Изучение электроизмерительных приборов

1.

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ № 5 - 6
ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Общие сведения об электроизмерительных приборах и погрешностях
Изучение электроизмерительных приборов магнитоэлектрической, электромагнитной и
электродинамических систем
Цель работы: Изучить систему обозначений на шкалах приборов и основные
характеристики электроизмерительных приборов. Изучить принцип
действия
приборов
магнитоэлектрической,
электромагнитной
и
электродинамической систем. Изучить схемы включения приборов и
научиться снимать показания с приборов. Изучить устройство и схему
включения магазинов сопротивлений, реостатов и потенциометров.
Оборудование: 1) вольтметр,
2) амперметр магнитоэлектрический,
3) амперметр электромагнитный,
4) ваттметр,
5) магазин сопротивления рычажный,
6) реостат.
Содержание работы
Задание первое: Изучение принципа действия прибора магнитоэлектрической системы.
Задание второе: Изучение магнитоэлектрического амперметра.
Задание третье: Изучение магнитоэлектрического вольтметра.
Задание четвертое: Изучение принципа действия прибора электромагнитной системы.
Задание пятое: Изучение электромагнитного амперметра.
Задание шестое: Изучение принципа действия прибора электродинамической системы.
Задание седьмое: Изучение электродинамического ваттметра.
Задание восьмое: Изучение реостатов.
Задание девятое: Изучение рычажного магазина сопротивлений.

2.

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА И МАГНЕТИЗМА.
ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.
Прежде, чем приступить к выполнению лабораторных работ по электричеству и
магнетизму или по другим разделам курса физики, связанных со сборкой электрических
схем или работой с монтажными схемами (готовыми макетами), следует внимательно
изучить описание лабораторной работы, инструкции по эксплуатации приборов и
установок, ознакомиться с техническими паспортами электроизмерительных приборов.
Монтаж экспериментальной установки в большинстве случаев студент производит
самостоятельно по принципиальной или монтажной схемам. При проведении этой работы
необходимо руководствоваться следующими требованиями к сборке электрических схем
и правилам техники безопасности.
1. Предварительно необходимо расставить приборы, используемые в данной работе, не
соединяя проводами и учесть следующее:
1.1. На переднем плане ставятся основные приборы, с которыми приходится работать,
это, прежде всего, электроизмерительные приборы, а также элементы установки,
которые требуют постоянного перемещения во время работы.
1.2. Вспомогательные приборы, остающиеся неподвижными во время работы, ставятся в
глубине рабочего места.
1.3. Источники тока должны быть надежно закреплены на рабочем месте или на
монтажной установке.
1.4. Приборы или элементы, которые нагреваются во время работы должны иметь
теплозащиту и касание их не допускается.
1.5. После расстановки приборов можно перейти к сборке электрической схемы.
2. Электрическая схема монтируется с помощью соединительных проводов. Провода
должны быть изолированными, а концы иметь контактные крючки или контактные
штыри.
3. Если нет контактных штырей и крючков, концы проводов должны быть защищены,
т.к. они постоянно окисляются в следствии чего нарушается контакт.
4. Контакты должны быть всюду плотны. Если в контактах для присоединения проводов
имеются отверстия, то контактные концы проводов вставляются именно в них и
прижимаются сверху винтами. Если отверстий нет, то зачищенный конец провода
подкладывается под контактный винт по ходу завинчивания винта, контактные штыри
вставляются в штепсельные гнезда или в универсальные клеммы.
5. Переплетения даже изолированных проводов не допускается.
6. Цепь ведется от источника тока, но подключается источник в последнюю очередь.
При разборке схемы прежде всего отключается источник тока.
7. Если ток постоянный и нуль шкалы измерительного прибора не на середине ее, а
слева, то плюс источника соединяется с плюсом прибора, который всегда находится
на правой стороне крышки.

3.

8. Все реостаты, включаемые в цепь, должны быть установлены на максимальное
сопротивление.
9. Потенциометры устанавливаются на нуль подаваемого в контур напряжения.
10. Все ключи и коммутаторы при сборке цепи должны быть разомкнуты.
11. Замыкать цепь без проверки схемы преподавателем или лаборантом категорически
запрещается.
12. Цепь замыкается только на время отсчетов.
13. Запрещается касаться неизолированных элементов схемы.
14. Запрещается оставлять без наблюдения цепь, находящуюся под напряжением.

