Вход

Изучение компенсационного метода измерений

Контрольная работа по физике
Дата добавления: 30 августа 2009
Язык контрольной: Русский
Word, rtf, 131 кб
Контрольную можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
Це ль работы: Ознакомление с методом сации в практике измерений физических величин, получение навыков польз ования приборами мостового типа. Оборудование: мост У итстона, смонтированный на панели; источник постоянного тока, магазин с опротивлений Р33 или резистор известного номи нала, набор резисторов, мультиметр, потенциометр постоянного тока ( ПП-63 или аналогичный), термопара. 1. Теоретическая часть Измерение электричес кого сопротивления проводника (резистора) можно произвести с помощью за кона Ома (рис 1.): . Однако введение в электрическую цепь ампермет ра и вольтметра неизбежно приводит к определенным погрешностям. Введен ие в цепь амперметра неизбежно уменьшают силу тока в цепи, а, значит и пока зания вольтметра. Подключение в цепь вольтметра увеличивают силу тока и показания амперметра. Конечно, хорошие измерительные приборы изготовл яются так, чтобы сопротивление амперметра было как можно более малым, а с опротивление вольтметра как можно более большим. Тем не менее, метод амп ерметра – вольтметра невозможно принципиально избавить от указанных недостатков. Электродвижущая сила e равна разности потенциалов на полюсах источни ка тока при отсутствии разрядного тока. Напряжение U , измеряемое вольтметром при его подключении к источнику тока связано с протеканием тока в получившейся цепи. При этом показания вольтметра неизбежно оказываются меньше истин ного значения э.д.с. на величину падения напряжение на самом источнике то ка: U= e - I Ч r (ри с. 2). Боле точные результаты измерений различных эле ктрических величин можно получить только компе нсационными методами, суть которых заключаются в том, что измеряемая величина сравнивается с аналогичной величиной, изм еренной с высокой точностью. Момент наступления «равновесия» фиксируе тся с помощью нуль-индикаторов той или иной конструкции. Роль нуль-индик атора заключается не в том, чтобы измерять ток, а в том, чтобы устанавливат ь его отсутствие. При этом через нуль-индикатор протекает очень маленьки й ток, что позволяет практически исключить влияние измерительного приб ора на процесс измерения. Стрелочные нуль-индикаторы имеют зеркальную ш калу, содержащую всего несколько делений и очень тонкую стрелку. При изм ерении необходимо смотреть на прибор «прямо сверху», при этом сама стрел ка и ее изображение в зеркале должны совпадать. К приборам компенсационного типа относится мос т постоянного тока Уитстона, предназначенный для измерения сопротивле ния проводников, и потенциометр, предназначенный для измерения э.д.с. ист очников тока. Мост постоянного тока Уитстона для измерения сопротивления На рис. 3 изображена схема моста Уитстона. Он состоит из че тырех последовательно соединенных сопротивлений, образующих четыреху гольник АВБДА . В диаг ональ ДВ включен нуль -индикатор G (гальвано метр или микроамперметр с центральной стрелкой). Измеряемое сопротивле ние r x образует ветвь АВ , а в ветвь БД включен эталонный резистор, сопротивление которого r 0 измерено с большой степенью точности. Сопротивления r 1 и r 2 можно подобрать так ими, что разность потенциалов между точками В и Д будет равна нулю. При этом ток через гальванометр не идет, наступает равновесие моста . Применим второе правило Кирхгофа для контуров АВ Д и ВБД (1) Решение системы (1) дает (2) Обычно ветвь АДБ представляет собой реохорд (реохордный мост Уитстона). В данном приборе это прямая проволока постоя нного сечения с подвижным контактом (рис. 4). Балансировка моста достигает ся перемещением контакта вдоль реохорда. При этом величины