FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 7: Rozšíření rozsahu miliampérmetru a voltmetru. Cejchování kompenzátorem. Abstrakt

Podobné dokumenty
Pomůcky. Postup měření

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

Rozšíření rozsahu miliampérmetru a voltmetru, cejchování kompenzátorem

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze. Úloha č. 7: Rozšíření rozsahu miliampérmetru a voltmetru, Cejchování kompenzátorem

Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM. Speciální praktikum z abc

2. Měření odporu rezistoru a volt-ampérové charakteristiky žárovky

Fyzikální praktikum...

10. Měření. Chceme-li s měřícím přístrojem cokoliv dělat, je důležité znát jeho základní napěťový rozsah, základní proudový rozsah a vnitřní odpor!

Laboratorní práce č. 4: Určení elektrického odporu

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

2 Přímé a nepřímé měření odporu

Elektrický proud. Opakování 6. ročníku

Účinnost tepelného stroje

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

Úloha 1: Zapojení integrovaného obvodu MA 7805 jako zdroje napětí a zdroje proudu

1. Změřte závislost indukčnosti cívky na procházejícím proudu pro tyto případy:

Elektrický proud 2. Zápisy do sešitu

Měření odporu ohmovou metodou

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 11: Termická emise elektronů. Abstrakt

FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 8: Závislost odporu termistoru na teplotě

Laboratorní práce č. 1: Určení voltampérových charakteristik spotřebičů

1. Změřit metodou přímou závislost odporu vlákna žárovky na proudu, který jím protéká. K měření použijte stejnosměrné napětí v rozsahu do 24 V.

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Jiří Kozlík dne:

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

Střední od 1Ω do 10 6 Ω Velké od 10 6 Ω do Ω

Měření vlastností a základních parametrů elektronických prvků

ρ = měrný odpor, ρ [Ω m] l = délka vodiče

Konstrukce voltmetru a ampérmetru

Laboratorní práce č. 3: Měření elektrického proudu a napětí

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 11: Termická emise elektronů

Základní škola národního umělce Petra Bezruče, Frýdek-Místek, tř. T. G. Masaryka 454

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM Ústav fyziky FEI VUT BRNO

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Závislost odporu termistoru na teplotě

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

Cejchování kompenzátorem

15. Elektrický proud v kovech, obvody stejnosměrného elektrického proudu

11. Odporový snímač teploty, měřicí systém a bezkontaktní teploměr

pracovní list studenta RC obvody Měření kapacity kondenzátoru Vojtěch Beneš

3. Změřte závislost proudu a výkonu na velikosti kapacity zařazené do sériového RLC obvodu.

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

V následujícím obvodě určete metodou postupného zjednodušování hodnoty zadaných proudů, napětí a výkonů. Zadáno: U Z = 30 V R 6 = 30 Ω R 3 = 40 Ω R 3

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. stud. skup. FMUZV (73) dne

Elektrická měření pro I. ročník (Laboratorní cvičení)

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

Elektrostatika _Elektrický náboj _Elektroskop _Izolovaný vodič v elektrickém poli... 3 Izolant v elektrickém poli...

Určeno pro posluchače všech bakalářských studijních programů FS

Laboratorní úloha č. 2 - Vnitřní odpor zdroje

ELEKTROTECHNICKÁ MĚŘENÍ PRACOVNÍ SEŠIT 2-1

Graf I - Závislost magnetické indukce na proudu protékajícím magnetem. naměřené hodnoty kvadratické proložení. B [m T ] I[A]

Pracovní list žáka (SŠ)

6 Měření transformátoru naprázdno

MĚŘENÍ PARAMETRŮ FOTOVOLTAICKÉHO ČLÁNKU PŘI ZMĚNĚ SÉRIOVÉHO A PARALELNÍHO ODPORU

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 6: Geometrická optika. Abstrakt

- Stabilizátory se Zenerovou diodou - Integrované stabilizátory

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

galvanometrem a její zobrazení na osciloskopu

Název: Měření paralelního rezonančního LC obvodu

VÝKON ELEKTRICKÉHO PROUDU, PŘÍKON

Základní měření s výchylkovými multimetry Laboratorní cvičení č. 1

Fyzikální praktikum II - úloha č. 5

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 9: Základní experimenty akustiky. Abstrakt

INSTITUT FYZIKY VŠB-TU OSTRAVA

Fyzikální praktikum...

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Měření Poissonovy konstanty vzduchu. Abstrakt

Pracoviště 1. Vliv vnitřního odporu voltmetru na výstupní napětí můstku. Přístroje: Úkol měření: Schéma zapojení:

Zapojování rezistorů ZAPOJOVÁNÍ REZISTORŮ. sériově = za sebou. paralelně = vedle sebe. VY_32_INOVACE_53.notebook. May 25, 2012

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. 6. Název: Měření účiníku. dne: 16.

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM Ústav fyziky FEI VUT BRNO

Ohmův zákon: Elektrický proud I v kovovém vodiči je přímo úměrný elektrickému napětí U mezi konci vodiče.

VY_52_INOVACE_2NOV64. Autor: Mgr. Jakub Novák. Datum: Ročník: 8. a 9.

Petr Myška Datum úlohy: Ročník: první Datum protokolu:

Technická měření v bezpečnostním inženýrství. Elektrická měření proud, napětí, odpor

Korekční křivka měřícího transformátoru proudu

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření. Měření parametrů operačních zesilovačů, část 3-7-4

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Fyzikální praktikum II

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Měření výkonu jednofázového proudu

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření. Měření parametrů operačních zesilovačů, část 3-7-5

Laboratorní práce č. 1: Regulace proudu a napětí

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření. Měření oteplovací charakteristiky, část 3-3-4

d p o r o v t e p l o m ě r, t e r m o č l á n k

EUROPEAN TRADESMAN PROJECT NOTES ON ELECTRICAL TESTS OF ELECTRICAL INSTALLATIONS. Použití měřících přístrojů

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Úlohač.IV

Měření vlastností a základních parametrů elektronických prvků

Abstrakt. fotodioda a fototranzistor) a s jejich základními charakteristikami.

Elektrický zdroj napětí

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Výpočty v elektrických obvodech VY_32_INOVACE_F0208.

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

ELEKTRICKÝ PROUD V KOVECH. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 3. ročník

F - Sériové a paralelní zapojení spotřebičů

Jméno a příjmení. Ročník

Úloha č. 9a + X MĚŘENÍ ODPORŮ

Technická měření v bezpečnostním inženýrství. Elektrická měření proud, napětí, odpor

Určeno studentům středního vzdělávání s maturitní zkouškou, druhý ročník, měření elektrického napětí

Elektronické praktikum EPR1

Automatizační technika Měření č. 6- Analogové snímače

Transkript:

