Электрлік шаманы өлшеу әдістемесі
Өлшеу тура және жанама болып бөлінеді. Тура өлшеу кезінде іздеген мән ретінде өлшеу құралының көрсеткішін алады. Жанама өлшеу кезінде физикалық шаманың белгісіз мәнін тура өлшеумен табылған мән мен белгісіз мәннің арасындағы физикалық тәуелділік арқылы табады. Мысалы, R резистордың кедергісін U кернеу мен I тоқты пайдаланып Ом заңымен табады:
.
Өлшеу құралдарын тізбекке қосу жұмыс режимінің (тоқ, кернеу және т.б. параметрлердің) нақты өзгеруіне әкеледі. Electronics Workbench прграммасында өлшеуіш құралдар идеалды болады, яғни, амперметрлердің кедергісі нөлге тең, ал вольтметрлердікі шексіз үлкен болады.
а) б)
Сур. 1.2 Өлшеу құралдарын қосу схемасы
Тізбек элементінде I тоқтың және U кернеудің өлшемдері арқылы қуатты оңай анықтауға болады:
.
Айнымалы тоқ тізбегінде активті қуат кернеу мен тоққа ғана емес олардың φ фазалық ауытқуына тәуелді болады, яғни:
.
Жұмыстың мазмұны
1. Берілген зертханалық жұмыстың материалдарын бекіту үшін студент оқытушы берген тура және айнымалы тоқтың электр схемаларын жинайды.
2. Элементтер мен олардың номиналды шамаларын жинау. Таңдалған элементтерді түсіндіру.
Бақылау сұрақтары
1. Электр өлшеуіш құралдардың қолдану саласы қандай?
2. Тура өлшеу мен жанама өлшеудің айырмашылығы қандай?
3. Өлшеуіш құралдарды таңдаудағы қойылатын талаптар?
4. Амперметр мен вольтметрді жалғау схемаларын салыңдар.
5. Амперметр мен вольтметрді пайдаланып тізбектің кедергісін қалай өлшеуге болады?
6. Тоқ пен қуаттың мәндерін пайдаланып тізбектің кедергісін жанама өлшеумен қалай есептеуге болады?
7. Вольтметрді жүктемемен тізбектей жалғаса тізбектегі тоқ қалай өзгереді?
Зертханалық жұмыс № 2
Электр тізбектерін есептеу барысында
Кирхгоф заңдарын тікелей қолдану
Жұмыстың мақсаты: тәжірибелік түрде электр тізбектерін шешудің классикалық әдісін тексеру.
Жалпы мәліметтер
Электр тізбектерін есептеу алдында тармақтардағы тоқтарды анықтау керек, содан кейін тізбектегі жетіспейтін параметрлерді есептеу қажет. Ол үшін алдымен тармақтағы тоқтардың бағытын беру керек. Электр тізбектерін есептеу барысында Кирхгоф заңдарын тікелей қолдану күрделі электр схемаларына Кирхгофтың 1-ші және 2-заңдарын қолдануға негізделген.
Есептелетін тоқтар саны тармақ санына тең – А, түйін саны – Б. А белгісізді есептеу үшін А теңдеуін құрау керек. Кирхгофтың бірінші заңы бойынша (Б-1) теңдеуі құрылады, жетіспейтін теңдеу саны (А-(Б-1)) Киргофтың екінші заңымен құрылады.
А теңдеуінің жүйесін шеше отырып тармақтағы тоқты анықтауға болады. Кирхгофтың бірінші заңының тұжырымдалуы: түйіндегі тоқтардың алгебралық қосындысы нөлге тең
.
Түйінге бағытталған тоқтар «+» таңбасымен, ал түйіннен кері бағытталған тоқтар «-» таңбасымен алынады.
Кирхгофтың екінші заңының тұжырымдалуы: тұйықталған контурдағы пассивті элементтеріндегі түсу кернеулерінің алгебралық қосындысы сол контурдағы э.қ.к. алгебралық қосындысына тең болады
,
мұндағы m – пассивті элементтердің саны;
n – э.қ.к. саны.
Кирхгофтың екінші заңы бойынша теңдеу құру үшін контурға бағыт береді, сондағы берілген бағытпен бағыттас ЭҚК пен тоқтар «+» таңбасымен, ал қарама-қарсы бағытталғандар «- » таңбасымен алынады.
Потенциалды диаграмманы құру және есептеу. Потенциалды диаграмма деп, тұйықталған контур немесе тізбектің белгілі бір бөлігі бойынша потенциалдарды бөліп тарату графигі болып табылады. Потенциалды диаграмманы есептеу үшін (тоқтардың бағыты мен шамасы белгілі болу керек) таңдап алынған контурдың бір нүктесін жерлестіреді. Графикте абсцисса бойында контур бойымен кедергілерді салады, ал ордината бойында сәйкес контурдың потенциалды нүктелерін жатқызады. Тізбек контурының әрбір нүктесінің сәйкесінше потенциалдық диаграммада өз нүктесі болады. Потенциалдарды есептегенде екі факторды есепке алу керек:
1) тоқ үлкен потенциалдық нүктеден кіші потенциалдық нүктеге жылжиды;
2) қоректендіру көзінің ұшында потенциалдың секіруі байқалады, сонымен қатар ұшында жасық жағына қарағанда потенциал жоғары болады.
Мысал ретінде мына схеманы қарастырамыз (сур. 2.1). Тоқты есептеу үшін контурдың және тоқтардын бағытын беріп, Кирхгоф заңдары бойынша теңдеу құрамыз. Берілген схемадағы түйін саны 4 тең, тармақ саны – 6, сәйкесінше белгісіз тоқтарды табу үшін 6 теңдеу құру қажет. Кирхгофтың бірінші заңы бойынша (4-1) – теңдеу құрылады (1,2 және 3 түйіндері үшін).
Сурет 2.1 Потенциалдар есептеуі бойынша электрлік схема
I, II, III тұйықталған контуры үшін Кирхгофтың екінші заңымен (6-(4-1)) теңдеу құрылады.
Потенциалдық диаграмманы құрып, есептеу үшін (acdf) сыртқы контурды таңдаймыз (сур. 2.1).
а нүктесінің потенциалын жерлестіреміз, сәйкесінше бұл нұктенің потенциалы нөлге тең φа= 0. Сонда:
φb = φа - I2R2
φc = φb + E1
φd = φc - I1R1
φe = φd + E4
φf = φe + I5R5
φa= φf - I6R6=0
Есептеудің берілгені бойынша потенциалдық диаграмма 2.2 суретінде көрсетілген. Графиктің еңіс бұрышы сол бөліктің тоғының шамасын сипаттайды: еңістің бұрышы неғұрлым тік болса, соғұрлым тоқтың шамасы үлкен.
Сурет 2.2 Потенциалдық диаграмма
Жұмыстың мазмұны
Электр тізбегінде:
1) тармақтардағы тоқты өлшеу;
2) берілген контурдың нүктелерінің потенциалын өлшеу;
3) тәжірибелік берілгендер бойынша Кирхгофтың бірінші және екінші заңымен тексеру;
4) потенциалдық диаграмма құру.