Системы электроизмерительных приборов

Приборы магнитоэлектрической системы

Работа прибора магнитоэлектрической системы основана на взаимодействии поля постоянного магнита и измеряемого тока, проходящего по обмотке подвижной катушки, помещенной в это поле.

Приборы электромагнитной системы

Работа электромагнитной системы основана на взаимодействии подвижной части прибора магнитного поля, создаваемого измеряемым током при прохождении его по обмотке неподвижной катушки.

Приборы электростатической системы

Приборы электростатической системы основаны на взаимодействии электрически заряженных металлических тел. Эти приборы по принципу своего действия являются вольтметрами и применяются только в качестве вольтметров.

Приборы выпрямительной системы (детекторной)

Приборы выпрямительной системы представляют собой сочетание измерительного прибора магнитоэлектрической системы и одного или нескольких полупроводниковых выпрямителей (рисунок 1).

Рисунок 1

Приборы термоэлектрической системы

Термоэлектрические приборы представляют собой сочетание измерительного прибора магнитоэлектрической системы с одним или несколькими термопреобразователями (рисунок 2).

А I С В

Рисунок 2

Контрольные вопросы

1. Что такое класс точности?

2. Как найти относительную и абсолютную ошибку измерительного прибора?

3. Как правильно выбрать предел измерения многопредельного прибора?

4. Принцип работы приборов магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамических систем.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Измерение сопротивлений

Цель работы: Изучить особенности измерения сопротивлений методом амперметра и вольтметра.

Приборы и принадлежности: Источник постоянного тока (Е4), амперметр (A), вольтметр (V), переключатель (S2), реостат (R14), исследуемые резисторы (R_x).

Теоретическое введение

Электрическим током называется упорядоченное движение электрических зарядов. Тела, в которых могут свободно перемещаться электроны, называются проводниками; тела, не обладающие этими свойствами, называются диэлектриками. К проводникам относятся металлы, растворы солей, кислот, расплавленные соли, сильно нагретые газы и т.д.

Диэлектриками являются янтарь, стекло, масло, слюда, газы при обычных температурах и другие.

Указанное деление на проводники и диэлектрики является условным, так как свойство лучше или хуже проводить электрический ток в значительной степени зависит от внешних условий. Например, стекло в расплавленном состоянии становится проводником. К этому следует добавить существование большой группы веществ, называемых полупроводниками, которые по свойству проводить электрический ток занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками, а по характеру проводимости отличаются от металлических проводников.

В проводниках электрическими зарядами, перемещающимися под влиянием электрического поля, служат свободные электроны и ионы. Так, например, электропроводность у всех чистых металлов и сплавов определяется перемещением свободных электронов, у электролитов перемещаются положительные и отрицательные ионы, у сильно нагретых газов проводимость носит смешанный характер.

Каждый проводник оказывает большее или меньшее сопротивление при прохождении через него электрического тока. В соответствии с законом Ома для участка цепи, сила тока в проводнике пропорциональна напряжению, приложенному на концах проводника и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению проводника. Математически закон Ома для участка цепи можно записать так:

I=U/R, (1)

где U - напряжение на концах участка проводника; I - сила тока в проводнике; R - сопротивление проводника. Сопротивление проводника зависит от природы проводника и его размеров. Сопротивление цилиндрического, однородного, металлического проводника с площадью поперечного сечения S, длиной L равно:

R = rL/S, (2)

r - удельное сопротивление проводника, характеризующее свойства данного проводника. Отсюда следует:

r = RS/L,

т. е. r - равно выраженному в Омах сопротивлению куба с ребром 1 м из данного вещества, при токе параллельном одному из ребер куба.

На практике выражают во внесистемных единицах Ом ^. мм²/м. В сис­теме Си размерность r выражается в Ом ^. м²/м. Значения r для различных проводников приводятся в справочной литературе.

Электрическая энергия, а следовательно, и проводники электрическо­го тока, широко используется в различных отраслях народного хозяйства, науки, техники и в быту. Поэтому измерение сопротивлений проводников имеет большое практическое значение.

В принципиальном отношении уравнение (2) может служить для целей измерения сопротивлений R, если для данного проводника известны и экспериментально определенны L и S. Однако на практике такой метод неудо­бен и не может обеспечить высокую точность результата измерений. Часто применяемые металлические проводники имеют огромную длину и очень малые сечения, что значительно осложняет процесс измерения и не гарантирует необходимую точность. Поэтому такой метод используют только для грубой оценки сопротивлений проводников. Второй метод измерения вытекает из закона Ома уравнения (1). В этом случае необходимо измерить напряжение на концах проводника и силу тока, протекающего через проводник. При практическом осуществлении этого метода также возникают ряд осложнений (учет дополнительного сопротивления, погрешность измерительных приборов и другие), вследствие чего на практике такой метод применяется чаще всего при грубых измерениях.

Следующий метод - прямое измерение сопротивлений с помощью омметра. Кроме рассмотренных методов существует ряд других удобных и точных методов измерения сопротивлений проводников, один из которых, основанный на принципе так называемого уравновешенного мостика Уинстона. В этом и других подобных методах используется разветвленная электрическая цепь, для расчета которой применяются правила Кирхгофа:

1. Алгебраическая сумма токов сходящихся в узле разветвления равна нулю å I_i = 0;

2. В замкнутом контуре разветвленной цепи алгебраическая сумма электродвижущих сил источников тока равна алгебраической сумме произведений сил тока на сопротивления соответствующих участков этого контура.

åe_i = åI_iR_i.

Порядок выполнения работы

1. Собрать рабочую схему (рисунок 1).

2. Определить по техническим данным или с помощью выносного прибо­ра внутреннее сопротивление вольтметра (R_v) на том диапазоне, на кото­ром проводятся замеры.

3.Произвести замеры напряжения и тока, и определить величину сопротивления по приближенной формуле

(3)

и по уточненной формуле

. (4)

4. Определить процентное расхождение полученных результатов по формулам (5).

5. Аналогично определить сопротивление другого резистора.

R_x А

R А G4

S2

Рисунок 1

Таблица измерений

N п/п	U (B)	I (A)	R/ (Oм)	R// (Oм)	Roм(Ом)
	Резистор первый Rx =
1. 2. 3. 4. 5.
средн.зн.
	Резистор второй Rx =
1. 2. 3. 4. 5.
средн. зн.

%; %; % (5)

Контрольные вопросы

1. Объясните физический смысл сопротивления на основе электронной теории.

2. От каких параметров вещества и как зависит удельное сопротивление металлических проводников, электролитов, полупроводников и ди­электриков.

3. Как электронная теория объясняет зависимость сопротивления от температуры. Изобразите графически эту зависимость для металлов и полупроводников.

4. Объясните принцип измерения сопротивления проводников с помощью мостика Уинстона.

5. Сформулируйте законы Ома, Видемана-Франца. Выведите закон Ома в дифференциальной форме.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА