Pomůcky. Postup měření

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

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

Rozšíření rozsahu miliampérmetru a voltmetru, cejchování kompenzátorem

Laboratorní práce č. 4: Určení elektrického odporu

Laboratorní práce č. 1: Určení voltampérových charakteristik spotřebičů

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

Účinnost tepelného stroje

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

Laboratorní práce č. 3: Měření elektrického proudu a napětí

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

2 Přímé a nepřímé měření odporu

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

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

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

INSTITUT FYZIKY VŠB-TU OSTRAVA

Konstrukce voltmetru a ampérmetru

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

INTEGROVANÁ STŘEDNÍ ŠKOLA TECHNICKÁ BENEŠOV. Černoleská 1997, Benešov. Elektrická měření. Tematický okruh. Měření elektrických veličin.

Základní měření s výchylkovými multimetry Laboratorní cvičení č. 1

Elektrický proud 2. Zápisy do sešitu

Téma: Měření voltampérové charakteristiky

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

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

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

11. Odporový snímač teploty, měřicí systém a bezkontaktní teploměr

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

.100[% ; W, W ; V, A, V, A]

Elektrický proud. Opakování 6. ročníku

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

PŘECHODOVÝ JEV V RC OBVODU

2. Měření odporu rezistoru a volt-ampérové charakteristiky žárovky

2 Teoretický úvod 3. 4 Schéma zapojení Měření třemi wattmetry (Aronovo zapojení) Tabulka hodnot pro měření dvěmi wattmetry...

1. Určete proud procházející vodičem, jestliže za jednu minutu prošel jeho průřezem náboj a) 150 C, b) 30 C.

Název: Měření paralelního rezonančního LC obvodu

Protokol o měření. Jak ho správně zpracovat

pracovní list studenta RC obvody Měření kapacity kondenzátoru Vojtěch Beneš

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

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.

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

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

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

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Název: Zdroje stejnosměrného napětí

Laboratorní úloha č. 2 - Vnitřní odpor zdroje

Pracovní list žáka (ZŠ)

galvanometrem a její zobrazení na osciloskopu

Laboratorní práce č. 1: Regulace proudu a napětí

Měření vlastností a základních parametrů elektronických prvků

VÝKON ELEKTRICKÉHO PROUDU, PŘÍKON

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

MĚŘENÍ PARAMETRŮ FOTOVOLTAICKÉHO ČLÁNKU PŘI ZMĚNĚ SÉRIOVÉHO A PARALELNÍHO ODPORU

2 Měření hysterezní smyčky balistickým galvanometrem a její zobrazení na osciloskopu

VY_52_INOVACE_2NOV38. Autor: Mgr. Jakub Novák. Datum: Ročník: 8. a 9.

Účinky elektrického proudu. vzorová úloha (SŠ)

Laboratorní práce č. 2: Určení voltampérové charakteristiky polovodičové diody

Laboratorní práce č. 3: Určení voltampérové charakteristiky polovodičové diody

5.8 Jak se změní velikost elektrické síly mezi dvěma bodovými náboji v případě, že jejich vzdálenost a) zdvojnásobíme, b) ztrojnásobíme?

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

V-A charakteristika polovodičové diody

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

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

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

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Elektrická měření pro I. ročník (Laboratorní cvičení)

Fyzikální praktikum II - úloha č. 5

Elektronické praktikum EPR1

Cejchování kompenzátorem

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření. Měření magnetických veličin, část 3-9-3

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

Studium ultrazvukových vln

A:Cejchování termočlánku na bod tání čistého kovu B:Měření teploty termočlánkem C:Cejchování termoelektrického snímače KET/MNV (9.

Odporový dělič napětí a proudu, princip superpozice

NESTACIONÁRNÍ MAGNETICKÉ POLE. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 3. ročník

Měření vlastností střídavého zesilovače

Systém vykonávající tlumené kmity lze popsat obyčejnou lineární diferenciální rovnice 2. řadu s nulovou pravou stranou:

ELEKTROTECHNICKÁ MĚŘENÍ PRACOVNÍ SEŠIT 2-1

Bezpečnost práce, měření proudu a napětí, odchylky měření

propustný směr maximální proud I F MAX [ma] 75 < 1... při I F = 10mA > při I R = 1µA 60 < 0,4... při I F = 10mA > 60...

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

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

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

Teorie úlohy: Operační zesilovač je elektronický obvod, který se využívá v měřící, výpočetní a regulační technice. Má napěťové zesílení alespoň A u

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. úlohač.5 Název: Měření osciloskopem. Pracoval: Lukáš Ledvina

rezonančního obvodu 6. března 2010 Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

7. Měření na elektrických přístrojích

Korekční křivka měřícího transformátoru proudu

VOLTAMPÉROVÉ CHARAKTERISTIKY DIOD

2. Změřte a nakreslete zatěžovací charakteristiku až do zkratu.

Fyzikální praktikum...

Určeno pro posluchače všech bakalářských studijních programů FS

Jméno a příjmení. Ročník

15. Elektrický proud v kovech, obvody stejnosměrného elektrického proudu

- Stabilizátory se Zenerovou diodou - Integrované stabilizátory

Název: Měření napětí a proudu

Obr. 9.1: Elektrické pole ve vodiči je nulové

2. Stanovte hodnoty aperiodizačních odporů pro dané kapacity (0,5; 1,0; 2,0; 5,0 µf). I v tomto případě stanovte velikost indukčnosti L.

Transkript:

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze ozšíření rozsahu miliampérmetru a voltmetru, cejchování kompenzátorem Číslo úlohy: 7 Jméno: Vojtěch HONÝ Spolupracoval: Jaroslav Zeman Datum : 5. 10. 2009 Číslo kroužku: pondělí 13:30 Číslo skupiny: 6 Klasifikace: Zadání 1. V přípravě se odvoďte vztah 4. viz [1]. 2. ozšiřte rozsah miliampérmetru dvakrát a spočítejte vnitřní odpor 0 miliampérmetru. Každé proveďte pro čtyři hodnoty stupnice přístroje (na různých místech). 3. ozšiřte rozsah voltmetru a spočítejte vnitřní odpor voltmetru. Měřte opět pro čtyři hodnoty stupnice. 4. Proveďte ocejchování osmi hodnot stupnice voltmetru s předřadným odporem do 10 V kompenzátorem. Sestrojte kalibrační křivku a zaneste ji do grafu. 5. Proveďte ocejchování osmi hodnot stupnice miliampérmetru s bočníkem do 1mA kompenzátorem. Sestrojte kalibrační křivku a zaneste ji do grafu. 6. Proveďte ocejchování osmi hodnot odporů na dekádě kompenzátorem. Volte rozsah (100 1000) Ω. Doporučená hodnota reostatu je 23 000 Ω. (viz obr. 6 [1]). Základní pojmy a vztahy Ampérmetr se k měřené části obvodu zapojuje v sérii. Abychom zvýšili jeho rozsah, je nutné přidat paralelně zapojený boční odpor. ozsah ampérmetru se zvýšíme n-krát, je-li velikost odporu bočníku 0 B. 0 je vnitřní odpor ampérmetru. n 1 Voltmetr se k měřené části obvodu zapojuje paralelně, jelikož napětí mezi dvěma uzly je vždy stejné. Přístroj nesmí být přetížen, proto je při vysokých napětích k voltmetru přidat v sérii předřadný odpor. Pro n-násobné zvýšení rozsahu voltmetru je nutné připojit předřadník o odporu P n 1 0. Kompenzační metoda je založena na skutečnosti, že je mnohem snadnější a přesnější ověřovat, že obvodem proud neprotéká, než měřit jeho velikost. Westonův normální článek je rtuťokadmiový galvanický článek, jehož elektromotorické napětí se s časem mění velmi málo, a proto je používán jako normál elektrického napětí. Při teplotě 20 C má elektromotorickou sílu 1,01865 V. Tato síla závisí na teplotě podle vztahu (1), kde t značí teplotu ve stupních Celsia. U t = U 20 4,06 10 5 t 20 0,95 10 6 t 20 2 + 1 10 8 (t 20) 3 (1) 1

