- •Электричество и магнетизм практикум по физике
- •Устройство и принцип действия электроизмерительных приборов
- •1. Основные электроизмерительные приборы
- •2. Классификация приборов по принципу действия
- •3. Чувствительность и цена деления электроизмерительного прибора
- •4. Расширение пределов измерений приборов
- •Элементы теории погрешностей при электрических измерениях
- •1. Погрешности приборов
- •2. Оценка погрешностей электрических измерений
- •3. Определение ошибок косвенного измерения физической величины
- •4. Определение наиболее выгодных условий измерения
- •5. Проведение физических измерений и оформление полученных результатов
- •6. Запись экспериментальных результатов
- •Лабораторная работа № 1 измерение сопротивлений мостиком уитстона
- •1. Метод вольтметра и амперметра.
- •2. Метод омметра.
- •3. Мостовой метод или метод мостика постоянного тока (мостик Уитстона).
- •Устройство и принцип действия мостика Уитстона
- •Проведение измерений
- •Обработка результатов
- •Погрешность измерений
- •Техника безопасности
- •Содержание отчета
- •Вопросы для допускного контроля
- •Контрольные вопросы
- •Описание экспериментальной установки и проведение измерений
- •Обработка результатов
- •Техника безопасности
- •Содержание отчёта
- •Вопросы допускного контроля
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 3 определение эдс методом компенсации
- •Теория метода
- •Метод компенсации и описание установки
- •Проведение измерений и обработка результатов
- •Техника безопасности
- •Содержание отчета
- •Вопросы допускного контроля
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 4 изучение электростатического поля
- •Теория метода
- •Методика исследования
- •Описание экспериментальной установки
- •Проведение измерений и обработка результатов
- •Техника безопасности.
- •Содержание отчета
- •Вопросы допускного контроля
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 5 измерение электрической емкости мостиком сотти
- •Теория метода
- •Описание экспериментальной установки
- •Проведение измерений и обработка результатов
- •Техника безопасности
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 6 изучение гальванометра
- •Проведение измерений и обработка результатов
- •Техника безопасности
- •Погрешность измерений
- •Содержание отчета
- •Вопросы допускного контроля
- •Контрольные вопросы
- •Описание экспериментальной установки
- •Проведение измерений и обработка результатов
- •Техника безопасности
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 8 изучение законов кирхгофа
- •Теория метода
- •Описание экспериментальной установки
- •Проведение измерений
- •1. Определение эдс источников тока участков цепи
- •2. Проверка первого закона Кирхгофа
- •3. Проверка второго закона Кирхгофа
- •Погрешность измерений
- •Содержание отчета
- •Вопросы для допускного контроля
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 9 исследование зависимости электрического сопротивления металла от температуры
- •Теория метода
- •Описание установки
- •Проведение измерений
- •Обработка результатов
- •Техника безопасности
- •Содержание отчета
- •Вопросы для допускного контроля
- •Контрольные вопросы
- •Описание экспериментальной установки
- •Проведение измерений и обработка результатов
- •1. Измерение электрической постоянной.
- •2. Измерение относительной диэлектрической проницаемости диэлектриков.
- •Погрешность измерений
- •Техника безопасности
- •Содержание отчета
- •Вопросы для допускного контроля
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 11 определение напряженности земного магнитного поля с помощью тангенсгальванометра
- •Теория метода
- •Описание экспериментальной установки
- •Проведение измерений
- •Обработка результатов и погрешность измерений
- •Содержание отчета
- •Техника безопасности
- •Вопросы для допускного контроля
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 12 исследование индуктивности соленоида
- •Теория метода
- •Описание экспериментальной установки
- •Проведение измерений
- •Обработка результатов
- •Содержание отчета
- •Техника безопасности
- •Вопросы для допускного контроля
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 13 изучение эффекта холла
- •Теория метода
- •Описание экспериментальной установки
- •Проведение измерений и обработка результатов
- •Содержание отчета
- •Техника безопасности
- •Вопросы допускного контроля
- •Описание экспериментальной установки
- •Проведение измерений и обработка результатов
- •Содержание отчета
- •Техника безопасности
- •Вопросы допускного контроля
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 15 изучение электромагнитной индукции
- •Теория метода
- •Описание экспериментальной установки
- •Проведение измерений
- •Обработка результатов
- •Техника безопасности
- •Содержание отчета
- •Вопросы для допускного контроля
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 16 исследование резонанса в колебательном контуре
- •Теория метода
- •Описание экспериментальной установки
- •Проведение измерений
- •Обработка результатов измерений
- •Техника безопасности
- •Вопросы для допускного контроля
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 17 определение длины электромагнитной волны с помощью измерительной линии лехера
- •Теория метода
- •Описание экспериментальной установки
- •Проведение измерений
- •Техника безопасности
- •Вопросы допускного контроля
- •Контрольные вопросы
- •Описание экспериментальной установки
- •Проведение измерений и обработка результатов
- •Содержание отчета
- •Техника безопасности
- •Вопросы для допускного контроля
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 19 исследование энергетического режима цепи синусоидального тока
- •Теория метода
- •Описание экспериментальной установки
- •Проведение измерений и обработка результатов
- •Техника безопасности
- •Вопросы допускного контроля
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 20 определение точки кюри ферромагнетика
- •Теория метода
- •Описание экспериментальной установки
- •Проведение измерений и обработка результатов
- •Содержание отчета
- •Техника безопасности
- •Вопросы допускного контроля
- •Контрольные вопросы
- •Исследование намагничивания ферромагнетика
- •Теория метода
- •Описание экспериментальной установки
- •Проведение измерений и обработка результатов Первый вариант
- •Второй вариант
- •Содержание отчета
- •Техника безопасности
- •Вопросы допускного контроля
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •394000, Воронеж, пр. Революции, 19
Устройство и принцип действия электроизмерительных приборов
1. Основные электроизмерительные приборы
Все электроизмерительные приборы классифицируются по следующим основным признакам:
а) по роду измеряемой величины: амперметры, вольтметры, омметры, счетчики, ваттметры и др.;
б) по роду тока: приборы постоянного тока, переменного тока и приборы постоянного и переменного тока;
в) по принципу действия: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, индукционные, тепловые, электростатические и др.;
г) по степени точности: 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 классов.
