Вказівки до виконання роботи

Для виконання роботи необхідно вивчити такий теоретичний матеріал: електричний струм; сила струму та його густина; закон Ома для ділянки кола; опір провідників; правила Кірхгофа для розгалужених кіл [1, §§ 96, 98, 101; 3; §§ 31, 34, 36].

 

У колах постійного та змінного струмів для вимірювання сили струму використовують амперметри, а для вимірювання напруги - вольтметри. Ці прилади виготовляються на основі одного й того ж самого вимірювального приладу - гальванометра і відрізняються один від одного внутрішнім опором та шкалами.

Як і до інших вимірювальних приладів, до амперметрів та вольтметрів ставляться такі вимоги: вмикання їх у коло не повинно призводити до помітної зміни режиму роботи всього кола або окремих його ділянок. Це досягається тим, що під час кожного конкретного вимірювання сили струму або напруги відповідні вимірювальні прилади підбираються з урахуванням їх власного опору.

Для того, щоб виміряти величину струму, необхідно через прилад пропустити увесь цей струм або наперед відому його частину, тому амперметр потрібно вмикати послідовно у розрив тієї ділянки мережі, де необхідно виміряти струм. Однак при такому підключенні опір амперметра збільшить загальний опір кола і зменшить струм у ньому. Щоб цього не сталося, обмотку амперметрів роблять із невеликої кількості витків дроту, великої товщини. Завдяки цьому обмотка має невеликий опір.

Щоб одним і тим самим амперметром можна було вимірювати великі струми, паралельно йому вмикають шунт - пластинку із дуже малим відомим опором, меншим за опір амперметра. Тому через шунт буде проходити більша частина струму, а по амперметра - менша його частина. Опір шунта розраховують за формулою

,                                 (3.1.1)

де I_Г - значення сили струму, на яку розрахований гальванометр (амперметр), I - значення сили струму, яку потрібно виміряти цим гальванометром (амперметром), R_Г - опір гальванометра (амперметра).

Для вимірювання напруги між будь-якими двома точками електричного кола до них підключають вольтметр, при цьому частина струму буде відгалужуватись у вольтметр. Щоб зменшити кількість енергії, яка витрачається на вимірювання, опір вольтметра роблять більшим - значно більшим, ніж опір споживача (ділянки кола). Тому струм, який проходить через вольтметр, дуже малий.

Для вимірювання дуже великої напруги до вольтметра послідовно вмикають ще додатковий опір. При цьому загальний опір кола вольтметра збільшується і струм у ньому навіть при значній напрузі не перевищує величини, припустимої для даного вольтметра. Додатковий опір розраховують за формулою

,                              (3.1.2)

де U - напруга, яку необхідно виміряти.

Амперметри, як і вольтметри, часто виготовляють на різні межі. Для цього в корпусі приладу монтують два або декілька шунтів (чи додаткових опорів), які перемикачем з’єднуються з клемами приладу.

Важливими характеристиками електровимірювальних приладів є ціна поділки шкали та клас точності приладу. Ціна поділки К визначається значенням вимірюваної величини, яке відповідає одній поділці шкали. Для цього необхідно поділити граничну силу струму (напругу) на число поділок на шкалі приладу. В приладах, які мають декілька меж вимірювання, максимальна сила струму (напруга) вказується біля перемикача меж або біля відповідної клеми приладу.

Іноді, особливо для приладів, розрахованих для вимірювання малих значень струмів та напруги, зручно розглядати не ціну поділки шкали, а чутливість приладу S, яка визначається лінійним або кутовим переміщенням покажчика (стрілки), що відповідає одиниці вимірюваної величини. Ціна поділки шкали та чутливість приладу обернено пропорційні, тобто

.                                      (3.1.3)

У даній роботі за показами приладів з відомою ціною поділки шкали (еталонних) потрібно визначити ціну поділки шкали градуйованих приладів. Для зміни сили струму при градуюванні амперметра використовується реостат (рис.3.1.1). У цьому разі змінний опір вмикається в коло послідовно. Для плавного регулювання струму змінний опір підбирається невеликим (кілька

десятків Ом). Для зміни напруги при градуюванні вольтметра використовується потенціометр (подільник або регулятор напруги) (рис.3.1.2). У цьому разі загальний опір потенціометра повинен бути великим (декілька сотень Ом).

Хід роботи

А. Градуювання гальванометра як амперметра.

1. Зібрати коло за схемою (рис.3.1.1).

2. Змінюючи за допомогою реостата силу струму в колі, записати в табл.3.1.1 покази еталонного (в амперах) та градуйованого (в поділках) приладів.

3. За отриманими даними побудувати графік залежності показів градуйованого приладу від струму.

4. Користуючись графіком, визначити ціну поділки шкали градуйованого приладу.

5. Розрахувати за допомогою формули (3.1.3) чутливість градуйованого приладу.

Таблиця 3.1.1

№ пор.	n, поділок	I, A	K, А/поділку	S, поділ./А

 

Б. Градуювання гальванометра як вольтметра.

1. Зібрати коло за схемою (рис. 3.1.2).

2. Змінюючи напругу, записати до табл.3.1.2 покази еталонного (у вольтах) та градуйованого (в поділках) приладів.

3. За отриманими даними побудувати графік залежності показів градуйованого приладу від напруги.

4. Користуючись графіком, визначити ціну поділки шкали градуйованого приладу.

5. Розрахувати за допомогою формули (3.1.3) чутливість градуйованого приладу.

Таблиця 3.1.2

№ пор.	n, поділок	U, В	K, В/поділку	S, поділ./В

 

Контрольні запитання

1. Що називають силою струму? Яка її одиниця?

2. Що називають густиною струму? Яка її одиниця?

3. В чому полягає фізичний зміст напруги?

4. Як формулюються правила Кірхгофа?

5. Які межі вимірювання має кожен з приладів у даній роботі?

6. В яких випадках виникає потреба у застосуванні шунта або додаткового опору?

7. Як визначити ціну поділки приладу?