Pomůcky Miliampérmetr, voltmetr, avomet, odporová dekáda, Westonův normální článek, kompenzátor, reostaty 23 000Ω a 130Ω, odporové normály 100Ω a 1 000Ω, přepínače, zdroj napětí 13,8V, baterie, vodiče, teploměr. Postup 1. Nejprve odvodíme vztah P V n 1 pro předřadný odpor. Nechť je napětí na voltmetru UV a celkové napětí mezi body A a B U. Stav je zakreslen na obrázku č. 1. Voltmetrem i předřadným odporem pak prochází proud Iv. Požadujeme dále, aby se poměr U/UV se rovnal n. Máme tedy: I V = U V V = U U V p p = V U U V U V = V (n 1) 2. Zapojili jsme obvod pro zvýšení rozsahu ampérmetru podle obrázku č. 2. Odpor b značí odporovou dekádu. Měřili jsme proud procházející ampérmetrem A2 při spojeném i rozpojeném vypínači K2. Odpor na dekádě jsme měnili tak, aby při sepnutí vypínače K2 klesla hodnota proudu na ampérmetru A2 přesně na polovinu. 3. Pro zvýšení rozsahu voltmetru jsme využili schématu na obrázku č. 3. Na odporové dekádě nastavovali odpor tak, aby voltmetr V ukazoval dvakrát větší napětí, než voltmetr V. 4. Před samotným cejchováním jsme kompenzátor kalibrovali Westonovým kalibrovacím článkem. Odečetli jsme na teploměru teplotu v místnosti a po připojení článku k normovacím svorkám jsme vynulovali galvanometr na kompenzátoru. Podle obr. 4 jsme sestavili obvod. Potenciometrem jsme nastavovali napětí Ux, které jsme pak vyrovnávali kompenzátorem. 5. Ampérmetr se cejchuje využitím obvodu na obr. 5. eostatem jsme opět měnili napětí. Odečítali jsme proud na ampérmetru A. N značí odporový normál, používali jsme normály o hodnotách 100Ω a 1000Ω. Napětí na U - U v U v Obr. 1 - K odvození vztahu pro předřadný odpor Obr. 2 Obvod používaný k rozšíření rozsahu ampérmetru Obr. 3 Obvod používaný k rozšíření rozsahu voltmetru kompenzátoru se rovnalo součinu normálového odporu a proudu jím procházejícího. Obr. 4 Schéma zapojení pro cejchování voltmetru 2

6. Kompenzátor jsme střídavě přikládali k dekádě a k normovému odporu (obr. 6). Na ampérmetru A jsme ověřovali stálost proudu. Odečítali jsme napětí normálu, napětí na dekádě a celkový odpor dekády. Obr. 5 Schéma zapojení pro cejchování ampérmetru Obr. 6 Schéma zapojení pro cejchování odporů Experimentální data a výsledky V tabulce č. 1 jsou uvedeny zjištěné hodnoty proudů a odporů při rozšiřování rozsahu ampérmetru. Izap [ma] Iodp [ma] 0 [Ω] 0 [Ω] 1 0,40 0,20 40,0-2,25 2 0,60 0,30 43,0 0,75 3 0,80 0,40 43,0 0,75 4 0,70 0,35 43,0 0,75 0 42,2 Tab. 1 - Zvýšení rozsahu ampérmetru Izap proud protékající ampérmetrem A2, je-li vypínač K2 zapnutý (Obr. 1) Iodp proud protékající ampérmetrem A2, je-li vypínač K2 vypnutý (Obr. 1) 0 odpor bočníku, rovný vnitřnímu odporu ampérmetru, určený odporovou dekádou 0 = 42, 2 0, 7 Ω Z tabulky č. 2 se dozvíte naměřené a vypočítané hodnoty napětí a odporů při zvyšování rozsahu voltmetru. U1 [V] U2 [V] P [Ω] ( P p ) [Ω] 1 44 22 8140-148 2 34 17 8320 32 3 28 14 8410 122 4 20 10 8330 42 5 40 20 8240-48 P 8288 Tab. 2 - Zvýšení rozsahu voltmetru P = (8290 90)Ω Před cejchováním jsme vyladili kompenzátor pomocí Westonova normálního článku. Teplota v místnosti byla 25 C. Napětí na článku činilo 1,08142V. Data získaná při cejchování voltmetru jsou znázorněna v tabulce č. 3 a na obrázku č. 8. U1 napětí na voltmetru V, je-li přepínač v poloze 1 (Obr. 2) U2 napětí na voltmetru V, je-li přepínač v poloze 2 (Obr. 2) P odpor předřadníku, rovný vnitřnímu odporu voltmetru, určený odporovou dekádou Pokusil jsem se navrhnout kalibrační křivku, v našem případě vyšla U x (U) = 1,00U. 3

