"Лабораторна робота. Розширення меж вимірювання вольтметра."

Лабораторна робота №2 Розширення меж вимірювання вольтметра

Мета: навчитися розширювати межі вимірювання вольтметра. Розрахувати та визначити значення додаткового опору для розширення меж вимірювання вольтметра. Формувати експериментальні навички, та робити висновки з експерименту.

Обладнання: вольтметр, дільник напруги (потенціометр), набір додаткових резисторів, сполучні дроти, джерело струму, цифровий електровимірювальний пристрій (мультиметр) або омметр, амперметр.

Теоретичні відомості

Вольтметр – прилад для вимірювання напруги – вмикається в коло паралельно тій ділянці кола, між кінцями якого вимірюється напруга. Тому опір вольтметра повинен бути досить великим, щоб зміна напруги при вмиканні вольтметра не перевищувала його похибки. При необхідності включити вольтметр у коло з напругою, що перевищує ту, на яку розрахований даний вольтметр, послідовно з його обмоткою включається додатковий резистор.

Для з'ясування того, як відбувається розширення меж виміру напруги приладом, розглянемо дві схеми (рис. 1):

Рис. 1

На рис.1: U_В0 і U_В – показання вольтметра без додаткового резистора і з ним відповідно; U_Х – напруга на резисторі R_X; U_Д – напруга на додатковому резисторі R_Д.

Додатковими резисторами є резистори, що застосовуються для збільшення меж виміру вольтметрів. Якщо ціну поділки шкали вольтметра треба збільшити в N разів, то очевидною є рівність                (1)

Напруги U_В0  і U_Х на опорі R_X у схемах а і б рис. 1 практично однакові: U_В0 =U_Х. Тому з рівняння (1) випливає:

.     ( 2)

Коефіцієнт N знаходять з формули (2), коли показання вольтметра U_В0 не перевищують максимального значення його шкали. Зв'язок коефіцієнта N з опором додаткового резистора знаходять з формули (3):

.  (3)

Опір додаткового резистора обчислюють за формулою:

R_Д = R_B(N - 1).     (4)

Якщо необхідно, наприклад, збільшити ціну поділки вольтметра в 10 разів, то опір додаткового резистора треба взяти в 9 разів більше опору вольтметра. При цьому показання вольтметра U_В у схемі з додатковим резистором треба помножити на 10 (формула ((1)), щоб одержати дійсну напругу U_Х на резисторі R_X.

Якщо опір додаткового резистора невідомий, то, вимірюючи напруги U_В0 і U₀ за схемами а і б на рис.3, знаходять N за формулою (2), а потім R_Д за формулою (4).

Хід роботи

1. За допомогою мультиметра (омметра) виміряйте опір вольтметра R_В, показання записати у таблицю.
2.  Зібрати схему а на  рис.1.
3.  Подати напругу на дільник і, збільшуючи опір R₁ обертанням повзунка, переконатися в тому, що при деякому його положенні напруга перевищує межу показань вольтметра.  
4. Зменшуючи опір дільника напруги R, записати показання вольтметра U_В0  у таблицю.
5. Приєднати додатковий резистор з невідомим опором R_Д (схема б на рис.1) і, не змінюючи положення повзунка дільника (див.п.3), записати показання вольтметра U_В у табл.1.
6. Визначити коефіцієнт N за формулою ( 2 ) і записати в табл.1
7. Повторити виміри, зазначені в п. 3 і 4,  обчислення, вказані в п. 5, тричі при інших положеннях повзунка дільника, але для того  самого додаткового резистору. Дані занести в табл.1.
8. Обчислити середнє значення коефіцієнта <N> і за формулою (4) опір додаткового резистора R_Д.
9. Сформулюйте висновки.

Таблиця 1

Контрольні запитання

1. Який вид з'єднання  споживачів використовується в побутовій електромережі і чому?
2. Що таке шунт, яке його призначення?
3. Що таке додатковий резистор, яке його призначення?

Додаткове завдання

1. Виміряйте опір вольтметра та амперметра за допомогою цифрового вимірювального пристрою (мультиметра). Порівняйте отримані значення. Поясніть відмінність між опором вольтметра і амперметра,