 1,5 - 2 В) и скомпенсировать его вторым источником до любого нужного малого напряжения.

Дополнительный резистор R, включенный последовательно со стабилитроном, необходим для ограничения максимального тока и подобран таким, чтобы было можно подавать на схему любое напряжение от –25 до +25 В. При непосредственном подключении стабилитрона к источнику тока он может сгореть. Наличие такого ограничительного сопротивления, как правило, обязательно при включении в цепь любых нелинейных элементов, способных к резким скачкам тока.

Процедура измерений состоит в регистрации тока I(U) в зависимости от приложенного к элементу напряжения U. Напряжение с блока питания нужно менять в пределах (–25 … +25) В. Число измеряемых точек выбирается из условия четкого представления хода ВАХ во всех ее участках (не менее 5-6 для каждой полярности).

При построении графика нужно выбрать наиболее удобный масштаб, разрывы на осях и т.д. Положительное направление шкал U и I должно соответствовать прямому току p/n перехода, направление которого указано стрелкой на самом стабилитроне и на плате.

На графике нужно изобразить интервалы ошибок экспериментальных точек.

Оформление упражнения включает номер платы, схему, таблицу данных, расчетные формулы, график.
Примерные вопросы к допуску и сдаче задачи

- Системы стрелочных измерительных приборов [1]

- Условные обозначения на стрелочных измерительных приборах разных систем [2]

- Влияние собственных сопротивлений амперметра и вольтметра на точность измерений силы тока и напряжений.

- Почему в упражнении 3 вольтметр и амперметр рекомендуется подключить к измеряемому резистору по варианту Рис.3а?

- Для какой части вольт-амперной характеристики стабилитрона вольтметр и амперметр лучше подключать по варианту Рис.3а и Рис.3б?

- Как оценить погрешности измерений стрелочными приборами?
Литература

1. Д.А. Соболев, «Введение в технику физического эксперимента»: §3,4,5,8,9,10;
2. Ibid. Приложение, табл.I-IV (с.164-167).

3. Ibid. § 20 (с.99-100)


Похожие:

Практикум введение в технику эксперимента лабораторная работа 2 iconПрактикум введение в технику эксперимента ананьева Н. Г., Самойлов В. Н., Киров С. А
Электронно-лучевой осциллограф. Лабораторная работа 4 (практикум “Введение в технику эксперимента”). Учебное пособие / Н. Г. Ананьева,...
Практикум введение в технику эксперимента лабораторная работа 2 iconПрактикум введение в технику эксперимента лабораторная работа 1
Задача посвящена знакомству с распространенными приборами измерения активного сопротивления: аналоговыми – стрелочным омметром и...
Практикум введение в технику эксперимента лабораторная работа 2 iconПрактическая работа №15. Психология следственного эксперимента, обыска и опознания
Сформировать представление о месте происшествия и стадиях проведения следственного эксперимента
Практикум введение в технику эксперимента лабораторная работа 2 iconЛабораторная работа №5. Создание сносок, ссылок и оглавлений
Курсор автоматически перейдет в конец страницы. Напишите текст сноски: «Моя первая лабораторная работа word»
Практикум введение в технику эксперимента лабораторная работа 2 iconЛабораторная работа № Настройка текстового процессора Microsoft Word. 2
Лабораторная работа № Редактирование документа в текстовом процессоре Microsoft Word. 4
Практикум введение в технику эксперимента лабораторная работа 2 iconЛабораторная работа №1. Тема «Таблицы и графики в статистике»
Вывод: Лабораторная работа №1 была проведена с целью освоения темы диаграммы и графики. В ходе лабораторной я научилась строить графики...
Практикум введение в технику эксперимента лабораторная работа 2 iconЛабораторная работа Создание и использование запросов (продолжение)....
Задание Используя запрос на выборку, получите все альбомы на кассетах в стиле «рок». Рис. 52
Практикум введение в технику эксперимента лабораторная работа 2 iconЛабораторная работа Создание и использование запросов (продолжение)....
Задание Используя запрос на выборку, получите все альбомы на кассетах в стиле «рок». Рис. 52
Практикум введение в технику эксперимента лабораторная работа 2 icon«Информация и ее свойства»
Охватывают всю вычислительную технику и технику связи и, отчасти, — бытовую электронику, телевидение и радиовещание
Практикум введение в технику эксперимента лабораторная работа 2 iconЛабораторная работа № 2-02. Основы визуального программирования....
Цель работы – ознакомиться с возможностями языка C# и платформы. Net по созданию оконных приложений и научиться использовать основные...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
litcey.ru
Главная страница