V tabulce č. 4. a v obrázku č. 7 jsou hodnoty z úlohy cejchování ampérmetru. Ampérmetr již nebyl tolik přesný, je nutno hodnotu na ampérmetru opravit vztahem I x I = 0,93I. U [V] Ux [V] 1 1,00 1,0736 2 2,00 2,0214 3 4,80 4,7408 4 3,00 2,9832 5 4,00 3,9636 6 7,40 7,3550 7 9,00 8,8700 8 6,00 5,9190 9 3,60 3,5432 Tab. 3 - Cejchování voltmetru I [ma] Ux [V] N [Ω] Ix [ma] 1 0,26 0,2389 1000 0,24 2 0,40 0,3641 1000 0,36 3 0,60 0,5564 1000 0,56 4 0,80 0,7540 1000 0,75 5 0,70 0,0656 100 0,66 6 0,90 0,0845 100 0,85 7 0,50 0,0460 100 0,46 8 0,64 0,0596 100 0,60 Tab. 4 - Cejchování ampérmetru UV napětí naměřené voltmetrem UK napětí určené kompenzátorem I proud na ampérmetru A (Obr. 4) Ux napětí zjištěné na kompenzátoru N normálový odpor Ix vypočtený proud dle vztahu I x = U x N Obr. 7 - Kalibrační křivka ampérmetru 4

Obr. 8 - Kalibrační křivka voltmetru Obr. 9 - Kalibrační křivka odporu 5

Výsledky z úlohy cejchování odporů jsou shrnuty v tabulce č. 5 a na obrázku č. 9. Odpor je velmi přesný, kalibrační křivka má rovnici x = 1,00. N [Ω] x [Ω] UN [V] Ux [V] [Ω] 1 1000 100 0,5240 0,0525 100,2 2 1000 200 0,5189 0,1042 200,8 3 1000 300 0,5168 0,1556 301,1 4 1000 400 0,5150 0,2065 401,0 5 1000 500 0,5131 0,2570 500,9 6 1000 600 0,5113 0,3072 600,8 7 1000 700 0,5093 0,3570 701,0 8 1000 800 0,5075 0,4062 800,4 Tab. 5 - Cejchování odporu X naměřená hodnota odporu určeného dekádou N hodnota odporového normálu UX napětí určené kompenzátorem na dekádě UN napětí určené kompenzátorem na odporovém normálu I proud protékající ampérmetrem vypočtená hodnota odporu určeného dekádou Závěr ozsah příslušného ampérmetru zvýšíme dvakrát, připojíme-li k němu paralelně rezistor o odporu 0 = (42,2 ± 0,7) Ω, což je také hodnota vnitřního odporu ampérmetru. elativně vysoká chyba je způsobena poměrně nepřesností používaného ampérmetru, kterou jsme odhalili při jeho cejchování. Odvodili jsme vztah P V n 1. Dvojnásobné zvýšení rozsahu používaného voltmetru umožní sériové připojení předřadného rezistoru o odporu V = (8290 90)Ω. Tato hodnota je také rovna vnitřnímu odporu voltmetru. U voltmetru je výsledek přesnější. Chyba by se dala ještě snížit pečlivějším odečítáním hodnot z měřících přístrojů. Cejchování voltmetru a ampérmetru nás upozornilo na vady používaných přístrojů. Hodnoty zanesené do kalibračního grafu sice neleží na ose prvního kvadrantu, nicméně k docela přesnému lze alespoň voltmetr použít. Střední kvadratická chyba voltmetru činí σ = 0,023V, ampérmetru σ = 0,17mA. Kalibraci odporu hodnotím velice kladně, naměřené hodnoty takřka souhlasí s vypočítanými. Střední kvadratická chyba je σ = 0,31Ω. ozdíly (tedy i chyby ) mohou být způsobeny tím, že vodiče v obvodech mají vlastní odpory. Použitá literatura [1] http://praktika.fjfi.cvut.cz [2] Bedřich Sedlák; Ivan Štoll. Elektřina a magnetismus, 2. vydání. Academia, 2002. 6