Робота 2. Метод компенсації в електричних вимірюваннях

Робота 2. МЕТОД КОМПЕНСАЦІЇ В ЕЛЕКТРИЧНИХ ВИМІРЮВАННЯХ

1. Вимірювання електрорушійної сили джерела струму методом компенсації.

Електрорушійна сила /е.р.с./ джерела струму дорівнює різниці потенціалів на полюсах розімкненого елемента. Тому для вимірювань е.р.с. джерел створюють умови, при яких струм через джерело не проходить.Досягається це компенсаційним методом, який є одним з основних точних електричних вимірювань. Схема методу показана на мал.3. На ділянку опорів подається напруга від джерела . Джерело з невідомою е.р.с. підключається до частини назустріч . При довільних опорах та на ділянках кола проходять струми , , .

За законами Кірхгофа , , , де та - сумарні опори відповідних джерел та з’єднувальних провідників. Якщо струм через не проходить / /, , , /1/
можна визначити, не вимірюючи безпосередньо та . Для цього після вимірювання опору , при якому струм через відсутній, замість включається джерело з відомою е.р.с. , величина якої з часом не змінюється. За таке джерело звичайно править нормальний елемент /елемент Вестона/ [1].

При попередньому значенні сумарного опору знайдемо нове значення опору , при якому струм через елемент дорівнює нулю. Тоді
. /2/

З /1/ та /2/ знаходимо
. /3/

Таким чином, вимірювання е.р.с. зводиться до вимірювання опорів, яке можна виконати з високою точністю.

2. Вимірювання термоелектрорушійної сили диференціальної термопари за допомогою потенціометра постійного струму.

Диференціальна термопара – це пристрій з двох різних провідників, кінці яких з’єднані надійними контактами /зварені або зпаяні/. Якщо контакти термопари підтримувати при різних температурах, в колі виникає термоелектрорушійна сила: тим більша, чим більша різниця температур контактів /мал.5/. Для деяких, найбільш застосовуваних на практиці термопар, т.е.р.с. в широкому інтервалі лінійно залежить від різниці температур контактів: . Термопари широко використовуються для вимірювання температури. Для цього треба вимірювати т.е.р.с., що при точних дослідах виконується компенсаційним методом.

У даній роботі використовується мідь-константанова термопара та стандартний прилад для вимірювань компенсаційним методом. Такі прилади називаються потенціометрами. Для вимірювання т.е.р.с. у даній роботі використовується потенціометр типу ПП-63.

Принцип роботи потенціометра постійного струму такий.

В схемі /мал.4/ /1/ при відсутності струму через . Можна задати сталим робочий струм , наприклад , тоді опір, на який замикається в момент компенсації, може бути проградуйований в одиницях е.р.с. Для встановлення робочого струму нормальний елемент з підключається до опору , регулюванням опору досягають компенсації і тим самим створюють у колі з заданий робочий струм . Після встановлення робочого струму включається джерело з і регулюванням опору досягається компенсація. При цьому в потенціометрі контакти опорів та з’єднані між собою так, що умова незмінності /при зміні / виконується автоматично: опір, що включається в одному магазині, виключається в другому.

3. Вимірювання сили струму компенсаційним методом.

Для вимірювання сили струму в колі джерела /мал.6/ у це коло крім необхідних у цьому приладів /у нашому випадку джерело , змінний опір , опір-навантаження , міліамперметр/ включається еталонний опір . Із співвідношення знаходять силу струму в колі. Для визначення клеми 1 і 2 підключаються до клем 1- 2 схеми мал.4 замість ; визначається таким самим методом, як .

Компенсаційні виміри сили струму можуть бути використані для градуювання міліамперметра. Тому в колі, в якому вимірюється сила струму, крім постійного опору-навантаження , є ще змінний опір та міліамперметр. Змінний опір дозволяє змінювати струм через міліамперметр. Струм вимірюється компенсаційним методом. Будується графік залежності струму через міліамперметр від показів приладу.

4. Вимірювання опорів компенсаційним методом.

Припустимо, треба виміряти опір в схемі мал.6. Через та проходить струм однакової сили. Тому та , де та відповідно значення падіння напруг на та . Тому, якщо виміряти та компенсаційним методом, знайдемо:
.
Для цього до клем схеми мал.4 підключаються по черзі клеми 1-2 та 3-4 схеми мал.6 та методом компенсації вимірюються та . Виміри виконуються при різних значеннях сили струму в колі. Всі виміри починаються при максимальному значенні /мал.4/ і закінчуються при .

Мета роботи: ознайомитись з основними характеристиками і будовою джерела е.р.с.; з’ясувати особливості вимірювань е.р.с. гальванічних елементів методом компенсації; виміряти е.р.с. гальванічного елемента і термо-е.р.с. диференціальної термопари.

Необхідні прилади: досліджуваний гальванічний елемент, нормальний елемент Вестона, джерело постійного струму 5-8, е.р.с. якого більша за е.р.с. досліджуваного елемента, два послідовно з’єднані декадні магазини опорів, магазин опорів типу МСВ/ Ом/, гальванометр з нулем відліку в центрі, перемикач, телеграфний ключ.

Для виконання роботи використовується робоча схема, наведена на мал.4. Тут - джерело на 6 В; - змінний опір від 0 до Ом, який обмежує струм через еталонне джерело, а також дозволяє змінювати чутливість схеми; - телеграфний ключ, який вмикає коло вимірювального елемента на короткий час, щоб уникнути поляризації елемента та зміни його е.р.с. Нормальний елемент Вестона має е.р.с.: .

Завдання та обробка результатів вимірюваннь

1. Скласти схему /мал.4/.

2. Встановити максимальний опір , замкнути . Вибрати Ом, перемикачем ввімкнути . Змінюючи співвідношення між та /при незмінній їх сумі/, звести струм через гальванометр до нуля. Поступово зменшуючи опір до нуля, знов досягти відсутності струму в колі гальванометра, остаточно визначити .

3. Перемикачем ввімкнути джерело з . Скомпенсувати при Ом, поступово підвищуючи чутливість схеми. Визначити .

4. Повторити досліди /п.п.2,3/ при , Ом та ін.

5. Розрахувати за /3/. Результати вимірювань зручно навести в таблиці:

(Ом)

(Ом)

(Ом)

(В)

(В)

6. Виміряти т.е.р.с. диференціальної термопари. Для цього один спай термопари опустити в колбу з водою, що кипить. Спай повинен знаходитись у парах води /температура спаю /. Другий спай вміщується у резервуар з водою при кімнатній температурі, або в дюар з водою при температурі плавлення льоду /температура /.

7. Згідно з інструкцією до роботи з потенціометром /видається окремо/ підключити термопару до потенціометра і виміряти - т.е.р.с., що відповідає різниці температур .

8. Обчислити температурний коефіцієнт термопари .

Контрольні питання

1. Як визначити е.р.с. джерела струму?

2. Якими способами вимірюється е.р.с.?

3. У чому полягає ідея методу компенсації?

4. Розповісти про устрій елемента Вестона і правила роботи з ним.

5. Вивести формулу для визначення е.р.с. досліджуваного елемента.

6. Природа т.е.р.с. Внутрішня та зовнішня контактна різниця потенціалів. Залежність їх від теиператури.

Список літератури

1. Борбат О.М. та ін. Електричний практикум. – К., 1964. – с.4-6.

2. Калашников С.Г. Электричество. – М., 1970. – с.162-163.

3. Сивухин Д.В. Общий курс физики. – М., 1983. – с.198-203.

Дата добавления: 2015-09-29