4.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Вопрос 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
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, приборы 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;. 4,0 классов.
Приборы класса точности 0,1; 0,2; 0,5 применяются для точных лабораторных
измерений и называются прецизионными.
Вопрос 2. КЛАСС ТОЧНОСТИ ПРИБОРА
Под классом точности
измерительного прибора понимают максимальную
относительную погрешность, которую дает данный прибор.
Класс точности определяется по формуле:
,
где
ах – показание прибора,
а – действительное значение измеряемой величины
(определенное по более точному, контрольному прибору), amax – наибольшее возможное
значение измеряемой величины по шкале прибора.
Необходимое для установления класса точности прибора максимальное значение аха
находится при нормальных условиях: температура +20°С, отсутствие внешних
магнитных полей (кроме земного) и пр.
Вопрос 3. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ И ЦЕНА ДЕЛЕНИЯ ПРИБОРА
Величина, численно равная отношению приращения угла поворота подвижной части
прибора к приращению измеряемой величины, называется чувствительностью прибора.
Чем больше приращение угла отклонения при одном и том же приращении
измеряемой величины, тем меньшие величины можно измерять прибором и тем выше его
чувствительность. Если, например, приращение угла Δφ вызвано приращением тока ΔI,
то его чувствительность

5.

(1)
(2)
Величина «С» называется ценой деления прибора; «С» определяет значение
электрической величины, вызывающей отклонение на одно деление.
Например, имеем прибор, который может измерять напряжение от 0 до 250 В.
Шкала этого прибора разделена на 50 делений (мелких). Чувствительность этого прибора:
Цена деления:
Цена деления прибора может быть определена и по формуле
,
(3)
где А0 _ верхний предел по шкале прибора (максимальное значение по шкале прибора), N
– число делений шкалы.
Вопрос 4. ОТСЧЕТ ПО ШКАЛЕ ПРИБОРА
Шкала прибора служит для производства отсчета измеряемой величины. Цифры
возле делений обозначают либо число делений от нуля шкалы (обычно в приборах 0,2; 0,5
класса точности), либо непосредственно значение измеряемой величины (остальные
классы точности). В первом случае для получения значения измеряемой величины в
практических единицах надо определить цену одного деления шкалы прибора (в
некоторых случаях это постоянная прибора) и умножить ее на число отсчитанных
делений. При отсчете луч зрения должен быть перпендикулярен шкале, иначе возможна
ошибка от параллакса (смещения).
Зеркальные шкалы позволяют избежать параллакса. При отсчете по зеркальной
шкале глаз наблюдателя должен быть расположен так, чтобы конец стрелки покрывал
свое изображение в зеркале.
В зависимости
от
конструкции
приборы предназначаются для
работы в
определенном положении. На шкале прибора обычно ставится знак, указывающий на
вертикальное или горизонтальное положение.

6.

В целях сокращения промежутка времени, необходимого для успокоения подвижной
части прибора (после включения), имеются специальные тормозящие устройства
(демпферы).
Вопрос 5. МНОГОПРЕДЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Измерительный прибор, электрическую схему которого можно переключать для
изменения интервалов измеряемой величины, называется многопредельным.
В многопредельные амперметры внутрь прибора вмонтированы шунты, в случае
вольтметра – добавочные сопротивления. При работе с многопредельными приборами
необходимо добиваться, чтобы выбранная шкала измерений давала наименьшую
погрешность. Многопредельные приборы могут иметь одну или несколько шкал.
В случае одной шкалы приходится делать пересчет показаний прибора для
различных пределов измерения.
Например, имеем многопредельный амперметр, который имеет пределы для
измерения тока от 0 до 25 мА, от 0 до 100 мА, и его шкала имеет 100 делений.
Если прибор включен на работу в диапазоне от 0 до 25 мА, то при отсчете по
прибору 65 делений, ток через прибор I = 65·С1, где C1 – цена деления данного предела.
, где I0 – максимальное значение величины, которую можно измерить при
данном включении прибора, N0 – число, стоящее против последнего деления прибора
(максимальное число делений шкалы).
В данном случае I0 = 25 мА, N = 100,
.
На пределе 0 – 50 мА:
I = C2·N,
I = 0,5 мА · 65 = 32,5 мА
На пределе 0 – 100 мА:
I = C3·N,
I = 1 мА · 65 = 65 мА
Вопрос 6. ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ
Абсолютная
погрешность
измерений,
производимых
электроизмерительными
приборами, оценивается исходя из класса точности приборов. Обозначение класса
точности 0,2; 0,5; 1,0 и т.д. не только характеризует прибор в зависимости от системы,
конструкции, качества материалов, точности градуировки и других факторов, но и

7.

