Материал: Лабораторная работа 1 Изучение электроизмерительных приборов Вариант1 Выполнил студент 20 Никитюк П. Д. 123220107

Федеральное агентство связи
ФГБОУ ВО «СибГУТИ»

Кафедра физики

Лабораторная работа 3.1
Изучение электроизмерительных приборов

Вариант№1


Выполнил студент:

20 Никитюк П.Д. 123220107

группа:

ЗРТ-221

Проверил преподаватель:

Черевко А.Г.

Измерения сняты __________________________

Дата, подпись преподавателя
Отчет принят ______________________________

Дата, подпись преподавателя

Работа зачтена_____________________________

Оценка, дата, подпись преподавателя

Цель работы:

1. 
   Изучить основные электроизмерительные приборы, определить их основные характеристики, освоить методику измерения с помощью этих приборов.
   

2. 
   Исследовать зависимость силы тока от напряжения на резисторе и построить вольтамперную характеристику (ВАХ) резистора.
   

3. 
   Используя амперметр и вольтметр, определить величину неизвестного сопротивления. Записать результат измерения.
   

Краткие теоретические сведения:

1. 
   Закон Ома. Сила тока, протекающего по сопротивлению, прямо пропорциональна напряжению на нем и обратно пропорциональна сопротивлению .
   
2. 
   Абсолютная погрешность (ΔА) показывает на сколько показания (А) прибора отличаются от истинного значения измеряемой величины (А̅) в единицах измерения этой величины.
   
3. 
   Относительная погрешность (δА, [%]) показывает на сколько показания прибора отличаются от истинного значения измеряемой величины в относительных единицах, обычно в процентах.
   

Рабочие формулы:

1. 
   Цена деления:
   

C–цена деления прибора

A_т–максимально возможное показание прибора, предел измерений

N–число делений шкалы

2. 
   Максимальная абсолютная погрешность прибора:
   

A – абсолютная максимальная погрешность прибора

– класс точности прибора

A_т – максимально возможное показаниe прибора, предел измерений

3. 
   Чувствительность прибора:
   

S – чувствительность прибора

4. 
   Расчёт сопротивления по закону Ома:
   

R – сопротивление резистора

U – падение напряжения на резисторе

I – сила тока, протекающего через резистор

5. 
   Относительная погрешность сопротивления:
   

R – относительная погрешность измерения сопротивления резистора

I – абсолютная погрешность измерения силы тока

U – абсолютная погрешность измерений падения напряжения

U – падение напряжения на резисторе

I – сила тока, протекающего через резистор

6. 
   Абсолютная погрешность измерения сопротивления:
   

R – абсолютная погрешность измерения сопротивления
R_изм– среднее экспериментальное значение сопротивления
Задания:

1. 
   Изучить аналоговые электроизмерительные приборы.
   

Рисунок 1 - Фотографии исследуемых приборов

Таблица 1. характеристики аналоговых электроизмерительных приборов

Наименование прибора	Система	Класс точности	Предел измерений	Множитель	Число делений шкалы	Цена деления	Чувствительность	Абсолютная погрешность
Вольтметр№1	Магнитоэлектрическая	1.5	5 В	0.5	50	0.1 В	10 В/дел	0.075 В
			10 В	1		0.2 В	5 В/дел	0.15 В
			20 В	2		0.4 В	2.5 В/дел	0.3 В
			30 В	3		0.6 В	1.6 В/дел	0.45 В
Миллиамперметр№2	Магнитоэлектрическая	1.5	100 mA	2	25	4 mA	0.25 mA/дел	1.5 mA
			200 mA	4		8 mA	0.125 mA/дел	3 mA
			500 mA	10		20 mA	0.05 mA/дел	7.5 mA
			2000 mA	40		100 mA	0.01 mA/дел	30 mA
Вольтметр№3	Магнитоэлектрическая	1.5	50 В	1	25	2 В	0.5 В/дел	0.75 В
			100 В	2		4 В	0.25 В/дел	1.5 В
			150 В	3		6 В	1.6 В/дел	2.25 В
			200 В	4		8 В	0.125 В/дел	3 В
Миллиампермет№4	Магнитоэлектрическая	1.5	1 mA	0.02	50	0.02 mA	50 mA/дел	0.015 mA
			5 mA	0.1		0.1 mA	10 mA/дел	0.075 mA
			10 mA	0.2		0.2 mA	5 mA/дел	0.15 mA
			50 mA	1		1 mA	1 mA/дел	0.75 mA

2. 
   Определить сопротивление резистора.
   

Описание лабораторной установки:

Установка состоит из регулируемого источника постоянного напряжения с подключенными к нему многопредельными амперметром и вольтметром, и неизвестным сопротивлением. Схема экспериментальной установки показана на рисунке 2.



Рисунок 2 - Схема экспериментальной установки

Ход работы:

1. 
   Согласно варианту, указанному преподавателем, открываю видео файл и с помощью покадровой перемотки останавливаю видео, когда стрелка вольтметра отклонена ровно на пять делений от нуля.
   
