Lb5_Msis_Sergeev

Цель работы: изучение методов измерения больших значений силы тока и напряжения, определение зависимости верхнего предела измерения электроизмерительных приборов от значения шунтирующего сопротивления.

Задачи:

1)Изучение схем подключения шунтирующего сопротивления к амперметру и вольтметру;

2)Проведение серии экспериментов для различных значений шунтирующего и добавочного сопротивления;

3)Установление зависимости полученного шунтированием предела измерения прибора от значения сопротивления шунта.

Теоретические сведения

Увеличение предела измерения электроизмерительного прибора связано с необходимостью выдерживания высоких значений силы тока Большие токи вызывали бы увеличение сечения проводов обмотки катушки

(обычно диаметр проводов не превышает 0,2 мм), а, следовательно, массы и момента инерции подвижной части прибора. Кроме того, приборы обладают внутренним сопротивлением, наличие которого приводит к тому, что подключение измерительных приборов к цепи влияет на её параметры. При этом наличие внутреннего сопротивления у амперметра приводит к тому, что общее сопротивление участка цепи возрастает, и поэтому сила тока в цепи с амперметром меньше чем сила тока без него.

Чем меньше внутреннее сопротивление амперметра, тем меньшее изменение силы тока происходит на том участке цепи, куда включается амперметр. Поэтому пределы измерения по току расширяют с помощью шунтов, а по напряжению – с помощью добавочных резисторов.

Шунтирование – подключение параллельно амперметру с внутренним сопротивлением RA сопротивления Rш, называемого шунтом. Схема подключения приведена на рисунке 1. При этом часть тока Iш проходит через шунт, а общий измеряемый ток I'm становится больше, чем предел измерения

2

амперметра I'm. Такое соединение можно рассматривать как амперметр с новым пределом измерения, равным I'm.

Рис. 1. Схема подключения шунта к амперметру

По законам Кирхгофа:

Решение системы уравнений (1.22) относительно I'm будет иметь вид:

Из выражения (1.23) следует, что чем меньше будет сопротивление шунта Rш, тем больше будет новый предел измерения I'm. Сопротивление Rш

Вольтметры предназначены для измерения разности потенциалов на

участке цепи. Для однородного участка цепи разность потенциалов равна напряжению на участке. Для того чтобы при подключении вольтметра токи в схеме изменялись мало, необходимо, чтобы его внутреннее сопротивление

RV было как можно большим. Поэтому к вольтметру последовательно включается добавочное сопротивление, схема включения показана на рис. 2.

Пределу измерения вольтметра соответствует максимальный ток

3

Для изменения предела измерения вольтметра последовательно с ним включают добавочное сопротивление Rд. При этом измеряемое напряжение

U'm равно:

Рис. 2. Схема подключения шунта к вольтметру

Пределу измерения вольтметра соответствует максимальный ток

Для изменения предела измерения вольтметра последовательно с ним включают добавочное сопротивление Rд. При этом измеряемое напряжение

U'm равно:

где Uд – напряжение на добавочном сопротивлении. Так как ток через вольтметр равен току через добавочное сопротивление, напряжение на добавочном сопротивлении будет равно:

где m U 'm – коэффициент изменения предела измерения напряжения.

U m

4

Шунты встраивают в прибор или выполняют отдельными от прибора.

Их изготавливают из манганина, обладающего малым температурным коэффициентом электрического сопротивления.

Ход работы

Опыт №1 Расширение предела измерения амперметра Собираем электрическую схему, представленную на рис. 3.

Рис. 3. Схема экспериментальной цепи

Таблица 1. Результаты эксперимента №1

Где 1 = 55 Ом, 2 = 151 Ом.

Пример расчета при сопротивлении 1:

Коэффициент шунтирования амперметра:

= ′ = 50 = 0,7,

72,1

Построим график зависимостей амперметра с шунтом от значений образцового амперметра.

6

Рис. 4. График зависимостей показаний образцового прибора от показаний электромагнитного амперметра (при сопротивлении R1 и R2)

Опыт №2 Расширение предела измерения вольтметра

Собираем электрическую схему, изображенную на рис. 5.

Рис. 5. Схема экспериментальной цепи

7

Таблица 2. Результаты эксперимента № 2

=1

8

Рис. 5. График зависимостей показаний образцового прибора от показаний электромагнитного вольтметра (при сопротивлении R1 и R2)

Вывод: в ходе лабораторной работы были изучены методы измерения больших значений силы тока и напряжения, схемы подключения шунтирующего сопротивления для амперметра и вольтметра, были определены зависимости верхнего предела измерения электроизмерительных приборов от значения шунтирующего сопротивления. Построены графики зависимости показаний образцового прибора от показаний электромагнитного прибора.

Ответы на контрольные вопросы:

1. Почему шунт для расширения предела измерения амперметра включается параллельно амперметру, а шунт для расширения предела измерения вольтметра – последовательно вольтметру?

Это связано с особенностями параллельной и последовательной работе цепи для вольтметра и амперметра. Ток, подключённый параллельно амперметру, распределяемся между ветвями в то время, как при последовательном соединении он будет одинаков на всех элементах цепи,

9

поэтому шунтирование не будет иметь смысла; то же самое происходит и с вольтметром: при последовательном подключении напряжение разделяется между элементами, а при параллельном одинаково на всех элементах цепи, и

шунт, в таком случае, был бы бесполезен.

2. Шунт с каким сопротивлением необходимо использовать при измерении силы тока до 1000 мА амперметром с верхним пределом измерения 200 мА?

Так как внутреннее сопротивление амперметра не дано, примем его равным = 20 Ом, как до этого в отчёте.

Находим коэффициент шунтирования:

1000= 200 = 5

Необходимо использовать шунт с сопротивлением 5 Ом.

3. Определите действительное значение напряжения в цепи, если вольтметр показывает 125 В, величина добавочного сопротивления – 150

кОм, m = 1.57.

Определим величину внутреннего сопротивления вольтметра:

′

д = ( − 1) ∙ = ( − 1) ∙

10