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE Úloha 7: Rozšíření rozsahu miliampérmetru a voltmetru Datum měření: 13. 11. 2009 Cejchování kompenzátorem Jméno: Jiří Slabý Pracovní skupina: 1 Ročník a kroužek: 2. ročník, 1. kroužek, pátek 13:30 Spolupracovala: Eliška Greplová Hodnocení: Abstrakt Pomocí kompenzátoru jsme ocejchovali miliampérmetr, voltmetr a odporovou dekádu v praktiku. Dále jsme metodou rozšíření rozsahu voltmetru určili vnitřní odpor voltmetru R v = (5300 ± 200) Ω a metodou rozšíření rozsahu ampérmetru vnitřní odpor miliampérmetru R 0 = (44 ± 1) Ω. 1 Úvod Mezi velmi přesné metody pro měření napětí patří zajisté kompenzační metoda. My použijeme kompenzátor Metra pro ocejchování voltmetru, miliampérmetru a odporové dekády. Nejdříve ho budeme muset nakalibrovat pomocí článku pojmenovaném po americkém technikovi Edwardu Westonovi, jenž tento vysoce stabilní článek zkonstruoval roku 1893 [1]. Při rozšiřování rozsahu voltmetru resp. ampérmetru připojením předřadného resp. bočního odporu můžeme jednoduše určit vnitřní odpory daných přístrojů, což je velmi důležité pro přesnost těchto přístrojů. 1.1 Pracovní úkoly 1.1.1 Rozšíření rozsahu miliampérmetru a voltmetru, Cejchování kompenzátorem 1. Odvoďte si v přípravě vztah R v = Rv n 1. 2. Rozšiřte rozsah miliampérmetru dvakrát a spočítejte vnitřní odpor R 0 miliampérmetru. Každé měření proveďte pro 4 hodnoty stupnice přístroje (na různých místech). 3. Rozšiřte rozsah voltmetru dvakrát a spočítejte vnitní odpor voltmetru. Měřte opět pro 4 hodnoty stupnice. 4. Proveďte ocejchování 8 hodnot stupnice voltmetru s předřadným odporem do 10 V kompenzátorem. Sestrojte kalibrační křivku a vyneste ji do grafu. 5. Proveďte ocejchování 8 hodnot stupnice miliampérmetru s bočníkem do 1 ma kompenzátorem. Sestrojte kalibrační křivku a vyneste ji do grafu. 6. Proveďte ocejchování 8 hodnot odporů na dekádě kompenzátorem. Sestrojte kalibrační křivku a vyneste ji do grafu. Volte rozsah (100 1000) Ω. Doporučená hodnota reostatu R 1 je 23 000 Ω. 2 Experimentální uspořádání a metody Pomůcky: Miliampérmetr, 15 V akumulátor, odporová dekáda, voltmetr, reostaty, dva vypínače, AVOMET, odporový normál 100 Ω, odporový normál 1000 Ω, technický kompenzátor QTK Metra, Westonův normální článek, baterie 2.1 Rozšíření miliampérmetru Zapojení je na obr. 1. Zdroj napětí U je napojen na reostat R, kterým regulujeme procházející proud a přes kontrolní ampérmetr A 1 teče všechen proud, který se následně rozdělí jednou částí (tj. I 2 ) do rozšiřovaného ampérmetru A 2 a zbylou částí (tj. I b ) do bočníku. 1

Při rozšíření rozsahu ampérmetru n-krát platí, že odpor bočníku R b a vnitřní odpor miliampérmetru R 0 jsou ve vztahu 2.2 Rozšíření voltmetru R b = R 0 n 1. Na obr. 2 je schéma zapojení. Na zdroj o napětí U je připojen reostat R a na něj dále kontrolní voltmetr V. Paralelně na tento voltmetr je připojen předřadný odpor R p v sérii s rozšiřovaným voltmetrem V. Odpor R p můžeme pomocí přepnutí přepínače z polohy 2 do polohy 1 vyřadit z obvodu. Při rozšíření rozsahu voltmetru n-krát platí, že odpor předřadného rezistoru R p a vnitřní odpor voltmetru R v jsou ve vztahu R p = R v (n 1). Obr. 1: Rozšiřování miliampérmetru Obr. 2: Rozšiřování voltmetru 2.3 Cejchování voltmetru Zapojíme podle obr. 3, R 1 je reostat, který slouží pro regulaci napětí na větvích obvodu, napětí na kompenzátoru U x je pak stejné jako napětí U v na voltmetru V. 2.4 Cejchování miliampérmetru Zapojíme podle obr. 4, B je baterie, R 1 je reostat, který slouží pro regulaci proudu, napětí na kompenzátoru U x je pak stejné jako napětí U N na odporovém normálu o odporu R N, z čehož pak spočítáme proud I x procházející ampérmetrem A jako I x = U x R N (1) Obr. 3: Schéma při cejchování voltmetru Obr. 4: Schéma při cejchování miliampérmetru 2.5 Cejchování odporové dekády Zapojíme podle obr. 5, napětí na baterii je U B, odpor reostatu R 1, proud v ampérmetru A označíme I, napětí na odporovém normálu o velikosti R N změřené kompenzátorem označíme U N a napětí na neznámém odporu 2