указывает, что погрешность показаний прибора соответствующего класса в любом месте
шкалы не должна превышать 0,2%, 0,5%, 1%.
Если обозначим через А0 максимально возможное показание прибора, а через –
номер класса прибора, то получим абсолютную погрешность прибора ΔА=А0·
Например, вольтметр 0,2 класса ( = 0,002), шкала которого рассчитана на 50 В,
имеет абсолютную погрешность
ΔU = ±0,002 · 50 В = ±0,1 В,
а амперметр класса 1,5, рассчитанный на максимальное показание 5 А, имеет абсолютную
погрешность
ΔI = ±0,015 · 5 А = ±0,075 А
Так как абсолютная погрешность считается одинаковой по всей шкале данного
электроизмерительного прибора, то относительная погрешность (
) будет тем
больше, чем меньше измеряемая величина. Если, например, при помощи указанного
амперметра измерить ток около 4 А, то относительная погрешность будет составлять
1,9%, а при измерении силы тока около 1 А – 7,5%.
При
точных
измерениях
следует
пользоваться
такими
приборами,
чтобы
предполагаемое значение измеряемой величины составляло 70-80% от максимального
значения. Поэтому применяют приборы, имеющие несколько пределов измерений; при
работе с таким прибором его включают в цепь на тот предел измерений, который
достаточно близок к предполагаемому значению измеряемой величины.
Вопрос 7. ОБЩИЙ ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Электроизмерительные приборы состоят из подвижной и неподвижной частей. При
измерениях
вращающий
момент
подвижной
части
уравновешивается
противодействующим моментом пружины или какого-либо другого устройства. При
таком равновесии указатель прибора фиксирует определенный угол поворота.
Устанавливая однозначную зависимость между углом поворота указателя прибора и
численным значением измеряемой величины, можно построить шкалу, по которой и
производится отсчет измеряемой величины. Трение в опорах деталей и другие причины
влияют на показание прибора, т.е. вносят погрешность. Поправки к показанию прибора
могут быть заранее определены путем соответствующей проверки данного прибора. Мы
изучим
три
измерительные
электродинамическую.
системы:
магнитоэлектрическую,
электромагнитную,

8.

Вопрос 8. ОБОЗНАЧЕНИЯ НА ШКАЛЕ ПРИБОРА
На шкале прибора необходимо различать следующие обозначения:
Таблица 1
№
п/п
Условные
обозначения
Смысл обозначения
1.
Э-59; М-45М; АСТД
Тип прибора
2.
Магнитоэлектрическая система
3.
Электромагнитная система
4.
Электродинамическая система
5.
Постоянный ток
6.
Переменный ток
7.
Постоянный и переменный ток
8.
Вертикальное положение шкалы
9.
Горизонтальное положение шкалы
10.
Наклонное положение шкалы
11.
2 кВ
2
Пробивное напряжение изоляции
12.
1,0; 0,5; 1,5;
Класс точности прибора
13.
– +
Отрицательный и положительный зажим
14.
*
Общий зажим при нескольких пределах
измерений
15.
Астатическая система
Во всех работах неукоснительно соблюдать требования, указанные в общих
рекомендациях

9.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Задание 1.
Принцип
ИЗУЧЕНИЕ
ПРИНЦИПА
ДЕЙСТВИЯ
МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
действия
приборов
магнитоэлектрической
системы
ПРИБОРОВ
основан
на
взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с током, протекающим по обмотке
легкой подвижной катушки (рамке).
Конструктивная схема магнитоэлектрического
прибора показана на рис. 1. Постоянный стальной
магнит 1 выполняется из специальных сплавов,
имеющих
большой
остаточный
магнетизм.
Полюсные наконечники 2 выполняются из мягкого
железа. Очень легкая катушка 3 из тонкого медного
или алюминиевого изолированного лаком провода
включается в цепь измеряемого тока. Катушка
Рис. 1
охватывает неподвижный цилиндр 4 из мягкого
железа,
который
уменьшает
магнитное
сопротивление на пути магнитного потока. Форма выреза полюсных наконечников
обеспечивает постоянство магнитной индукции на всем протяжении зазора между
наконечниками и цилиндром, по которому перемещается катушка.
Катушка жестко связана с осью 5, на которой закреплена также стрелка 6,
перемещающаяся своим концом по шкале 7. При обтекании током, взаимодействие этого
тока с магнитным потоком магнита создает вращающий момент.
Условие равновесия при равенстве вращающегося и противодействующего
моментов:
Мвр. = Мпр.
Из условия равенства моментов можно получить соотношение:
β = с1·I
с1 – постоянная прибора, β – угол закручивания пружины равен углу отклонения
стрелки, следовательно, угол отклонения стрелки пропорционален току.
Это указывает на равномерность шкалы прибора магнитоэлектрической системы и
на возможность измерения тока только одного напряжения, т.е. постоянного. Прибор
этой системы не применим для измерения переменного тока, т.к. подвижная часть в
следствии инерции не успевает отклоняться.
Область применения магнитоэлектрических приборов весьма обширна. Они
применяются в качестве амперметров и вольтметров постоянного тока как при

10.

технических измерениях, так и при контрольных лабораторных измерениях. Из всех электроизмерительных приборов с непосредственным отсчетом они дают наибольшую
точность измерения и являются более экономичными в смысле потребления энергии.
Лучшие конструкции этих приборов дают класс точности 0,2. При непосредственном
включении миллиамперметры и амперметры магнитоэлектрической системы позволяют
измерять токи от 1 мА до 100 А, а с применением шунта – до нескольких тысяч ампер.
Вольтметры этой системы при непосредственном включении дают возможность измерять
напряжение от 0,1 до 600 В, а с дополнительным сопротивлением до 10000 В и более.
Задание 2. ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО АМПЕРМЕТРА
1. Изучить включение амперметра в цепь.
Амперметром называют прибор, служащий для измерения силы тока.
При измерениях амперметр включают в цепь
R
последовательно, т.е. так, что весь измеряемый ток
проходит через амперметр. Поэтому амперметры
A
должны
иметь
малое
сопротивление,
чтобы
включение их не изменяло заметно величины тока в
+ –
цепи.
Рис. 2
Докажем, что амперметр должен иметь сопротивление значительно меньшее, чем
сопротивление участка, к которому он подключен: R = R0 + RA, если RA << R0 (*), то
можно считать R R0, т.е. при выполнение условия (*) включение амперметра мало
влияет на сопротивление участка, где: RА – сопротивление амперметра, R0 –
сопротивление участка цепи.
2. Изучить обозначение на шкале прибора и результаты занести в таблицу 2.
Таблица 2.
Обозначение на шкале прибора
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Условное
обозначение
Смысл обозначения
Тип прибора
Система прибора
Род измеряемого тока
Рабочее положение шкалы
Пробивное напряжение изоляции
Класс точности прибора

11.

3. Рассчитать шунт к амперметру.
Используемый прибор – многопредельный, и для расширения пределов измерения в
прибор вмонтированы шунты.
Расчет шунта провести для каждого предела.
Расчет шунта:
а)
записать расчетную формулу:
, где RA – сопротивление амперметра,
, I – предел измерения, IA – максимальная сила тока, которую может измерить
прибор без шунта;
б)
результаты вычислений занести в таблицу 3.
Таблица 3
Исходные данные для
расчета шунта
прибора М-45
Результаты вычислений
I предел (указать)
n
RШ (Oм)
II предел (указать)
n
RШ (Ом)
При токе 7,5 мА
(7,5·10–3 А)
сопротивление
прибора 273 Ом
4.
Определить цену деления прибора на каждом пределе и результат занести в
таблицу 4.
5. Определить показания прибора и абсолютную погрешность, если стрелка
установилась на следующих делениях (даются преподавателем).
Таблица 4.
№
п/п
C1
I предел (указать какой)
I
N1
ΔI (A) I ± ΔI (A)
(A)
C2
II предел (указать какой)
I
N2
ΔI (A) I ± ΔI (A)
(A)
1.
2.
3.
Пример заполнения таблицы:
а)
цена деления: С = I0 / N0;
I0 – максимальная значение тока, которое может быть измерено на приборе,
N0 – максимальное число делений шкалы.

12.

