Rozšíření rozsahu miliampérmetru a voltmetru, cejchování kompenzátorem

Podobné dokumenty
Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

Pomůcky. Postup měření

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

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

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

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

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

Konstrukce voltmetru a ampérmetru

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

INSTITUT FYZIKY VŠB-TU OSTRAVA

2 Přímé a nepřímé měření odporu

2. Měření odporu rezistoru a volt-ampérové charakteristiky žárovky

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

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

Měřicí přístroje a měřicí metody

Určeno pro posluchače všech bakalářských studijních programů FS

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

Základní měření s výchylkovými multimetry Laboratorní cvičení č. 1

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

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

Bezpečnost práce, měření proudu a napětí, odchylky měření

Cejchování kompenzátorem

Manuální, technická a elektrozručnost

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

VÝKON ELEKTRICKÉHO PROUDU, PŘÍKON

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

Elektrický proud 2. Zápisy do sešitu

VOLTAMPÉROVÉ CHARAKTERISTIKY DIOD

12. Elektrotechnika 1 Stejnosměrné obvody Kirchhoffovy zákony

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Laboratorní úloha č. 2 - Vnitřní odpor zdroje

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

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

LABORATORNÍ PROTOKOL Z PŘEDMĚTU SILNOPROUDÁ ELEKTROTECHNIKA

Měření výkonu jednofázového proudu

Regulace napětí a proudu reostatem a potenciometrem

Úloha č. 9a + X MĚŘENÍ ODPORŮ

15. Elektrický proud v kovech, obvody stejnosměrného elektrického proudu

Kompenzovaný vstupní dělič Analogový nízkofrekvenční milivoltmetr

Téma: Měření voltampérové charakteristiky

Laboratorní práce č. 1: Určení voltampérových charakteristik spotřebičů

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

2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřený předmětem jsou v tomto případě polovodičové diody, jejich údaje jsou uvedeny v tabulce:

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Název: Měření napětí a proudu

Měření hysterezní smyčky balistickým galvanometrem

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

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

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

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

Měření odporu ohmovou metodou

MĚŘENÍ PARAMETRŮ FOTOVOLTAICKÉHO ČLÁNKU PŘI ZMĚNĚ SÉRIOVÉHO A PARALELNÍHO ODPORU

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

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

Fyzikální praktikum pro nefyzikální obory. Úloha č. 3: Měření proudu a napětí, vlastnosti elektrických měřicích přístrojů

PŘECHODOVÝ JEV V RC OBVODU

galvanometrem a její zobrazení na osciloskopu

Laboratorní práce č. 3: Měření elektrického proudu a napětí

11. Odporový snímač teploty, měřicí systém a bezkontaktní teploměr

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze. Úloha č. 2 : Měření hysterezní smyčky balistickým galvanometrem

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

Elektrický proud. Opakování 6. ročníku

Střední průmyslová škola elektrotechnická a informačních technologií Brno

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Pavel Ševeček stud. skup.: F/F1X/11 dne:

Měření vlastností a základních parametrů elektronických prvků

Laboratorní práce č. 4: Určení elektrického odporu

PŘECHODOVÝ DĚJ VE STEJNOSMĚRNÉM EL. OBVODU zapnutí a vypnutí sériového RC členu ke zdroji stejnosměrného napětí

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

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

- Stabilizátory se Zenerovou diodou - Integrované stabilizátory

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

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

Konstrukce voltmetru a ampérmetru

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

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

V-A charakteristika polovodičové diody

Stabiliz atory napˇet ı v nap ajec ıch zdroj ıch - mˇeˇren ı z akladn ıch parametr u Ondˇrej ˇ Sika

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

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

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření Měření vlastní a vzájemné indukčnosti část Teoretický rozbor

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

Úloha 1 Multimetr. 9. Snižte napájecí napětí na 0V (otočením ovládacího knoflíku výstupního napětí zcela doleva).

