Ювелирное обозрение

§ 73. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ. РАСШИРЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ ИЗМЕРЕНИЯ

Для измерения напряжения служат вольтметры, милливольт­метры и микровольтметры различных систем. Эти приборы включа­ют параллельно нагрузке, а потому сопротивление их должно быть как можно больше. В связи с этим уменьшается достоверность про изведенного измерения.

Для расширения пределов измерения вольт­метра к обмотке измерительного механизма последовательно присоединяют многоомное сопротивление, носящее название добавочного сопротивления (r_д). Схема включения вольт­метра с добавочным сопротивлением приведена на рис. 85.

При такой схеме из n частей напряжения, подлежащего измерению, на обмотку прибора приходится лишь одна часть, а остальные n-1 частей – на добавочное сопротивление. Это происходит пото­му, что сопротивление r_д берется больше сопротивления вольтметра в n —1 раз, а при последовательном соединении напряжение рас­пределяется пропорционально величине сопротивления.

Общее измеренное напряжение равно сумме падения напряжения на этих сопротивлениях.

Число n показывает, во сколько раз расширяют предел измере­ния вольтметра.

Пусть имеющийся у нас вольтметр позволяет измерять напря­жение Uв = 30 в, а необходимо измерить этим прибором напряже­ние U=120 в. Значит, нужно расширить предел его измерения

Добавочное сопротивление, которое надо присоединить последо­вательно к вольтметру, можно определить по формуле

Если сопротивление вольтметра r_в = 3000 ом, то для расширения предела измерения прибора в 4 раза необходимо, чтобы добавочное сопротивление

После присоединения к вольтметру добавочного сопротивления каждое деление шкалы прибора будет соответствовать величине, в n раз большей, чем указано на ней. Например, в нашем случае, если стрелка прибора установится на цифре 30, то это будет озна­чать, что напряжение

Добавочные сопротивления изготовляют чаще всего из манга­нина или константана. Оба эти материала имеют большое удельное сопротивление и малый температурный коэффициент сопротивле­ния.

Шунты и добавочные сопротивления могут быть установлены внутри корпуса прибора или подключаться к его зажимам на время измерений.

Расширение предела измерения амперметра производится с помощью шунта. Шунт – это резистор, подключенный параллельно зажимам амперметра в цепь измеряемого тока и обладающий малым омическим сопротивлением (рис.1.1).

Рис. 1.1. Схема включения шунта

Сопротивление шунта рассчитывается следующим образом.

, (1.8)

где ,– расширенный предел измерения,– исходный предел измерения амперметра;– внутреннее сопротивление амперметра;n – коэффициент расширения предела измерений.

Расширение предела измерения вольтметра производится с помощью добавочного резистора.

Добавочным называется резистор, включенный последовательно с вольтметром и обеспечивающий расширение предела измерения напряжения (рис.1.2).

Рис. 1.2. Схема включения добавочного резистора

Значение сопротивления добавочного резистора определяется по формуле

, (1.9)

где ; – расширенный предел измерения; – исходный предел измерения вольтметра;R_V – внутреннее сопротивление вольтметра; m – коэффициент расширения предела измерений.

6. Примеры решения задач

Задача 1.1. Выразить значения ФВ в дольных и кратных единицах:

а) тока 0,05 А и 0,086 мА в микроамперах,

б) частоты 410 8 Гц и 250 кГц в мегагерцах.

Решение. Используя множители, соответствующие кратным и дольным единицам физических величин, выразим:

а) I = 0,05 А = 5010 3 10 -6 А= 5010 3 мкА;

I = 0,086 мА= 8610 -6 А = 86 мкА;

б) f = 410 8 Гц = 40010 6 Гц = 400 MГц;

f = 250 кГц = 0,2510 6 Гц = 0,25 МГц.

Задача 1.2. Показания прибора равны U_пок = 73,7538 В. Абсолютная погрешность СИ составляет ∆ = ±2,623 В. Записать правильно результат измерений.

Решение. В соответствии с правилами округления произведем округление значения абсолютной погрешности. Первая значащая цифра – «2», поэтому необходимо оставить две значащих цифры, причем округление выполняем в сторону увеличения абсолютного значения (модуля), то есть

Число, выражающее результат измерений, округляем до того же десятичного знака, что и округленное значение абсолютной погрешности. При этом, так как округляемая цифра равна «5», но за ней следуют цифры отличные от нуля, то последнюю сохраняемую цифру увеличиваем на «1», то есть.

