Экспериментальное определение направления постоянного тока

· Установите минимальное выходное напряжение генератора постоянных напряжений блока генераторов А1 (212.2). Для этого ручку регулирования выходного напряжения 0…15В генератора постоянного напряжения поверните против часовой стрелки до упора.

· Установите максимальное сопротивление переменного резистора 330 Ом блока резисторов 2330. Для этого поверните ручку этого резистора по часовой стрелке до упора (указатель на отметке 100).

· Подготовьте мультиметры блоков А2 (534) и А3 (510.1) для измерения постоянного тока в соответствии с указаниями по проведению экспериментов в работе 2.1.

· Подключите проводники к гнездам мультиметра: красное гнездо «mA» для РС5000 (534) и 7050 (510.1) или «А» для MY60 (510.1) (+I) и черное гнездо «COM» (-I).

· Подключить испытываемый мультиметр к цепи рис. 2.2.2. Провод от гнезда «COM» (-I) мультиметра – к гнезду «-» (синее) источника 0…15 В блока генераторов напряжения А1. Провод от гнезда «mA» (или «А») (+I) мультиметра – к движку переменного резистора 330 Ом блока А7. Схемы подключения мультиметров показаны на рис. 2.2.3б для MY60 (блок А3, 510.1), на рис. 2.2.4б для 7050 (блок А3, 510.1) и на рис. 2.2.5б для РС5000 (блок А2, 534).

· Установить произвольное напряжение на выходе источника 0…15 В генератора постоянных напряжений: ручку регулировки выходного напряжения повернуть по часовой стрелке на несколько оборотов.

· Произвести отсчет тока по индикатору мультиметра. При указанной выше полярности подключения мультиметров показания всех приборов должны быть положительные.

· Измените полярность подключения каждого из приборов, как показано на рис 2.2.2 пунктиром. На индикаторе цифровых приборов появиться знак «-», стрелка аналогового прибора отклониться влево за пределы шкалы.

Внимание! Переключение мультиметра в режиме измерения тока (или амперметра) разрывает измеряемую цепь и безопасно только при отключении питания от измеряемой цепи.

 

2.3. Косвенные измерения напряжения и тока

- Цель работы

- Лабораторная установка и схема электрическая соединений

- Перечень аппаратуры

- Указания по проведению эксперимента

Для косвенных измерений напряжения и тока используется закон Ома, устанавливающий связь между напряжением  и током  в сопротивлении :

.

При косвенном измерении напряжения, измеряется ток, создаваемый этим напряжением в известном сопротивлении (рис. 2.3.1а). Из расчетной схемы рис. 2.3.1б следует, что при определении напряжения необходимо учитывать полное сопротивление измерительной цепи

,

где  - сопротивление амперметра;
        - добавочное сопротивление.

 

а)	б)

Рис. 2.3.1. Принципиальная схема измерение напряжения косвенным методом (а) и расчетная схема цепи (б).

При косвенном измерении тока, измеряется падение напряжение, создаваемое этим током на известном сопротивлении (рис. 2.3.2а). Из расчетной схемы рис. 2.3.2б следует, что при определении тока необходимо также учитывать полное сопротивление измерительной цепи из параллельно соединенных сопротивлений шунта и вольтметра

 

,

где  - сопротивление вольтметра;
        - сопротивление шунта.

а)	б)

Рис. 2.3.2. Принципиальная схема измерение тока косвенным методом (а) и расчетная схема цепи (б).

.

Цель работы

 

Собрать и протестировать цепи для косвенного измерения напряжения и тока.

 

 

Лабораторная установка и электрическая схема соединений

 

Измерение напряжения косвенным методом

Постановка задачи: на основе миллиамперметра с пределом измерения  создать вольтметр с пределом измерения .

Полное сопротивление цепи вольтметра , определяемое суммой сопротивлений амперметра  и добавочного сопротивления , составит

 Ом.

Поскольку точное значение сопротивления миллиамперметра неизвестно, добавочное сопротивление сделаем переменным и подберем его величину в ходе эксперимента.

Принципиальная схема измерения напряжения косвенным методом приведена на рис. 2.3.3.

Рис. 2.3.3. Принципиальная схема измерения напряжения косвенным методом.