Пусть I0 = 6·10–6 А, N0 = 20, тогда С = 6·10–6 А / 20 = 3·10–7 А
б)
стрелка установилась на 13 делении (N = 13)
в)
величина тока: I = С·N; I = 13·3·10–7 А = 3,9 10–6 А
г)
класс точности: = 0,5 (на приборе указываются проценты)
д)
максимальная абсолютная погрешность ΔI = I0· ,
Класс точности дается в процентах. При подсчете абсолютной погрешности
необходимо его значение перевести в доли единиц: 0,5 % = 0,005
ΔI = 6·10–6 А ·0,005 =3·10–8 А
е)
окончательный результат:
(3,9·10–6 ± 3·10–8) А = (3,9 ± 0,03)·10–6 А
Задание 3. ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВОЛЬТМЕТРА
1. Изучить включение вольтметра в цепь.
Вольтметрами называют приборы, служащие для измерения напряжения.
При измерениях вольтметр включают параллельно тому участку цепи, на концах
которого хотят измерить разность потенциалов, т.е. вольтметр соединяют с теми точками
М и N цепи, разность потенциалов которых надо измерить.
Для того, чтобы включение вольтметра не изменяло режима цепи, сопротивление
вольтметра должно быть очень велико по сравнению с сопротивлением участка цепи MN.
Погрешность при измерениях напряжения тем
V
меньше,
R0
M
чем
больше
сопротивление
вольтметра.
Докажем это положение: Rv – сопротивление вольтметра,
N
R0 – сопротивление участка, к которому подсоединен
прибор.
Найдем общее сопротивление, а т.к. соединение
+ –
параллельное, то
Рис. 3
(1)
Отсюда находим:
(2)
делим числитель и знаменатель на Rv
(3)

13.

Если Rv >> R0, то
(4)
т.е. можно считать, что если соблюдается условие (4), то вольтметр будет незначительно
менять общее сопротивление участка.
2. Изучить обозначение на шкале прибора и результаты занести в таблицу 5 (таблица
аналогична таблице 2 второго задания).
3. Расчет добавочного сопротивления к вольтметру.
Используемый прибор – многопредельный, и для расширения пределов измерения в
прибор вмонтированы добавочные сопротивления.
Определить величину добавочного сопротивления для каждого предела измерений.
Расчет добавочного сопротивления:
а)
записать расчётную формулу:
вольтметра,
, где RV – сопротивление
, где U – предел измерения, UV – максимальное напряжение, которое
может измерить прибор без добавочного сопротивления;
б)
результаты вычислений занести в таблицу 6.
Таблица 6
Исходные
данные для
расчета добавочных
сопротивлений
На пределе (0 –
0,3 В)
сопротивление
прибора 93,4 Ом
I предел
(указать)
n
RД
(Ом)
Результаты вычислений
II предел
III предел
(указать)
(указать)
n
RД
(Ом)
n
RД
(Ом)
IV предел
(указать)
n
RД
(Ом)
4. Найти на корпусе прибора клемму общего зажима.
5. Выясните, какие клеммы прибора включать на каждом пределе измерений.
6. Проверьте установку стрелки на нуль, если она смещена, то необходимо произвести
установку на нуль с помощью винта корректора, который находится на корпусе
прибора ниже шкалы.

14.

7. Определить показания прибора и абсолютную погрешность измерения, если стрелка
установилась напротив следующих делений (деления указываются преподавателем).
Результаты занести в таблицу 7.
Для расчета взять нижний и верхний пределы измерений по прибору (если
преподаватель не указал другие пределы).
Таблица 7
№
п/п
N
Результаты измерений и вычислений
I предел (указать какой)
II предел (указать какой)
ΔU
U ± ΔU
U
ΔU
U ± ΔU
C1
U (B)
N
C2
(B)
(B)
(B)
(B)
(B)
1.
2.
3.
Задание 4. ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ ПРИБОРА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ
СИСТЕМЫ
Принцип работы приборов электромагнитной системы основан на взаимодействии
магнитного поля тока, протекающего по обмотке неподвижной катушки, с подвижным
железным сердечником, помещенном в этом магнитном поле.
На рис.4 показана одна из наиболее распространенных конструктивных схем.
Основными элементами ее являются катушка 1 и стальной сердечник 2 – пластина
эксцентрично посаженная на ось. При обтекании катушки током пластинка втягивается в
щель катушки. При этом поворачивается ось 7 и закрепленная на ней стрелка 3. Трубка 4 с
перемещающимся в ней поршеньком 5 является демпфером (успокоителем): благодаря
демпферу подвижная система прибора быстро
успокаивается.
Как и в приборе магнитоэлектрической
системы противодействующий момент создается
упругостью пружины 6.
Из условия равенства моментов: Мвр. = Мпр.
получим: = С2·I2, где С2 – постоянная прибора.
Квадратичная зависимость от тока делает
эти приборы пригодными для постоянного и для
переменного
токов,
т.к.
независимо
от
Рис. 4
направления тока знак момента сохраняется неизменным. С другой стороны, шкала этих
приборов из-за квадратичной зависимости вращающего момента от тока получается

15.

