Исследование цепи постоянного тока

В этом случае ток в цепи , где U - падение напряжения на резисторе R₀.

Погрешность измерения в этом случае определяется погрешностью измерения U и отклонениями от номинала R₀.

Рис. 1.10 Схема определения  силы тока при помощи вольтметра

 

1.1.10 Измерение сопротивления. Активное сопротивление измеряют с помощью омметра, либо методом амперметра-вольтметра.

Омметры. Непосредственно и быстро сопротивление элементов цепи постоянного тока можно измерить при помощи омметра. В схемах, представленных на рис. 1.11, ИМ - магнитоэлектрический измерительный механизм. При неизменном значении напряжения питания U=const показания измерительного механизма зависят только от значения измеряемого сопротивления . Следовательно, шкала может быть градуирована в единицах сопротивления.

Для последовательной схемы включения элемента с сопротивлением (рис. 1.11 а) угол отклонения стрелки:

                                              (1.17)

для параллельной схемы  включения (рис. 1.11 б)

                                 (1.18)

где - чувствительность магнитоэлектрического измерительного механизма; - сопротивление измерительного механизма;  сопротивление добавочного резистора. Так как значения всех величин в правой части (1.17) и (1.18), кроме , постоянные, то угол отклонения определяется значением .

Рис. 1.11 Схема подключения  омметра в цепь.

 

Из (1.17) и (1.18) следует, что шкала омметров для обеих 
схем включения неравномерные. В последовательной схеме включения, 
в отличие от параллельной, нуль шкалы совмещен с максимальным углом поворота подвижной части. Омметры с последовательной схемой 
включения более пригодны для измерения больших сопротивлений, а с 
параллельной схемой - малых. Обычно омметры выполняют в виде переносных приборов классов точности 1,5 и 2,5. В качестве источника питания применяют батарею. Необходимость установки нуля при помощи 
корректора, является крупным недостатком рассмотренных омметров. Этот недостаток отсутствует у омметров с магнитоэлектрическим логометром.

Схема включения логометра в омметрах представлена на рис.1.12. в этой схеме 1 и 2 – катушки логометра (их сопротивления и ); и - добавочные резисторы постоянно включенные в схему.

Так как:

  ,

то на основании  :

                                         (1.19)

 

т.е. угол отклонения, определяется  значением и не зависит от напряжения U.

Рис. 1.12 Схема включения логометра в омметрах.

 

Омметры с логометром имеют различные конструкции в зависимости от требуемого предела измерения, назначения (щитовой или переносной прибор) и т.п.

Метод амперметра - вольтметра. Этот метод является косвенным методом измерения сопротивления элементов цепей постоянного и переменного токов. Амперметром и вольтметром измеряются соответственно ток и напряжение на сопротивлении , значение которого затем рассчитываются по закону Ома: . Точность определения сопротивлений этим метолом зависит от точности приборов, так и от применяемой схемы включения (рис 1.13 а и б).

При измерении относительно больших сопротивлений (более 1 Ом) схема на рис. 1.13 а предпочтительнее, так как вольтметр подключен непосредственно к изменяемому сопротивлению , ток , измеряемый амперметром равен сумме тока в измеряемом сопротивлении и тока в вольтметре , т.е. . Так как , то .

Рис. 1.13 Схема включения приборов для определения сопротивления по методу амперметра – вольтметра.

 

При измерении относительно больших сопротивлений (более 1 Ом) предпочтительнее схема на рис. 1.13 б, так как амперметр не-посредственно измеряет ток в сопротивлении , а напряжение , измеряемое вольтметром, равно сумме напряжений на амперметре и измеряемом сопротивлении , т.е. . Так как , то .

Принципиальные схемы включения приборов для измерения полного сопротивления элементов   цепи переменного тока методом амперметра - вольтметра те же, что и для измерения сопротивлений . В этом случае по измеренным значениям напряжения и тока определяют полное сопротивление .

Очевидно, что этим методом нельзя измерить аргумент проверяемого сопротивления. Поэтому методом амперметра-вольтметра можно измерять индуктивности катушек и емкости конденсаторов, потери в которых достаточно малы. В этом случае:

    

 

1.2. Электрическая схема.

 

1.3. Ход работы

 

Принцип работы комбинированного цифрового прибора.

 

Рис. 1.13 Внешний вид комбинированного цифрового прибора

 

Прибор предназначен для снятия физических величин электрической цепи: силы тока I, напряжения U, сопротивления R, в зависимости от выбранного режима.

На передней панели расположено  три входных гнезда:

1. «*» - общий вход;
2. «U, R»- вход,  предназначенный для снятия показания напряжения, или сопротивления в зависимости от выбранного режима;

3. «I» - вход, предназначенный для снятия силы тока; 
          а так же группа переключателей:

1. Сеть - включить/выключить прибор;
2.               переключение    режимов:    отжатое    положение    для    снятия постоянных значений силы тока и напряжения, нажатое положение для снятия переменных значений;
3. «U» - включение режима вольтметра;
4. «I» - включение режима амперметра;
5. «R» - включение режима омметра.