2. 
   Записал количество делений и показания вольтметра в таблицу 2.
   
3. 
   Определил значение силы тока, указываемое миллиамперметром и записал в таблицу 2.
   
4. 
   Затем перемотал видео так, чтобы количество делений, на которые отклонена стрелка, увеличилось ещё на пять делений, и записал значения приборов в таблицу 2 и т.д.
   

Таблица 2. ВАХ резистора

Um=10 B γU=1.5 Мн=х1; N=50 Cu=0.2 B/дел		Im=100 mA γI=1.5 Мн=2; N=25 CI=4 mA/дел
U		I
n, дел.	Cu ‧ n B	n, дел.	CI ‧ n mA									R=U/I
0	0	0	0	0.15				1.5				0
5	1	1	4	0.15		15%		1.5		37.5%
10	2	2	8	0.15		7.5%		1.5		18.75%		250
15	3	3	12	0.15		5%		1.5		12.5%		250
20	4	4	16	0.15		3.75%		1.5		9.4%		250
25	5	5	20	0.15		3%		1.5		7.5%		250
30	6	6	24	0.15		2.5%		1.5		6.25%		250
35	7	7	28	0.15		2.14%		1.5		5.36%		250
40	8	8	32	0.15		1.88%		1.5		4.7%		250
45	9	9	36	0.15		1.67%		1.5		4.17%		250
50	10	10	40	0.15		1.5%		1.5		3.75%		250

R_изм=250

=2.12%

3. 
   5002 Построить график зависимости силы тока от напряжения на сопротивлении.
   

Рисунок 3 – ВАХ резистора

[Собственная разработка на основе исходных данных]

Вывод: в ходе проведения лабораторной работы были изучены основные электроизмерительные приборы, определены их основные характеристики, освоена методика измерения с помощью этих приборов, исследована зависимость силы тока от напряжения на резисторе, построена вольтамперная характеристика, используя амперметр и вольтметр, определена величина неизвестного сопротивления равная 250 Ом.

Зависимость тока через резистор от напряжения на нем – линейная, коэффициент пропорциональности равен 1/R, значит сплошная линия должна быть прямой. График, приведенный на рисунке 3, соответствует результатам эксперимента.
Ответы на контрольные вопросы.

1. 
   Нарисуйте схемы подключения к измеряемой цепи амперметра и вольтметра.
   

2. 
   Каким условием должны удовлетворять внутренние сопротивления амперметра и вольтметра?
   

Для того, чтобы при своем включении в цепь эти приборы имели минимальное влияние на ее работу, вольтметр должен иметь как можно большее, а амперметр - как можно меньшее сопротивление.

3. 
   Вольтметром на 15 В (класс точности 1,0) измерено напряжение 6,0В. Каковы абсолютная и относительная погрешности измерения?
   

4. 
   Определите цену деления и чувствительность амперметра на 30 мA, шкала которого имеет 500 делений.
   

5. 
   Можно ли использовать миллиамперметр на 10 мА для измерения силы тока 10А? Внутреннее сопротивление прибора 50 (Ом).
   

Да, если подключить к амперметру шунт с сопротивлением 0.05 Ом




Решение задач.

1.1. Амперметр с сопротивлением Ra=0.16 Ом зашунтирован сопротивлением R = 0.04 Ом. Амперметр показывает ток I0 = 8 A. Найти ток I в цепи. (40A).

1.2. Гальванический элемент с ЭДС ε=1,5B и внутренним сопротивлением 1Ом замкнут на внешнее сопротивление 4 Ом. Найти силу тока в цепи и падение напряжения на внешнем сопротивлении. (0,3A; 1,2В).



2.1. Внутреннее сопротивление источника питания в n раз меньше внешнего сопротивления R, на который замкнут источник с ЭДСε. Найти силу тока в цепи и падение напряжения на внешнем сопротивлении.



2.2. Вывести формулу для определения дополнительного сопротивления вольтметра и применить ее для решения следующей задачи. Вольтметр с внутренним сопротивлением 2500 Ом показывает напряжение 125 В. Определить дополнительное сопротивление, при подключении которого вольтметр показывает 100 В. (625 Ом).


3.1. Два одинаковых источника тока (ε=1,5В, r= 0,4 Ом) соединены параллельно и замкнуты на внешнее сопротивление 1 Ом. Определить силу тока в цепи. (1,2 A).


3.2. Два одинаковых источника тока (ε=1,5В, r= 0.4 Ом) соединены последовательно и замкнуты на внешнее сопротивление 1 Ом. Определить силу тока в цепи. (1,7 A).

1. 
   Миллиамперметр предназначен для измерения силы тока не более 10 мA. Что нужно сделать, чтобы миллиамперметр можно было использовать для измерения токов до 1 A? Внутреннее сопротивление прибора 9,9 Ом. (0,1Ом).
   

4.2. Шесть элементов с ЭДС ε=1,5В и внутренним сопротивлением 0,4 Ом каждый, соединены в батарею так, что по нагрузке R=0,2 Ом протекает ток 5.6 A Как соединены элементы? (параллельно).