Правильная запись результата:

Задача 1.3. При измерении напряжения сигнала стрелка вольтметра установилась на отметке 50 В. Вольтметр имеет равномерную шкалу от 0 до 100 В. Класс точности прибора – 1,0. Определить максимальные значения абсолютной, относительной и приведенной погрешностей вольтметра. Считая, что погрешность измерения полностью определяется погрешностью средства измерения, записать результат измерения.

Решение. Класс точности вольтметра (согласно таблице 1.5) соответствует пределу допускаемой приведенной погрешности, то есть .

По определению , следовательно,.

При равномерной шкале и нулевой отметке на краю диапазона измерений нормирующее значение X_N определяется верхним пределом измерения (100 В).

Тогда .

Исходя из определения относительной погрешности,

Задача 1.4. Решить задачу 1.3, если класс точности вольтметра

Другие условия задачи сохраняются.

Решение. При указанном обозначении класс точности соответствует пределу допускаемой относительной погрешности, то есть

Так как , то,

где X − значение измеренного вольтметром напряжения.

.

Результат измерения: U_x = 50,0 В  0,5 В.

Задача 1.5. Решить задачу 1.3, если класс точности вольтметра обозначается. Другие условия задачи сохраняются.

Решение. При указанном обозначении класса точности

=

Абсолютная погрешность равна .

_,

Результат измерения U_x= 50,000 В  0,015 В.

Задача 1.6. Определить сопротивление шунта R_ш к миллиамперметру со шкалой 050 мА и внутренним сопротивлением R_A = 100 Ом для расширения предела измерения до 800 мА.

Решение. Сопротивление шунта определяется по формуле

,

где – расширенный предел измерения, – исходный предел измерения миллиамперметра.

Подставив численные значения, получим

.

Задача 1.7. Определить добавочное сопротивление к милливольтметру со шкалой 030 мВ и сопротивлением R_д = 25 кОм для расширения его предела измерений до 6 В.

Решение. Добавочное сопротивление определяется по формуле

,

где ;U_пp – расширенный предел измерения, U_V – исходный предел измерения милливольтметра.

Подставив численные значения, получим

Задача 1.8. Определить внутреннее сопротивление амперметра методом вольтметра-амперметра, если: вольтметр В7-15 с классом точности 2,5 показал 15 В на пределе 30 В; амперметр с классом точности 1,5 показал 30 мА на пределе 50 мA. Оценить относительную погрешность косвенного метода измерения сопротивления данным методом.

Решение: Рассчитать сопротивление исследуемого прибора, зная значения силы тока и напряжения, можно по закону Ома

.

Подставив численные значения, получим

.

Погрешность измерений при косвенном измерении определяется погрешностью измерения значения напряжения и силы тока

,

где δ_A – относительная погрешность измерения тока; δ_V – относительная погрешность измерения.

Расчет относительной погрешности измерения напряжения вольтметром

; ;

.

Расчет относительной погрешности измерения тока амперметром

ЦЕЛЬ УРОКА: Закрепить знания, полученные учащимися на предыдущих уроках. Познакомить учеников со способами расширения пределов измерения амперметра и вольтметра.

ТИП УРОКА: комбинированный.

ОБОРУДОВАНИЕ: выпрямитель ВС-24, амперметр и вольтметр демонстра­ционный с шунтами и добавочными сопротивлениями, вольтметр лабора­торный, ампервольтомметр, соединительные провода.

ПЛАН УРОКА: 1. Вступительная часть 1-2 мин

3. Объяснение 15 мин

4. Закрепление 10 мин

5. Задание на дом 2-3 мин

II. Опрос фундаментальный: 1. Последовательное и параллельное соединение резисторов. 2. Смешанное соединение резисторов.

1. Радиолюбителю нужен резистор сопротивлением 70 кОм. У него нашлись три резистора сопротивлениями 100 кОм, 50 к0м, и 25 кОм. Может ли он из них составить требуемое сопротивление?

2. Имеется источник тока напряжением 6 В, реостат сопротивлением 30 Ом и две лампочки, на которых написано: 3,5 В, 0,35 А и 2,5 В, 0,5 А. Как собрать цепь, чтобы лампочки работали в нормальном режиме? Чему должно быть равно сопротивление реостата?

3. Построить график сопротивления участка цепи от сопротивления части реостата по правую сторону от движка (Рис. 1). Полное сопротивление реостата R .

4. Электрическая цепь на рисунке 2 состоит из источника постоянного напряжения 3 В, идеального миллиамперметра, четырех ре­зисторов и реостата. При изменении сопротив­ления реостата от нуля до очень большого значения, сила тока в цепи изменяется от 1 до 0,75 мА. Определите сопротивления резисторов.