Приборы класса точности 0,1; 0,2; 0,5 применяются для точных лабораторных измерений и называются прецизионными.
Н а шкалу прибора наносится символ, указывающий принцип действия прибора, род тока - постоянный () или переменный ( ~ ), установки прибора - вертикально ( ), горизонтально ( ), пробивное напряжение изоляции ( кВ), класс точности 0,5.
Обозначение систем электроизмерительных приборов показано в таблице 1.
Таблица 1
Система |
Условные обозначения |
Магнитоэлектрическая |
|
Электромагнитная |
|
Электродинамическая |
|
Тепловая |
|
2. Классификация приборов по принципу действия
П риборы магнитоэлектрической системы состоят из неподвижного подковообразного постоянного магнита 1 (рис. 1), к полюсам которого присоединяются наконечники 6 из мягкого железа, охватывающие сплошной железный цилиндр - сердечник 3. Между этим сердечником и поверхностью наконечников образуется однородное магнитное поле.
В воздушном зазоре располагается легкая рамка 5, на которой держится обмотка из тонкой изолированной проволоки. Рамка укреплена так, что может свободно поворачиваться в воздушном зазоре постоянного магнита.
На оси рамки укреплены стрелка 2 и две спиральные пружины 4, которые создают противодействующий момент и одновременно подводят ток к обмотке прибора.
Прибор имеет корректор, позволяющий изменить положение закрепленного конца одной из спиральных пружинок и тем самым производить установку стрелки прибора на "0". При прохождении тока через обмотку рамка прибора поворачивается в ту или другую сторону в зависимости от направления тока (в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и магнитного поля электрического тока). Угол поворота рамки и связанной с ней стрелки зависит от силы проходящего по обмотке тока.
Приборы магнитоэлектрической системы обладают высокой точностью и чувствительностью - с их помощью можно измерять токи до 10-14 А (см. "Гальванометры"). На показания этих приборов внешние поля оказывают незначительное влияние, потребляют мало энергии, мало чувствительны к влияниям температуры, имеют равномерную шкалу, стрелка быстро останавливается (апериодичность).
Приборы электромагнитной системы (рис. 2а) состоят из неподвижно укрепленной катушки 2, по обмотке 1 которой проходит измеряемый прибором ток. Железный сердечник 3, изготовленный в виде пластинки, эксцентрично закрепляется на оси прибора 0, к этой же оси прикрепляются спиральная пружина 4, вызывающая противодействующий момент, успокоитель 5 и стрелка прибора. При прохождении тока через обмотку прибора железный сердечник втягивается внутрь катушки, поворачивая связанную с ним стрелку.
И з различных конструкций приборов этой системы укажем на астатические приборы (рис. 2б). В них имеются две катушки, обмотки которых соединены последовательно так, что их магнитные поля направлены в противоположные стороны. Такое устройство прибора дает возможность исключить влияние посторонних магнитных полей; если такое поле будет усиливать поле одной катушки, то настолько же ослабит поле другой.
Приборы электромагнитной системы конструктивно просты; их можно использовать при измерениях больших токов, так как обмотка у них неподвижна, они стойки к перегрузкам, пригодны для постоянного и переменного тока, надежны в эксплуатации.
Приборы электродинамической системы (рис. 3) состоят из двух катушек, одна из которых одна (2) неподвижна, другая (4) - подвижна. Катушка 2 состоит из двух одинаковых половин, между которыми проходит ось прибора. На оси закреплены подвижная катушка, стрелка 1, крыло воздушного успокоителя 5 и две
с пиральные пружины 3, создающие противодействующий момент и подводящие ток в подвижную катушку (так же как и в приборах магнитоэлектрической системы). При пропускании тока через обе катушки в результате электродинамического воздействия подвижная рамка будет стремиться повернуться так, чтобы плоскость ее витков стала
параллельной плоскости витков неподвижной катушки. Угол поворота подвижной рамки зависит от токов, идущих в катушках.
С помощью приборов электродинамической системы можно измерять силу постоянного и переменного тока, так как в случае измерения силы переменного тока его изменение по направлению происходит одновременно в обеих катушках и, следовательно, направление электродинамических сил остается неизменным. При измерении силы переменного тока приборы электродинамической системы показывают эффективное значение силы тока. Приборы этой системы обладают высокой точностью.
Гальванометры - приборы высокой чувствительности, используются для измерения очень малых токов и напряжений. Шкала прибора очень часто градуируется самим наблюдателем. Наиболее распространенными являются гальванометры магнитоэлектрической системы.