неравномерной: сильно сгущенном в начале и разрешенной в конце ее. Это снижает
точность отсчётов, особенно в начале шкалы.
Амперметры
распространенными
и
вольтметры
техническими
электромагнитной
системы
являются
электроизмерительными
самыми
приборами.
Их
преимуществами являются простота и надежность конструкции, дешевизна. Точность
приборов этой системы, однако, вполне достаточна для технических измерений
переменного и постоянного токов.
Пределы измерений у амперметров от 6 мА до 200 А, у вольтметров от 3 В до
600 В.
Точность приборов этой системы зависит от внешнего магнитного поля, частоты
измеряемого переменного тока и др., специальные конструктивные устройства
позволяют избежать влияния многих факторов на точность этой системы по сравнению с
приборами других систем невысокая.
Задание 5. ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО АМПЕРМЕТРА
1.
Заполнить таблицу 8 «Обозначения на шкале прибора» (таблица аналогична
таблице 2 второго задания).
2.
Указать пределы измерений.
3.
Найти цену деления для каждого предела измерений и занести в таблицу 9.
Таблица 9
I предел (указать)
C1 = … A
II предел (указать)
C2 = … A
Задание 6. ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ ПРИБОРА
ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
Принцип
приборов
действия
основан
на
электродинамических
взаимодействии
токов,
протекающих по двум рамкам (катушкам), из
которых одна подвижная, другая неподвижная.
На
рис.
5
показана
схема
электродинамического
прибора.
катушка
из
1
состоит
двух
устройства
Неподвижная
разделенных
небольшим зазором одинаковых частей, обмотки
Рис. 5
которых соединены между собой последовательно.

16.

В этом зазоре расположена ось 0 подвижной части прибора, с которой скреплены
подвижная катушка 2, стрелка 3, поршень воздушного успокоителя 4 и две пружины, не
показанные на схеме, назначение которых, создать противодействующий момент и
подводить ток в подвижную катушку.
Вращающий момент M1, обусловленный взаимодействием магнитных потоков,
определяется уравнением:
M1 = k1·I1·I2
(1)
где I1 – величина тока, протекающего по неподвижной рамке,
I2 – величина тока,
протекающего по подвижной рамке, k1 – коэффициент, зависящий от конструктивных
данных прибора и взаимного расположения рамок.
Под действием M1 подвижная рамка повернется на угол, создаваемый пружиной
противодействующий момент
М2 = k2·
(2)
где k2 – коэффициент упругости.
Из условия равенства моментов M1 = М2 получаем, что
k1·I1·I2 = k2·
(3)
= k·I1·I2
(4)
(5)
Из формулы видно, что шкала будет неравномерна.
В зависимости от назначения прибора рамки соединяют или параллельно или
последовательно.
Электродинамические
приборы
применяют
для
измерения
постоянного
и
переменного токов (амперметры, вольтметры, ваттметры).
Пригодность этих приборов для переменного тока обусловлена тем, что при
одновременном изменении направления тока в обеих рамках, направление вращения
подвижной части остается неизменным. Точность и чувствительность электродинамических приборов для переменного тока очень высокие. На показания этих приборов большое
влияние оказывают внешние магнитные поля, причем переменные магнитные поля почти
не влияют на приборы, измеряющие переменный ток. С помощью так называемых
астатических устройств можно уменьшить влияние внешних полей.
Задание 7. ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО ВАТТМЕТРА
Ваттметрами называют приборы, служащие для измерения мощности.

17.