Напряжение на выходе регулируемого источника постоянного напряжения G (блок 212.2) определяется по току в цепи из добавочного сопротивления  и миллиамперметра  (мультиметр 7050, блок 510.1). Добавочное сопротивление образовано из двух переменных резисторов 10 кОм и 330 Ом (блок 2330). Для калибровки цепи косвенного измерения напряжения используется цифровой вольтметр  (мультиметр MY60, блок 510.1). Схема электрическая соединений для данного эксперимента приведена на рис. 2.3.4.

Рис. 2.3.4. Схема электрическая соединений для
измерения напряжения косвенным методом.

В качестве источника напряжения используется регулируемый генератор постоянного напряжения блока А1 (212.2). Добавочное сопротивление образовано последовательно соединенными переменными резисторами 10 кОм и 330 Ом блока А7 (2330). Для измерения постоянного тока используется аналоговый мультиметр 7050, установленный на предел «5 мА». В качестве образцового вольтметра используется цифровой мультиметр MY60 с установленным пределом измерения постоянного напряжения «20 В». Оба мультиметра установлены в блоке А3 (510.1).

Однофазный источник питания G1 предназначен для безопасного питания блоков генераторов напряжений А1 (212.2) и мультиметров А3 (510.1).

 

Измерение тока косвенным методом

Постановка задачи: на основе вольтметра с пределом измерения  создать миллиамперметр с пределом измерения .

Сопротивление шунта с параллельно включенным вольтметром должно быть

 Ом.

Для точной установки сопротивления шунт выполнен из двух параллельно соединенных переменных резисторов: 10 Ом и 330 Ом.

 

Принципиальная схема измерения тока косвенным методом приведена на рис. 2.3.5.

Рис. 2.3.5. Принципиальная схема измерения тока косвенным методом.

Ток в цепи из регулируемого источника постоянного напряжения G (блок 212.2) и последовательно соединенных 4 резисторов 10 Ом определяется по напряжению на шунте . Напряжение шунта измеряется вольтметром  (мультиметр 7050, блок 510.1). Шунт образован двумя переменными резисторами 10 Ом и 330 Ом (блок 2330). Использование двух резисторов позволяет более точно подобрать сопротивление шунта. Для калибровки цепи косвенного измерения тока используется цифровой миллиамперметр  (мультиметр MY60, блок 510.1). Схема электрическая соединений для данного эксперимента приведена на рис. 2.3.6.

Рис. 2.3.6. Схема электрическая соединений для
измерения тока косвенным методом.

В качестве источника напряжения используется регулируемый генератор постоянного напряжения блока А1 (212.2). В цепь последовательно включены 4 резистора 10 Ом из блока А8 (2330). Шунт образован двумя параллельно соединенными переменными резисторами 10 Ом и 330 Ом блока А7 (2330). Напряжение шунта измеряется аналоговым мультиметром 7050 (предел 0,1 В). В качестве образцового миллиамперметра используется цифровой мультиметр MY60 с установленным пределом измерения постоянного тока «200 мА». Оба мультиметра установлены в блоке А3 (510.1).

Однофазный источник питания G1 предназначен для безопасного питания блоков генераторов напряжений А1 (212.2) и мультиметров А3 (510.1).

 

 

Перечень аппаратуры

 

Обозначение	Наименование	Тип	Параметры
G1	Однофазный источник питания	218	~ 220 В / 16 А
А1	Блок генераторов напряжения	212.2	Постоянное напряжение 0…+15 В, ток не более 200 мА
А3	Блок мультиметров	510.1	Аналоговый мультиметр 7050, цифровой мультиметр MY60
А7	Блок резисторов	2330	Переменные резисторы 2х10 кОм; 330 Ом; 10 Ом
А8	Блок элементов измерительных цепей	2332	Набор катушек индуктивности, конденсаторов и диодов

 

Указания по проведению эксперимента

 

Измерение напряжения косвенным методом

 

· Убедитесь, что переключатели «Сеть» блоков, используемых в эксперименте, выключены.

· Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электрической соединений рис. 2.3.4.

· Установите минимальное выходное напряжение на выходе регулируемого генератора постоянных напряжений (блок А1, 212.2): ручку регулировки напряжения 0…15 В поверните против часовой стрелки до упора. Тумблер источника постоянного напряжения переведите в верхнее положение: источник подключен к
гнездам «+» и «-».

