Лабораторна робота №

Вимірювання опорів на постійному струмі

1. 1 Мета роботи

Ознайомлення з основними видами та методами вимірювання активних електричних опорів на постійному струмі.

Дослідження методичних похибок основних методів вимірювання опорів та шляхи їх усунення.

1. 2 Програма роботи

Під час заняття студент повинен самостійно виміряти три опори (умовно малий, середній, великий). Завдання на вимірювання опорів кожен студент одержує від викладача. Отримавши завдання студент вимірює кожен опір методом амперметра і вольтметра по схемі “а” і “б” і методами заміщення і нульовим. З метою виключення грубих помилок кожен опір вимірюється кожним методом по три рази крім нульового. Результати вимірювань обраховуються і заносяться в протокол роботи. За результатами вимірювань потрібно зробити висновок, причому необхідно оцінити точність (ефективність) кожного метода вимірювання опорів.

1. 3 Основні теоретичні положення

Вимірювання фізичних величин є процесом емпіричного кількісного пізнання властивостей фізичних обєктів. В залежності від способу отримання результатів вимірювань розрізняють прямі, непрямі (опосередковані), сукупні і сумісні види вимірювань. Найчастіше у виробничій практиці використовуються прямі вимірювання фізичних величин, при яких результат отримується безпосередньо з дослідних даних без будь-яких допоміжних дій (обчислень, порівнянь) з боку дослідника, наприклад визначення тиску манометром, покази якого є результатом вимірювань. Інші види вимірювань мають спеціальне застосування, основою яких також є прямі вимірювання. Для прикладу при непрямих вимірюваннях результат отримується з допомогою обчислення значення за відомою функціональною залежністю (рівнянням) шуканої величини і аргументів, встановлених прямими вимірюваннями. Визначення, суть понять і видів вимірювань самостійно опрацювати в літературі 5,6.

Поєднання засобів і принципів вимірювання визначається методами вимірювання. Метод суттєво впливає на точність результату, вартість технічного засобу вимірювань, тому, безумовно, визначає сферу застосування.

Існують два види методів:

метод безпосередньої оцінки;

метод порівняння з мірою.

В основному, на виробництві використовується перший метод, відповідно до якого результат визначається безпосередньо по відлікованому пристрою засобу вимірювання (ЗВ) прямої дії. Метод порівняння з мірою має декілька модифікацій:

диференційний метод;

нульовий метод;

метод заміщення;

метод співпадань.

Ці модифікації застосовуються для отримання більш точних результатів (при повірках приладів та в наукових дослідженнях, ін.) 1,8.

Для ознайомлення з методами вимірювання, аналізу їх точностей і особливостей отримання практичних навиків, в якості фізичної величини використовуються активні опори електричного струму, що дозволяє обгрунтовано провести дослідження основних видів і методів вимірювань.

В електротехніці умовно приймають, що опори до 10 Ом – малі, від 10 Ом до 100 кОм – середні і більше 100 кОм – великі. Для вимірювання активних опорів можуть використовуватися різні види і методи вимірювань (прямі, непрямі вимірювання, метод безпосередньої оцінки і порівняння з мірою). В залежності від умов вимірювань в даному випадку значень R необхідно вибирати як метод, так і обладнання. Методи вимірювання малих, середніх і великих опорів різні. Це зумовлено тим, що при вимірюванні малих опорів потрібно враховувати опір з’єднувальних проводів, а також внутрішній опір джерел живлення і вимірювальних приладів. При вимірюванні великих опорів необхідно використовувати прилади, які здатні вимірювати дуже малі струми. При прямих вимірюваннях використовують омметри, а при непрямих методах вимірювання використовують амперметр і вольтметр, при цьому значення опору визначається за законом Ома. Для більш точних вимірювань використовують модифікації методу порівняння з мірою, в методі заміщення використовують магазин опорів, в нульовому методі — міст постійного струму. характерним для непрямих методів вимірювання є необхідність враховувати внутрішній опір амперметра і вольтметра, оскільки він впливає на точність вимірювання. Однак, метод амперметра і вольтметра широко використовується на практиці, оскільки дозволяє вимірювати опір електричних машин, які знаходяться під напругою.

Кожний метод вимірювання має свою неточність, яка характеризується методичною похибкою. Методична похибка виникає внаслідок неточності методу вимірювання або розрахункової формули, яка покладена в основу методу, а також може бути зумовлена тим, що принципова схема приладу не забезпечує точного відтворення функціональної залежності, яка зв’язує вимірювану величину з тою, на яку в дійсності реагує чутливий елемент.

Лабораторний стенд складається з магазинів опорів: типу Р314 та типу МСР-63, реостату типу РСП-165±20% Ом, багатограничних міліамперметра типу 144ДА та вольтметра типу 144Д, а також з моста постійного струму типу Р4833 та джерела живлення типу ВИП-10 (=20В) і джерела змінної напруги 220В.

Вимірювальні опори знаходяться в штепсельному магазині опорів Rх (типу Р314), який розміщений на стенді вертикально. Для зміни струму і напруги в вимірювальних схемах (рисунок 1.1) використовується реостат Rе (типу РСП-165). Ці ж схеми живляться від джерела живлення Б (типу ВИП-10), напругою 20В. В схемах рисунка 1.1 (з спільним амперметром) і рисунок 1.2 (з спільним вольтметром) струм і напруга вимірюються відповідно амперметром (А) і вольтметром (V). В залежності від вимірюваного опору використовують різні діапазони:

В схемі заміщення (рисунок 1.3) як еталон для заміщення вимірюваної величини використовується магазин опорів R0 (типу МСР-63).

Вимірювальна схема при нульовому методі вимірювання повністю реалізується на мості постійного струму, що живиться від мережі змінного струму.

Значення опорів студентам невідомо і вказуються їм кодом. Код складається з двох великих букв, які вказуються між якими затискачами слід проводити вимірювання, і двома значеннями, які вказують положення штепселя. Після зняття показів студентам вказується по спеціальній таблиці згідно кодів значення вимірюваних опорів, які використовуються як дійсні значення при обробці результатів.

Вимірювання опорів методом амперметра та вольтметра реалізовано схемою