Группа, состоящая из пяти переключателей, предназначена  для выбора предела прибора:

«200»- переключатель включает предел прибора равный 200 мВ, 200 мкА, 200 Ом, в зависимости от выбранного режима (единицы измерения указаны слева от переключателя: мV, мкА, Ом).

«2, 20, 200, 2000» - соответствующие пределы в зависимости от выбранного режима (единицы измерения, указаны справа: V, мА, кОм).

 

Режим включения вольтметра.

Для этого  необходимо: соединительные провода  подключить к гнездам «*» и «U,R», и включить переключатель «U». Предел перед включением прибора устанавливается на максимальное значение, т.е.  2000В. Необходимо учесть какой тип напряжения используется в цепи (постоянное, переменное), выбрать соответствующий режим.

 

Режим включения амперметра.

Для этого  необходимо: соединительные провода подключить к гнездам «*» и «I», и включить переключатель I. Предел перед включением прибора устанавливается на максимальное значение, т.е. 200 мА. Необходимо учесть какой тип тока используется в цепи (постоянный, переменный), выбрать соответствующий режим

 

Режим включения омметра.

Для этого необходимо: соединительные провода подключить к гнездам «*» и «U,R», и включить переключатель «R». Предел перед включением прибора устанавливается на максимальное значение, т.е. 2000 кОм. При этом переключатель               должен находиться в отжатом положении.

! Замечание: Прежде чем снимать показание элементов цепи, необходимо обесточить схему и разрядить конденсатор.

 

Задание 1. Измерение постоянных напряжений. Проверка II - ого закона Кирхгофа.

Измерить  падения напряжения U₁-U₇ на резисторах R₁-R₇ и входного напряжения U_o при 2-х значениях +15В и +5В с помощью вольтметра. Для этого необходимо:

1. переключить прибор в режим вольтметра,
2. соединительные провода включить параллельно,
3. снять входное напряжение U_o,
4. показания занести в таблицу 1,
5. проделать пункты 2-4 для резисторов R₁-R₇.

Используя результаты измерений, вычислить ЭДС E₁-Е₆, действующие в каждом из 6-и контуров. Определить отклонения вычисленных значений Е от измеренных по формуле: . Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1.3.

 

Таблица 1.3

Используемый прибор	U0 (B)	U1 (B)	U2 (B)	U3 (B)	U4 (B)	U5 (B)	U6 (B)	U7 (B)
Вольтметр

 

Таблица 1.4

E1	E2	E3	E4	E5	E6	E1	E2	E3	E4	E5	E6

 

Задание 2. Измерение постоянных токов. Проверка I - ого закона Кирхгофа.

Для двух значений входного напряжения U_o (+15B и +5В) необходимо снять показания токов проходящих в ветвях контура. Для того чтобы снять ток в ветви контура необходимо:

1. переключить комбинационный прибор в режим амперметра.
2. соединительные провода амперметра подключить на ключ П₁.
3. П₁ разомкнуть.
4. снять показания с прибора.
5. занести данные в таблицу 2.
6. проделать пункты 2-5 для ключей П₂-П₅.

Проверить 1-й закон Кирхгофа: .

Таблица 1.5

U0 (В)	I1 (мА)	I2 (мА)	I3 (мА)	I4 (мА)	I5 (мА)	IА (мА)	IВ (мА)	IС (мА)

 

Задание 3. Измерение активного сопротивления цепи. Проверка закона Ома.

Проверка  закона  Ома  заключается  в  следующем:   необходимо   вычислить сопротивление участков цепи, по полученным данным, занесенным в таблицы  1 и 2 . Полученный результат сравнить с экспериментальными данными.

Для получения экспериментальных  данных необходимо:

1. цифровой комбинационный прибор переключить в режим омметра,
2. цепь разомкнуть, т.е. разомкнуть П_i,
3. клеммы омметра параллельно подключить на R₁,
4. снять показания прибора,
5. занести показания в таблицу 3,
6. проделать пункт 3-5 для сопротивлений R₂-R₇.

 

 

 

 

 

Таблица 1.6

Вид	R1 (ОМ)	R2 (ОМ)	R3 (ОМ)	R4 (ОМ)	R5 (ОМ)	R6 (ОМ)	R7 (ОМ)
Вычислено
экспериментально

 

1.4 Вопросы для подготовки к зачету.

1. Устройство и принцип действия используемых измерительных приборов.

2. Объяснить причины отклонений Е от вычисленных значений.

3.Объяснить причины отклонений экспериментально определяемых значений 
суммы токов в узлах от 0.

4. Проанализировать причины несовпадения величин R₁-R₇, измеренных 
разными приборами и вычисленных в таблице 3.