Ваттметр должен одновременно измерять падение напряжения в цепи и величину
тока, а показания его будут представлять собой произведение этих величин.
Прибор должен иметь две катушки, находящиеся
внутри него, токовую катушку с малым сопротивлением,
которая включается последовательно в цепь, и катушку
напряжения, которая включается параллельно в цепь, и
обладает большим сопротивлением.
Рис. 6
Порядок выполнения
1. Заполнить таблицу 10 «Обозначение на шкале прибора» (таблица аналогична
таблице 2 второго задания).
2. Выяснить, на какое максимальное напряжение и максимальный ток рассчитан
прибор.
Указать: U0 = ... (В)
I0 = … (А)
3. Указать максимальную мощность, измеряемую прибором и предел измерения.
Р0 = I0·U0 (Вт)
Максимальная мощность: Р0 = …
Предел измерения: 0 – ... Вт
4. Определить цену деления прибора
5. Записать показания прибора, найти абсолютную погрешность и окончательный
результат,
если
стрелка
установилась
на
следующих
делениях
(даются
преподавателем).
Таблица 11.
Результаты измерений и вычислений.
№
п/п
1.
2.
3.
N
Р (Вт)
ΔР (Вт)
Р ± ΔР (Вт)
Схема включения прибора рассматривается в лабораторной работе «Измерение
мощности».
Задание 8. ИЗУЧЕНИЕ РЕОСТАТОВ
Порядок выполнения

18.

1. Изучение устройства реостата и включение в цепь для измерения тока в цепи.
Для измерения силы тока в цепи часто применяются реостаты. В зависимости от
назначения реостаты имеют различные виды. В лабораторной практике иногда
применяются ламповые реостаты, состоящие из нескольких ламп соединенных
последовательно или параллельно. Регулирование силы тока происходит за счет
включения в цепь определенного числа ламп. Большое применение получили реостаты
со скользящим контактом. Эти реостаты состоят из фарфорового или шиферного
цилиндра, на который намотана проволока или лента, изготовленная из металла с
большим удельным сопротивлением. По проводнику может перемещаться контакт
(ползунок) Д (рис. 7), позволяющий постепенно включать в цепь все большее число
витков проводника через клемму «а», соединенную с ползунком, и клеммами «в» или
«с» (удобнее подключать через клемму «в»).
a
Д
c
b
Рис. 7
2. Схема включения реостата как постоянного сопротивления
с
b
Рис. 8
3. Схема включения реостата как переменного сопротивления
I вариант
II вариант
a
a
Д
Д
c
b
Рис. 9
Рис. 10
4. Изучение включения реостата для измерения напряжения в цепи (в качестве
a
потенциометра)
Д
c
+
–
Рис. 11
b

19.

Если клеммы «в» и «с» соединить с полюсами источника тока (на рис.10 показано
пунктиром), то получим прибор называемый потенциометром. Перемещая ползунок Д
между клеммой «с» и соединенной с ползунком клеммой «а», можно получать
определенную разность потенциалов в интервале от 0 до U В.
5. Схема включения реостата как потенциометра
I вариант
II вариант
a
a
Д
Д
b
c
b
c
+
+ –
Рис. 12
–
Рис. 13
6. Указать максимальный ток и сопротивление, на которые рассчитан реостат
Imax = … A
Rmax = … Ом
Задание 9. ИЗУЧЕНИЕ РЫЧАЖНОГО МАГАЗИНА СОПРОТИВЛЕНИЙ
Порядок выполнения
1. Изучить назначение и характеристику прибора по паспорту прибора (стр.4-5).
2. Записать технические данные.
3. Записать формулу для определения погрешности (стр.4).
4. Изучить конструкцию прибора по паспорту прибора (стр.5-7).
5. Установить значение сопротивления по указанию преподавателя.
6. Изучить условия эксплуатации и сделать таблицу допустимой силы тока для
каждой декады.
ВОПРОСЫ К ОТЧЕТУ
1. Принцип действия. Схема и вывод формулы зависимости угла отклонения стрелки от
величины
тока
для
приборов
электродинамической систем.
магнитоэлектрической,
электромагнитной
и

20.

2. Классификация электроизмерительных приборов.
3. Класс точности приборов.
4. Цена деления и чувствительность прибора.
5. Порядок проведения отсчета по шкале прибора.
6. Оценка погрешности электрических измерений.
7. Обозначения на шкале прибора.
8. Включение амперметра в цепь и расчет шунта к амперметру.
9. Включение вольтметра в цепь и расчет добавочного сопротивления к вольтметру.
10. Устройство и принцип действия реостатов, потенциометров и рычажного магазина
сопротивлений.
11. Знание требований по технике безопасности при работе с электроизмерительными
приборами.