5. Вычислите показания идеальных амперметра и вольтметра в электрических цепях, схемы которых изображены на рисунках. Напряжение источника тока 6 В, сопротивления резисторов R₁ = 1 Ом, R₂ = 2 Ом, R₃ = 3 Ом.

6. Проволоку сопротивлением 100 Ом разрезали на несколько равных частей и соединили их параллельно. После этого общее сопротивление цепи стало равным 1 Ом. На сколько частей разрезали проволоку?

1. Можно ли включать в сеть напряжением 220 В реостат, на котором написано 30 Ом, 5 А?

2. Кондуктор автобуса имеет возможность подать сигнал водителю с двух разных точек в салоне. Какой должна быть схема электрической цепи со звонком для этого?

3. Чтобы рука рабочего не попала под пресс, для его включения используют две кнопки (для правой и левой руки). Нарисуйте возможную электрическую схему цепи.

4. При последовательном соединении резисторов, их общее сопротивление больше, чем сопротивление каждого из них. Как это можно объяснить?

5. При параллельном соединении резисторов, их общее сопротивление меньше, чем сопротивление каждого из них. Как это можно объяснить?

6. К источнику постоянного напряжения подключен параллельно резис­тор и реостат. Как изменяется сила тока в резисторе в зависимости от сопротивления реостата?

7. Почему молния чаще бьет в громоотвод?

8. На рисунке все лампочки одинаковые. Какие из них светятся одинаково ярко? Какую лампу нужно выключить, чтобы другие лампы погасли? Какая лампа светит ярче других?

9. Электрическая цепь состоит из двух последовательно соединенных проволок разного сечения. С одинаковой ли скоростью перемещаются в них электроны при протекании тока?

10. Напряжение шага – напряжение между двумя точками земли, обусловленное растеканием тока на землю, при одновременном касании их ногами человека. Как это понимать?

11. Сравните скорость упорядоченного движения электронов в нити накала горящей лампочки и в подводящих проводах.

12. У вас есть два резистора на 3 Ом каждый, и один резистор на 6 Ом. Как их надо соединить в цепь, чтобы получить общее сопротивление 7,5 Ом?; 5 Ом?; 1,2 Ом?

13. Почему нельзя вытирать пыль с приборов, включенных в электрическую сеть?

III. Электрическая цепь состоит из двух последовательно соединенных проволок разного сечения. С одинаковой ли скоростью перемещаются в них электроны при протекании тока?

Амперметр служит для измерения силы тока, вольтметр – для изме­рения электрического напряжения. Основной частью этих приборов является гальванометр, отклонение стрелки которого пропорционально силе протекающего через него тока. Обозначение на схемах. Сила тока, вызывающая отклонение стрелки гальванометра на всю шкалу /I / равна 0,25 мА, поэтому наш гальванометр способен измерять непосредственно только слабые токи. Для того, чтобы амперметр /гальванометр/ оказывал как можно меньшее влияние на силу измеряемого им тока, его сопротивление делают очень малым (R_A → 0 – идеальный амперметр).

ВНИМАНИЕ! Во избежание порчи прибора категорически запрещается вклю­чать амперметр в цепь без потребителя тока. Амперметр в электрическую цепь включается последовательно с тем прибором, силу тока в котором нужно измерить.
Обозначение амперметра на электрических схемах:

Можно ли расширить пределы измерения амперметра? Пусть по проводу течет ток силой I =n I (n = 5). Тогда:

Из гальванометра можно сделать вольтметр. Непосредственно гальванометр – вольтметр способен измерять небольшие напряжения: U = I·R_V.
Вольтметр в электрическую цепь включают параллельно с тем прибором, напряжение на котором нужно измерить. Обозначение вольтметра на электрических схемах:
Для того чтобы вольтметр не вносил заметных искажений в измеряемое напряжение, его сопротивление должно быть большим (R_V → ∞ – идеальный вольтметр).

Можно ли расширить пределы измерения вольтметра? Пусть предел изме­рения вольтметра U, а необходимо измерить U = nU (n = 5).

IV. Задачи:

1. Определите силу тока в магистрали, если через амперметр, снабженный шунтом с сопротивлением 0,04 Ом, течет ток 5 А. Сопротивление амперметра 0,12 Ом.

2. При помощи амперметра с сопротивлением 0,9 Ом, рассчитанного на измерение максимального тока 10 А, необходимо измерять токи до 100 А. Какой длины потребуется железный проводник сечением 0,28 мм 2 для изготовления шунта?

3. Гальванометр имеет сопротивление 200 Ом и при силе тока 100 мкА стрелка отклоняется на всю шкалу. Какое добавочное сопротивление надо подключить, чтобы прибор можно было использовать как вольтметр для измерения напряжения до 2 В?