R x změřené kompenzátorem označíme U x. Pak platí R x = U x U N R N (2) Obr. 5: Schéma při cejchování odporové dekády 2.6 Kalibrace kompenzátoru Kalibrace kompenzátoru se provádí Westonovým normálním článkem, který má při 20 C elektromotorickou sílu U 20 = 1,01865 V. Závislost elektromotorického napětí U t ve voltech na teplotě t (ve stupních Celsia) je daná 3 Výsledky U t = U 20 4,06 10 5 (t 20) 0,95 10 6 (t 20) 2 + 1 10 8 (t 20) 3 V. (3) Při kalibrování kompenzátoru jsme použili vzorec (3) pro teplotu t = 24,5 C. Nejdříve uvedeme výsledky pro ocejchování voltmetru, miliampérmetru a odporové dekády, následně použijeme dosažené výsledky (tj. kalibrační přímky) v těchto úkolech společně s daty z měření rozšíření voltmetru a miliampérmetru a vypočítáme pomocí nich vnitřní odpory těchto přístrojů. Nejdříve jsme ocejchovali voltmetr. Data jsou uvedena v tab. 1 a je do obr. 6 je vynesena kalibrační křivka. Pro získání hodnoty U ve voltech změřené voltmetrem můžeme použít lineární rovnici U = 0,986 U v + 0,004 (4) kde U v je hodnota napětí na stupnici voltmetru v dílcích. Dále jsme ocejchovali miliampérmetr. Jako normál jsme použili rezistor o odporu R N = 100 Ω Naměřená data naleznete v tab. 2 včetně podle (1) dopočtené hodnoty I x. Kalibrační křivka je na obr. 7. Pro získání hodnoty I v miliampérech změřené miliampérmetrem můžeme použít lineární rovnici (I A je hodnota proudu na stupnici ampérmetru v dílcích) I = 0,0967 I A 0,0242. (5) Ocejchovali jsme i odporovou dekádu a to hlavně v rozmezí 100 až 1000 Ω. Naměřená data jsou v tab. 3. Ze změřených hodnot jsme dopočítali R x podle vzorce (2) a taktéž uvedlo to tab. 3. Kalibrační křivka je na obr. 8. Pro získání hodnoty R v ohmech zapojeného odporu můžeme použít lineární rovnici R = 1,009 R x 2,415 (6) kde R x je hodnota odporu nastaveného na stupnici dekády. Dále jsme provedli rozšíření miliampérmetru dvakrát. Data jsou v tab. 4. Při přepočtu dílků na hodnotu v ma jsme použili rovnici (5) a pro přepočet použitého odporu z dílků na Ω rovnici (6) v extrapolaci, tj. i přes to, že pro tento rozsah nebyla daná přímka ověřena měřením. Vnitřní odpor miliampéru je pak R 0 = (44 ± 1) Ω. 3

10 8 0,986 U v + 0,004 Ux [V] 6 4 2 0 0 2 4 6 8 10 U v [dílek] Obr. 6: Cejchování voltmetru vztah napětí U x změřeného kompenzátorem a dílků na voltmetru U v [dílek] U x [V] 6,0 5,9410 5,0 4,9200 4,0 3,9585 3,0 2,9550 1,5 1,4819 7,0 6,9080 8,0 7,8840 9,0 8,8660 10,0 9,8710 Tab. 1: Cejchování voltmetru I A [dílek] U x [mv] I x [ma] 5 46 0,46 4 37 0,37 3 26 0,26 2 17 0,17 6 55 0,55 7 66 0,66 8 75 0,75 9 85 0,85 10 94 0,94 Tab. 2: Cejchování miliampérmetru Jako poslední jsme rozšiřovali voltmetr. Data jsme uvedli do tab. 5 a to včetně přepočítaných hodnot napětí U, U (resp. odporu R p ) podle (4) (resp. (6)). U odporu opět platí, že používáme rovnici pro rozsah, kde jsme ji konkrétně neověřovali. Vnitřní odpor voltmetru je pak dán R v = (5300 ± 200) Ω. R x [Ω] R N [Ω] U N [V] U x [V] Rx k [Ω] 100 100 0,0470 0,0458 97,3 250 100 0,0440 0,1097 249,2 400 100 0,0421 0,1681 399,3 500 1000 0,3507 0,1754 500,1 600 1000 0,3535 0,2153 609,1 700 1000 0,3447 0,2441 708,2 800 1000 0,3373 0,2717 805,5 1000 1000 0,3167 0,3173 1001,9 Tab. 3: Cejchování odporové dekády 4