сопротивлен ий r 1 и r 2 пропорциональны дли нам плеч реохорда l 1 и l 2 и формула (2) преобразуется в (3) Формально погрешность измерения неизвестного сопротивления определя ется погрешностью измерения плеч реохорда и погрешностью эталонного с опротивления: (4) Обычно эта погрешность невелика. Но следует учитывать, что она увеличивается при большом нерав енстве плеч реохорда. Например, при l 1 /l 2 = 4 или 0,25 она в 1,5 раза больше, чем при l 1 /l 2 » 1 . Это означает, что желательно п роводить измерения так, чтобы эталонное и измеряемое сопротивления был и сравнимы по величине r x » r 0 . Большое влияние на погрешность измерений также оказывает точность проведения нулевого от счета, т.е. фактически чувствительность нуль-индикатора. Что избежать др угих погрешностей применяют специальные приемы, один из которых будет о писан в задании к работе. Потенциометр для изме рения э.д.с. Принципиальная схема потенциометра показана на рис. 5. Источник питания с э.д.с. e 0 , заведомо превосходя щей э.д.с. исследуемого источника тока, поддерживает постоянную силу ток а в цепи реохорда АБ . П еремещая движок реохорда Д , можно получить на участке АД падение напряжение, пропорциональное сопротив лению r этого участка, т. е. фактически длине этого участка реохорда (5) Если встречно к этому участку подклю чить через гальванометр источник тока, у которого э.д.с. равно этому напря жению ( e = U ), то произойдет компенсация на пряжений и ток через гальванометр не будет проходить. В качестве образцо вого источника тока в данном потенциометре используется нормальный элемент Вестона , э.д. с. которого ( 1,0183 В ) практ ически не меняется с течением времени. При подключении его и балансировк е потенциометра выполняется: (6) Затем вместо нормального элемента можно подключить источник с неизвес тны э.д.с и снова уравновесить прибор: (7) Из формул (6) и (7) получается рабочая формула , (8) где измерениям подлежа т длины плеч l 1 и l 2 . 2. Выполнение эксперимента Задание 1. Измерение сопротивлений Мост Уитстона собран на панели, при этом монтажная схема п олностью соответствует принципиальной, что обычно не делается в заводс ких приборах. В качестве образцового сопротивления используется высок окачественный резистор с известным сопротивлением r 0 или магазин сопротивлений Р33 , на котором с помощью ручек-декад можно набирать сопротивления от 0,1 до 99999,9 Ом . Напряжение, подаваемое на прибор можно регули ровать в пределах 0 – 4 В . В работе используются набор резисторов, распаянных на «линейке», сопроти вление которых неизвестно. 1. Подключите образцовый резистор или магазин соп ротивлений к «правому» плечу прибора. Распаянные на линейке резисторы № 1-№6 имеют номинал 500 – 3000 Ом . Поэтому на магазине сопротивлений можно установить r 0 = 1000 Ом и оставлять это значение при всех измерениях. 2. Подключите к «левому» плечу прибора резистор №1. 3. Подключите источник тока (полярность не имеет з начения). Установите ручной регулятора напряжения среднее напряжение. 4. Перемещая движок реохорда, уравновесьте мост. 5. Запишите в таблицу 1 отчета значения длин плеч ре охорда l 1 и l 2 . 6. По формуле (3) вычислите значение неизвестного со противления. Результаты можно округлять до целых значений. 7. Измерьте сопротивление резисторов №2 - №6. 8. Одна из трудностей при изготовлении моста Уитстона сост оит в том, что трудно достичь полной электрической симметрии «левой» и « правой» сторон моста. Это приводит к появлению систематической погрешн ости, которую трудно учесть. Один из способов обойти эту трудность состо ит в том, что надо повторить измерения сопротивлений всех резисторов, по меняв местами магазин сопротивлений и линейку с резисторами. Затем, в ка честве окончательного значения можно взять среднее арифметическое из двух измерений. 