· Установите максимальное сопротивление резисторов 10 кОм и 330 Ом блока А7 (2330). Для этого поверните ручки резисторов по часовой стрелке до упора.

· Установите пределы измерения мультиметров блока А3 (510.1):
- для мультиметра 7050 предел измерения постоянного тока 5 мА;
- для мультиметра MY60 предел измерения постоянного напряжения 20 В.

· Проверьте и, при необходимости, скорректируйте установку стрелки аналогового мультиметра 7050 на 0 шкалы.

 

· Включите устройство защитного отключения и автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.

· Включите выключатель «СЕТЬ» блока генераторов напряжения А1, блока
мультиметров А3 и выключатель питания мультиметра MY60.

 

· Вращая по часовой стрелке ручку регулировки постоянного напряжения генератора А1 установите на выходе генератора напряжение 5,00 В по показаниям цифрового мультиметра MY60.

· Регулировкой переменных резисторов установите ток 5 мА через миллиамперметр 7050. Регулировку величины добавочного сопротивления целесообразно начать с медленного вращения ручки резистора 10 кОм против часовой стрелки: ток миллиамперметра начнет постепенно возрастать.

· Если резистором 10 кОм не удалось установить стрелку миллиамперметра точно на конечное деление шкалы, точную установку необходимо выполнить с помощью резистора 330 Ом.

Цепь из добавочных резисторов и миллиамперметра образует вольтметр с пределом измерения 5 В. Для отсчета значений напряжения, измеряемого этим вольтметром, удобно использовать шкалу с 50 делениями мультиметра 7050. Одно деление шкалы соответствует 0,1 В.

Для оценки точности вольтметра, реализующего метод косвенного измерения напряжения, определим его абсолютную погрешность для оцифрованных делений шкалы.

· Уменьшая выходное напряжение генератора постоянных напряжений последовательно установить стрелку аналогового прибора на деления шкалы 40, 30, 20 и 10 единиц, что соответствует 4, 3, 2 и 1 В. Соответствующее этим показаниям аналогового прибора точное значение напряжения генератора определить по показаниям цифрового мультиметра. Вычислить абсолютную погрешность показаний аналогового прибора. Результаты занести в таблицу 2.3.1.

 

 

Таблица 2.3.1

№	Показания аналогового вольтметра ( )		Показания цифрового вольтметра, В ( )	Абсолютная погрешность, В
	делений	В
1	40	4
2	30	3
3	20	2
4	10	1

 

 

Измерение тока косвенным методом

 

· Убедитесь, что переключатели «Сеть» блоков, используемых в эксперименте, выключены.

· Соедините аппаратуру в соответствии со схемой электрической соединений рис. 2.3.6.

· Установите минимальное выходное напряжение на выходе регулируемого генератора постоянных напряжений (блок А1, 212.2): ручку регулировки напряжения 0…15 В поверните против часовой стрелки до упора. Тумблер источника постоянного напряжения переведите в верхнее положение: источник подключен к
гнездам «+» и «-».

· Установите минимальное сопротивление резистора 10 Ом – поверните ручку против часовой стрелки до упора (блок А7, 2330)

·  Установите максимальное сопротивление резистора 330 Ом – поверните ручку по часовой стрелке до упора (блок А7, 2330).

· Установите пределы измерения мультиметров блока А3 (510.1):
- для мультиметра 7050 предел измерения постоянного напряжения 0,1 В ;
- для мультиметра MY60 предел измерения постоянного тока 200 мА.

· Проверьте и, при необходимости, скорректируйте установку стрелки аналогового мультиметра 7050 на 0 шкалы.

 

· Включите устройство защитного отключения и автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.

· Включите выключатель «СЕТЬ» блока генераторов напряжения А1, блока
мультиметров А3 и выключатель питания мультиметра MY60.

 

· Вращая по часовой стрелке ручку регулировки постоянного напряжения генератора А1 установите по показаниям цифрового мультиметра MY60 ток в цепи 25 мА.

· Регулировкой сопротивлений шунта добейтесь отклонения стрелки аналогового прибора на конечное деление шкалы. Регулировку величины сопротивления шунта целесообразно начать с медленного вращения ручки резистора 10 Ом по часовой стрелке: напряжение аналогового вольтметра начнет постепенно нарастать.

· Установив стрелку вблизи конечного деления шкалы необходимо регулировкой выходного напряжения генератора восстановить ток цепи в 25 мА. После этого необходимо выставить стрелку на конечное деление шкалы регулировкой обеих переменных резисторов (10 и 330 Ом), образующих сопротивление шунта.

· При необходимости повторить подстройку тока 25 мА и резисторов шунта.

Цепь из шунта и вольтметра образует миллиамперметр с пределом измерения
25 мА. Для отсчета значений тока, измеряемого этим миллиамперметром, удобно использовать шкалу с 250 делениями мультиметра 7050.

Для оценки точности миллиамперметра, реализующего метод косвенного измерения тока, определим его абсолютную погрешность для оцифрованных делений шкалы.

· Уменьшая выходное напряжение генератора постоянных напряжений последовательно установить стрелку аналогового прибора на деления шкалы 200, 150, 100 и 50 единиц, что соответствует 20, 15, 10 и 5 мА. Соответствующее этим показаниям аналогового прибора точное значение тока в цепи определить по показаниям цифрового мультиметра. Вычислить абсолютную погрешность показаний аналогового прибора. Результаты занести в таблицу 2.3.2.

 

Таблица 2.3.2

№	Показания аналогового миллиамперметра ( )		Показания цифрового миллиамперметра, мА ( )	Абсолютная погрешность, мА
	делений	мА
1	200	20
2	150	15
3	100	10
4	50	5

 

 

2.4. Расширение пределов измерения амперметров и вольтметров с помощью шунтов и добавочных сопротивлений

 

- Цель работы

- Лабораторная установка и схема электрическая соединений

- Перечень аппаратуры

- Указания по проведению эксперимента

 

Для расширения предела измерения вольтметра используют добавочное сопротивление, включенное последовательно с прибором (рис. 2.4.1а). Сопротивление вольтметра  и добавочное сопротивление  образуют делитель напряжения. Напряжение вольтметра составляет часть полного напряжения цепи . Таким образом, вольтметром с конечным значением шкалы  можно измерить напряжение , большее предела измерения прибора

,

где  - сопротивление вольтметра;
 - добавочное сопротивление;
   - предел измерения вольтметра;
   - расширенный предел измерения вольтметра с добавочным
         сопротивлением.

 

 

а)	б)

Рис. 2.4.1. Принципиальная схема расширения предела измерения вольтметра с помощью добавочного сопротивления (а) и расчетная схема цепи (б).

 

Для расширения предела измерения амперметра используют шунт, включенный параллельно прибору (рис. 2.4.2а). Сопротивление амперметра  и сопротивление шунта  образуют делитель тока (рис. 2.4.2б). Таким образом, амперметром с конечным значением шкалы  можно измерить ток , больший предела измерения прибора

,

где  - сопротивление амперметра;
 - сопротивление шунта;
 - предел измерения амперметра;
   - расширенный предел измерения амперметра с шунтом.

 

а)	б)

Рис. 2.4.2. Принципиальная схема расширения предела измерения амперметра
с помощью шунта (а) и расчетная схема цепи (б).

.

Цель работы

 

Собрать и протестировать цепи расширения пределов измерения вольтметра и амперметра.

 

 

Лабораторная установка и электрическая схема соединений

 

Расширение предела измерения вольтметра
с помощью добавочного сопротивления

Постановка задачи: подключением добавочного сопротивления расширить предел измерения вольтметра с  В до  В. Сопротивление вольтметра
 кОм.

Рассчитаем величину добавочного сопротивления для схемы рис. 2.4.1б

.

 

Схема электрическая соединений для расширения предела измерения вольтметра приведена на рис. 2.4.3.

Рис. 2.4.3. Схема электрическая соединений для
расширения предела измерения вольтметра.

 

К выходу регулируемого источника постоянного напряжения G (блок А1, 212.2) подключена цепь из последовательно соединенных добавочного сопротивления  (блок А13, 1407) и вольтметра  (мультиметр 7050, блок 510.1). Для калибровки вольтметра с расширенным пределом измерения напряжения используется цифровой вольтметр  (мультиметр MY60, блок 510.1).

Однофазный источник питания G1 предназначен для безопасного питания блоков генераторов напряжений А1 (212.2) и мультиметров А3 (510.1).