1,0 0,8 0,0967 I A 0,0242 Ix [ma] 0,6 0,4 0,2 0 0 2 4 6 8 10 I A [dílek] Obr. 7: Cejchování miliampérmetru vztah proudu procházejícího obvodem I x a dílků na miliampérmetru 1000 800 1,009 R x 2,415 R k x [Ω] 600 400 200 0 0 200 400 600 800 1000 R x [dílek] Obr. 8: Cejchování odporové dekády vztah odporu naměřeného pomocí kompenzátoru R k x a odporu na odporové dekádě R x I 1 [dílek] R b [dílek] I 2 [dílek] I 1 [ma] I 2 [ma] R b [Ω] R 0 [Ω] 7,10 43 3,55 0,66 0,32 41,0 44,1 5,55 42 2,78 0,51 0,24 40,0 43,9 4,40 42 2,20 0,40 0,19 40,0 45,1 7,80 43 3,90 0,73 0,35 41,0 43,8 8,60 44 4,30 0,81 0,39 42,0 44,6 Tab. 4: Rozšiřování miliampérmetru U [dílek] R p [dílek] U v [dílek] U [V] U v [V] R p [Ω] R v [Ω] 6,0 5800 3,00 5,92 2,96 5851 5859 8,0 5000 4,00 7,89 3,95 5043 5049 9,0 4800 4,50 8,88 4,44 4842 4846 7,0 5400 3,50 6,91 3,45 5447 5454 8,5 5000 4,25 8,38 4,19 5043 5048 Tab. 5: Rozšiřování voltmetru 5

4 Diskuze Nejdříve jsme nakalibrovali kompenzátor Westonovým normálním článkem. Na kompenzátor se nastavuje napětí podle teploty. Tu bohužel neodečítáme přímo na místě, ale v jiné místnosti, což může způsobit chybu nakalibrování a následného měření. Při chybě určení teploty jednoho či dvou stupnů by však nedosahovala řádu procent. Nemá tak smysl tuto chybu odstraňovat. Pro voltmetr, miliampérmetr a odporovou dekádu jsme uvedli kalibrační křivky. Pokud bychom odečítali ze stupnice hodnoty bez naší opravné kalibrace, tak bychom se v případě voltmetru vešli do 2 % chyby, v případě miliampérmetru by ale hodnota byla až o 15 % jiná a u dekády to činí 3 %. Bereme v úvahu relativní rozdíl přímo naměřených a podle kompenzátoru dopočítaných dat. Při rozšířování rozsahu jsme získali hodnoty vnitřního odporu voltmetru R v = (5300 ± 200) Ω a vnitřní odpo miliampérmetru R 0 = (44 ± 1) Ω. Jak to odpovídá skutečnosti nedokážeme posoudit, avšak hodnoty jsou v obvyklém rozmezí pro ručkové přístroje. 5 Závěr Ocejchováním pomocí kompenzátoru jsme navrhli kalibrační přímku U = 0,986 U v + 0,004 pro výpočet napětí U na voltmetru z hodnoty na stupnici U v, dále kalibrační přímku pro výpočet hodnoty proudu I z hodnoty na stupnici miliampérmetru I A a to I = 0,0967 I A 0,0242. Ocejchovali jsme i odporovou dekádu v rozmezí 100 až 1000 Ω a výsledná přímka pro výpočet odporu R z hodnoty na dekádě R x je R = 1,009 R x 2,415. Určili jsme vnitřní odpor ručičkového voltmetru R v = (5300 ± 200) Ω a vnitřní odpor ručičkového miliampérmetru R 0 = (44 ± 1) Ω. 6 Literatura [1] ŠTOLL, I., Dějiny fyziky, 1.vyd., Praha, 584 s, Prometheus, 2009 [2] Kolektiv katedry fyziky, Úlohy fyzikálních praktik ROZŠÍŘENÍ ROZSAHU MILIAMPÉRMETRU A VOLMETRU, CEJCHOVÁNÍ KOMPENZÁTOREM, [cit. 2009-11-18], URL: http://praktika.fjfi.cvut.cz/rozsirenirozs 6