9. Измерьте сопротивления резисторов №1 - №6 с помощью мультиметра (омметра) – таблица 2. 10. Рассчитайте в процентах среднее расхождение м ежду результатами, полученными с помощью моста и с помощью мультиметра. Задание 2 . Измерение электродвижущей силы источника тока Принцип компенсационного метода измерения э.д.с . воплощен в промышленном потенциометре постоянного тока ПП-63 (класса точ ности 0,05). Кроме измерения э.д.с. ПП-63 может служить в качестве источника регу лируемого напряжения (ИРН). Внешний вид потенциометра показан на рис. 6 Перед началом работы органы управления и регул ировки потенциометра должны находится в следующих положениях: · Переключатель питания прибора «ПИТАНИЕ» - в отключенном положении. Переключатель нормально го элемента в положение «В» - внутренний нормальный элемент. (При использ овании наружного нормального элемента он подключается к клеммам «НЭ» и переключатель переводится в положение «Н»). Переключатель гальванометра в положение «В» - вн утренний гальванометр. (При использовании наружного гальванометра он п одключается к клеммам «Г» и переключатель переводится в положение «Н»). Переключатель питания в положение «В» - внутренн ее питание (наружный источник питания подключается к клеммам «БП» и пере ключатель переводится в положение «Н»). Переключатель полярности потенциометра «+», «-» - в положение «+». Кнопки «ГРУБО» и «ТОЧНО» - в отжатых (расфиксиров анных» положениях). В д анной работе в качестве источника тока использоваться хромель-алюмели вая Хромель , алюмель – сплавы на основе хрома и алюминия , спай которых дает большую термо-э.д.с. термопара. Если спай термопары нагреть, то она станет источником т ока. э.д.с. которой и надо измерить. 1. Подключите термопару к клеммам «Х» потенциометра. 2. Установите переключатель «РОД РАБОТЫ» в положение «ПОТ ЕНЦИОМЕТР». 3. Установите переключате ль «ПИТАНИЕ» в положение «ВКЛ». 4. Установите переключатель пределов измерений – штепсель в положение « ґ 1 ». Положение этого штепселя опред еляется пределами измерения э.д.с.: « ґ 0 ,5» - при измерении э.д.с. до 25 мВ , « ґ 1 » - при измерении э.д.с. до 50 мВ , « ґ 2 » - при и змерении э.д.с. до 100 мВ . Проведите установку (контроль) рабочего тока пот енциометра. Для этого: · Установите переключатель «К» - « И» в положение «К». При этом подключается нормальный элемент. Установите стрелку гальв анометра на «0» вращение рукояток «ГРУБО» (верхняя рукоятка) и «ТОЧНО» (ни жняя рукоятка) регулятора «РАБОЧИЙ ТОК», вначале при нажатой (зафиксиров анной) кнопке «ГРУБО», а затем – «ТОЧНО». Достижение компенсации в этом случае означает в ыполнение условия (6). 5. Проведите измерение неизвестной э.д.с. Для этого · Заж мите один спай термопары двумя пальцами. Установите переключател ь «К»-«И» в положение «И». Установите стрелку гальванометра на «0» вращени ем рукояток секционного переключателя «mV» и реохорда «mV», вначале при наж атой кнопке «ГРУБО», а затем «ТОЧНО». Достижение компенсации в этом случае означает в ыполнение условия (7). Значение измеряемого э.д.с. в милливольтах будет равно сумме показаний секционного переключателя и реохорда, умноженно й на значение множителя, установленной на переключателе пределов измер ений при помощи штепселя. При подключении источника тока (термопары) к поте нциометру необходимо соблюдать полярность. Если полярность источника тока неизвестна, и он подключен к клемма «Х» неправильно, то компенсации при измерении добиться невозможно (источники включены « не встречено »). Для изменения поля рности следует воспользоваться тумблером «+»,«-». 6. Опустите спай термопары горячую воду или нагрейте его зажигалко й. Измерьте э.д,с этого источника тока.
© Рефератбанк, 2002 - 2018