4. Вычислите показания неидеальных измерительных приборов в схеме, изображенной на рисунке. Сопротивление амперметра 0,5 Ом, милливольтметра 2 Ом, резистора 3,6 Ом, напряжение сети 8 В.

V. § 56

". во всех случаях, когда электрический ток полу­чался с помощью магнитоэлектрической машины, коли­чество теплоты, развиваемое током, находилось в постоянном отношении к силе, необходимой для вращения этой машины. "

РАБОТА И МОЩНОСТЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

ЦЕЛЬ УРОКА: Дать представление об энергетических представлениях, происходящих в электрических цепях. Повторить формулы работы и мощности электрического тока. Развить представления о тепловом действии электрического тока.

ТИП УРОКА: комбинированный. .

ОБОРУДОВАНИЕ: блок питания, амперметр и вольтметр лабораторные, проводник-спираль, соединительные провода, две осветительные лампы накаливания разной мощности.

1. Вступительная часть 1

3. Объяснение 15 мин

4. Закрепление 15 мин

5. Задание на дом 2-3 мин

II. Опрос фундаментальный: 1. Шунтирование амперметра. 2. Добавочное сопротивление к вольтметру.

1. Последовательно соединенные катушка с сопротивлением 2000 Ом и вольтметр включаются в цепь постоянного тока с напряже­нием 200 В. Вольтметр показывает 120 В. При замене катушки на дру­гую катушку вольтметр показывает 180 В. Определите сопротивление второй
катушки.

2. Найти сопротивление лампочки, включенной по схеме на рисунке 1, если показания вольтметра 50 В и амперметра 0,5 А, а сопротивление вольтметра 10 кОм.

3. Для измерения величины неизвестного сопротивления R была собрана схема 2, при этом амперметр показал 1 мА, a вольтметр 4,8 В. После этого собрали схему 3 из тех же элементов, при этом приборы показали 2,5 мА и 4,4 В. Какова же истинная величина сопротивления?

4. Два одинаковых вольтметра соединены последовательно и подключены к батарее (Рис. 4). Параллельно одному из вольтметров подключен резистор, при этом показания вольтмет­ров составляют 1,4 В и 3,1 В. Отключим теперь один из вольтметров. Что будет показывать остав­шийся прибор? Напряжение батарейки можно считать неизменным.

5. Амперметр на рисунке 5 зашунтирован двумя последовательно соединенными сопротивлениями. При включении в цепь клемм АВ максимальный ток, который можно измерить, равен I. При включении клемм АС ток в n раз меньше. Какой ток можно измерить при подключении к клеммам ВС?

6. Цепь собрана из одинаковых резисторов и одинаковых вольтметров (Рис. 6).

Показания первого и третьего вольтметров U₁ = 10 В и U₃ = 8 В. Найти показание второго вольтметра U₂.

1. Ученик по ошибке включил вольтметр вместо амперметра при измерении величины тока в цепи. Что при этом произошло с нака­лом нити лампы? Что покажет вольтметр?

2. Почему сопротивление вольтметра всегда должно быть значительно больше, чем сопротивление того участка, на концах которого изме­ряется напряжение?

3. Что общего и в чем различие между лабораторным амперметром и вольтметром?

4. Почему шунт к амперметру, измеряющему большие токи, будет иметь большую массу?

5. Как школьный вольтметр можно переделать в омметр?

6. Как измерить сопротивление резистора с помощью амперметра и вольтметра с неизвестными внутренними сопротивлениями?

7. Как, последовательно или параллельно соединены между собой одновременно работающие конфорки электрической плиты?

8. Почему опасно подходить к оборванному кабелю высокого напряже­ния, лежащему на земле?

9. Могут ли изменения температуры влиять на показания амперметра и вольтметра?

III. Схема простейшей электрической цепи (рисунок на доске).

Механическая аналогия замкнутой электрической цепи.

Какую работу совершает электрическое поле, перемещая заряд 1 Кл с клеммы "+" на клемму "-" источника тока, если напряжение между клеммами U? А если перемещает заряд q? Для

цепи с резистором:

Прибор для измерения работы тока – счетчик электрической энергии.

Электрическая энергия может легко преобразовываться не только во внутреннюю энергию. Например, в электродвигателе часть электрической энергии превращается в механическую ("падающие" электрические заряды могут совершать работу, например, вращать вертушку). Если в цепи есть электродвигатель, то А ′ = Q + А.

Но работа может быть произведена током за любое время!

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Как то на паре, один преподаватель сказал, когда лекция заканчивалась – это был конец пары: "Что-то тут концом пахнет". 8419 – | 8038 – или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно