Знакомство с электроизмерительными приборами

Электроизмерительные приборы, которые используются для измерения электрических величин, классифицируются:

- по роду измеряемой величины (амперметры, вольтметры, омметры, ваттметры и др.);

- по роду тока, т.е. приборы постоянного тока, сменного тока, универсальные (постоянного и переменного токов);

- по принципу действия (магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические и др.).

- по способу вывода информации электроизмерительные приборы делятся на:

аналоговые - приборы, в которых вдоль шкалы перемещаются любые указатели (стрелка, "зайчик") или наоборот мимо указателя перемещается шкала (вращающийся барабан);

цифровые (информация выдается в виде числа на цифровом индикаторе);

В данной работе знакомятся с аналоговыми приборами.

Основными характеристиками электроизмерительных приборов есть: предел измерения, цена деления, класс точности.

Пределом измерения прибора называют то значение измеренной величины, при котором стрелка прибора отклоняется до конца шкалы.

На практике широко используют многопредельные приборы. Внутреннее сопротивление таких приборов изменяется с изменением предела измерения.

Цена деления определяется значением электрической величины, которая вызывает отклонение указателя на одно деление, т.е. цена деления - разность значений измеренной величины двух соседних меток шкалы прибора.

Для того, чтобы определить цену деления прибора, необходимо предел измерения прибора разделить на число делений шкалы, т.е.

, (1)

где А_тах – предел измерения; N - число делений шкалы.

В качестве примера определим цену деления миллиамперметра с границей измерения 300 mA, шкала которого имеет 75 делений. Согласно вышесказанному цена деления будет :

.

Если при измерении силы тока стрелка отклонится, например, на 10 делений, то это отклонение будет отвечать току:

Класс точности прибора п – показывает максимальную погрешность прибора, выраженную в процентах. Наиболее распространенные значения класса точности 0.5, 1.0, 1.5, 2.0.

Подключение вольтметра (милливольтметра, микровольтметра и др.) в электрической схеме показано на рисунке 1, а амперметра (миллиамперметра, микроамперметра) - на рисунке 2. При измерении электрических величин вольтметр подключается параллельно нагрузке, а амперметр - последовательно с нагрузкой.

При включении электроизмерительных приборов в электрическую цепь они влияют на ее режим. Степень влияния прибора на режим цепи определяется его внутренним сопротивлением R_вн. На лицевой панели приборов обычно указывается для вольтметров ток полного отклонения I_п, для амперметров - падение напряжения U_n на сопротивлении прибора, при котором через амперметр протекает ток I_max. Зная I_п, U_n, U_max и I_max, можно определить внутреннее сопротивление приборов следующим образом:

для амперметра: (3)

для вольтметра: (4)

В том случае, когда на лицевой панели амперметра не приведено значения U_n, его внутреннее сопротивление может быть определено таким образом. Параллельно амперметру, согласно рисунку 3, подключают вольтметр и меряют падение напряжения на амперметре.

Внутреннее сопротивление оценивают по формуле:

где I_А – показания амперметра

Проверка законов Ома

Для однородного участка электрической цепи, который не содержит источник электродвижущей силы (гальванического элемента, аккумулятора, термопары, источника фотоЭДС и др.) закон Ома заключается в том, что сила тока на этом участке прямо пропорциональна падению напряжения на этом участке и обратно пропорциональна его сопротивлению:

,

где I - сила тока, А;

U - падение напряжения на участке, В;

R - сопротивление участка цепи, Ом.

Закон Ома для полной цепи утверждает, что сила тока в цепи постоянного тока прямо пропорциональна полной электродвижущей силе (ЭДС) во всей цепи и обратно пропорциональна полному сопротивлению всей цепи:

,

где I - сила тока в цепи, А;

ε - ЭДс в цепи, В;

R =(R_н + r) - полное сопротивление весь цепи, Ом;

R - внешнее сопротивление, Ом;

r - внутреннее сопротивление источника тока, Ом.

Полная ЭДС ε всей цепи равняется алгебраической сумме всех ЭДС, которые действуют в этой цепи.

Полная ЭДС всей цепи численно равняется работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда по всей цепи:

Сторонние силы - это силы неэлектрического происхождения, которые действуют на свободные заряды внутри источников тока и необходимые для поддержания постоянной разности потенциалов и тока в проводнике. Эти силы могут быть обусловлены химическими процессами в аккумуляторах и гальванических элементах, вихревым электрическим полем, переменным магнитным полем и др.