Розширення шкал амперметра і вольтметра

Електричний практикум

Лабораторна робота № 6

РОЗШИРЕННЯ ШКАЛ АМПЕРМЕТРА І ВОЛЬТМЕТРА

Мета роботи: 1. ознайомитись з будовою та основними характеристиками амперметра та вольтметра. 2. ознайомитись з методом розширення їхніх шкал. 3. практично здійснити розширення шкал мікроамперметра і вольтметра та перевірити за допомогою контрольних приладів правильність показів амперметра і вольтметра з розширеними шкалами.

Обладнання: 1. мікроамперметр. 2. вольтметр. 3. магазин опорів. 4. джерело е.р.с. 5. контрольний амперметр і вольтметр. 6. перемикачі.

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

При електричних вимірюваннях досить часто виникає необхідність у зміні меж вимірювання приладу без його відокремлення від того кола, в якому потрібно провести вимірювання. За таких умов, особливо коли йдеться про кола постійного струму, для розширення меж вимірювання амперметрів і вольтметрів застосовують шунти і додаткові опори.

1. ВИМІРЮВАННЯ СТРУМІВ. Прилади, призначені для вимірювання сили струму називаються амперметрами. Щоб виміряти силу струму, який протікає по досліджуваному колу, необхідно пропустити через прилад весь струм, або наперед точно відому його частину. Тому амперметри завжди вмикають в коло послідовно. А щоб їх внутрішній опір не збільшував опір у колі і, отже, не зменшував сили струму, внутрішній опір амперметра беруть дуже малим.

У тих випадках, коли потрібно виміряти силу струму більшу, ніж дозволяє амперметр або розширити межу вимірювання приладу, до нього паралельно приєднують провідник, який називається шунтом. Вимірювальний струм у схемі амперметра (рис. 1) розгалужується так що

Рис. 1.

J = J_а + J_ш. (1)

Спад напруги на шунті і амперметрі однаковий

J_а R_а = J_ш R_ш, (2)

де R_а - внутрішній опір амперметра, R_ш - опір шунта. З (1) і (2) для R_ш отримаємо

. (3)

Якщо вся шкала амперметра розрахована на силу струму J_а, а межу вимірювання необхідно збільшити в n разів, тобто

J = J_а n, (4)

то підставляючи (4) в (3) матимемо

. (5)

Отже, щоб виміряти струм в n разів більший ніж той, на який розраховано амперметр, необхідно паралельно до нього підключити шунт з опором в (n-1) разів менший внутрішнього опору амперметра. Шунти застосовують лише до амперметрів магнітоелектричної та теплової систем. В електромагнітних і електродинамічних амперметрах шунти не застосовують, тому що опір їх повинен бути порівняно великим, а шунти з великим опором громіздкі.

При підключенні до амперметра шунта ціна його поділки зростає в n разів.

2. ВИМІРЮВАННЯ НАПРУГИ. Для вимірювання напруги застосовуються вольтметри. Тому всякий вольтметр повинен вмикатися безпосередньо між тими точками, напругу між якими ним вимірюють. При такому паралельному увімкненні частина струму відгалужується на вольтметр і струм у споживачеві зменшується. Щоб цього уникнути опір вольтметра роблять великим, значно більшим, ніж опір споживача. Як вольтметр використовують чутливий вимірювальний механізм В_М з послідовно ввімкненим додатковим опором (рис. 2).

Рис. 2.

Обчислимо величину додаткового опору до вольтметра, межу вимірювання якого потрібно збільшити в n разів. Якщо до цього вольтметр вимірював максимальну напругу U_В, а після розширення меж вимірювання в n разів він може виміряти напругу U, то n = U/U_В. Якщо збільшення в n разів межі вимірювання вольтметра з внутрішнім опором R_В зроблено за рахунок приєднання додаткового опору R_Д то

U = U_В + U_Д, (6)

де U_Д - спад напруги на додатковому опорі, а

. (7)

При проходженні струму силою J через послідовно з'єднані опори R_В і R_Д

U_В = JR_В, U_Д = JR_Д, а , звідки

R_Д = R_В (n - 1). (8)

Таким чином при розширенні меж вимірювання вольтметра в n разів додатковий опір мусить бути в (n - 1) разів більший внутрішнього опору вольтметра.

Додатковий опір виготовляють з тонкого ізольованого манганінового дроту, намотаного на циліндричні каркаси. Основний спад напруги відбувається на додатковому опорі. Останній монтується всередині приладу і шкала вольтметра градуюється із врахуванням спаду напруги на вимірювальному механізму і додатковому опорі.

Якщо бажають вольтметр зробити багатограничним, то в середині приладу монтують додаткові опори у вигляді секцій.

Додаткові опори застосовують у вольтметрах усіх систем, за винятком електростатичної.

Порядок виконання роботи

1. Зібрати електричну схему, наведену на рис. 3, для розширення шкали амперметра;

Рис. 3.

2. Визначити ціну поділки та межу вимірювання приладу;

3. Розширити межу вимірювання приладу в n разів (за вказівкою викладача), розрахувавши за формулою (5) опір шунта. Обчислити нову ціну поділки приладу;

4. Порівняти покази амперметра, шкала якого розширюється з показами контрольного амперметра А_К;

5. Результати вимірів і обчислень занести до таблиці №1;

Таблиця № 1

№	Контрольний амперметр	Амперметр, шкала якого розширюється
п/п	Ціна	Кількість	Сила	Ціна поділки	Кількість	Сила
	поділки	поділок	струму	стара	нова	поділок	струму

6. Зібрати електричну схему, наведену на рис. 4, для розширення шкали вольтметра;

Рис. 4.

7. Визначити ціну поділки і межу вимірювання приладу;

8. Розширити межу вимірювання приладу в n разів (за вказівкою викладача), розрахувавши за формулою (8) величину додаткового опору. Обчислити нову ціну поділки приладу;

9. Порівняти покази вольтметра, шкала якого розширюється, з показами контрольного вольтметра V_К;

10. Результати вимірів і обчислень занести до таблиці № 2.

Таблиця № 2

№	Контрольний вольтметр	Вольтметр, шкала якого розширюється
п/п	Ціна	Кількість	Напру-	Ціна поділки	Кількість	Напру-
	поділки	поділок	га	стара	нова	поділок	га

Контрольні запитання

1. Які системи електровимірювальних приладів Ви знаєте?

2. Що означає розширити шкалу приладу?

3. Як розрахувати опір шунта і додатковий опір?

Література

1. О.М.Борбат, М.Я.Горбань, І.Я.Кучеров, Л.Я.Рубашевський, О.М. Файдиш. Електричний практикум. Видавництво Київського університету. - К., 1964, - с. 30-32; 45-48; 62-66; 79-81.

2. Сірий Є. І. Загальний фізичний практикум. Львів, 1966, с. 51-56.

Дата добавления: 2015-11-14