13 Měření na sériovém rezonančním obvodu

Petr Myška Datum úlohy: Ročník: první Datum protokolu:

R 4 U 3 R 6 R 20 R 3 I I 2

pracovní list studenta Elektrický proud v kovech Voltampérová charakteristika spotřebiče Eva Bochníčková

ZADÁNÍ LABORATORNÍHO CVIČENÍ

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

Pracovní list žáka (SŠ)

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

Rezistory, reostat

Účinnost tepelného stroje

Elektrický zdroj napětí

C p. R d dielektrické ztráty R sk odpor závislý na frekvenci C p kapacita mezi přívody a závity

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM Ústav fyziky FEI VUT BRNO

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

Rezistory, reostat

Transkript:

FJFI ČVUT v Praze Fyzikální praktikum I Úloha 9 Verze 161010 Rozšíření rozsahu miliampérmetru a voltmetru, cejchování kompenzátorem Abstrakt: V úloze si osvojíte práci s jednoduchými elektrickými obvody. Pomocí technického kompenzátoru zkalibrujete ručičkový ampérmetr a voltmetr, poté změříte jejich vnitřní odpor. 1 Pracovní úkoly 1. DÚ: V přípravě odvod te vztah (7). 2. Pomocí kompenzátoru ocejchujte stupnici voltmetru (cejchujte v celém rozsahu stupnice). Pro 10 naměřených hodnot sestrojte kalibrační křivku a vyneste ji do grafu. 3. Pomocí kompenzátoru ocejchujte stupnici miliampérmetru (cejchujte v celém rozsahu stupnice). Pro 10 naměřených hodnot sestrojte kalibrační křivku a vyneste ji do grafu. 4. Pomocí kompenzátoru ocejchujte odporovou dekádu. Měření proved te pro 10 hodnot v rozsahu 100 1000 Ω. Pro 10 naměřených hodnot sestrojte kalibrační křivku a vyneste ji do grafu. 5. Rozšiřte rozsah miliampérmetru dvakrát a určete jeho vnitřní odpor R 0. Měření proved te pro 10 různých nastavení obvodu, t.j. pro 10 různých proudů. 6. Rozšiřte rozsah voltmetru dvakrát a určete jeho vnitřní odpor. Měření proved te pro 10 různých nastavení obvodu, t.j. pro 10 různých napětí. 7. Při zpracování výsledků z měření vnitřních odporů vezměte v úvahu výsledky získané cejchováním stupnic voltmetru a miliampérmetru a proved te korekci naměřených hodnot. Diskutujte rozdíl mezi výsledkem získaným bez korekce a s korekcí. 2 Pomůcky Pomůcky: Miliampérmetr, voltmetr, zdroj 0 20 V, zdroj 1,5 V, odporová dekáda, reostaty 115 Ω a 6000 Ω, dva vypínače, multimetr, odporové normály 100 Ω a 1000 Ω, technický kompenzátor QTK Metra, Westonův normální článek, vodiče. 3 Základní pojmy a vztahy 3.1 Kompenzátor Pro přesné měření elektromotorického napětí stejnosměrných zdrojů se zpravidla používá kompenzační metody. Tato metoda je založena na poznatku, že lze s daleko větší přesností indikovat nulový proud v obvodu, než určit absolutně jeho nenulovou velikost. Kompenzátory měří s vysokou přesností a nezatěžují měřený zdroj proudem. Principiální schéma zapojení kompenzátoru je znázorněno na Obr. 1. Neznámé napětí je označené U x, referenční U. Předpokládáme, že U je dobře definované a lze jej plynule měnit. 1

Obrázek 1: Principiální schéma kompenzátoru. Obrázek 2: Zjednodušené schéma kompenzátoru METRA QTK. Pokud se U x a U liší, protéká obvodem proud a galvanometr G ukazuje výchylku. Pokud U x =U (t.j. U x je vykompenzováno napětím U), pak galvanometr neukáže nic. K měření budete používat kompenzátor METRA typ QTK. Na Obr. 2 a Obr. 3 jsou zjednodušená schémata technického kompenzátoru METRA. Na Obr. 2 je písmenem A označen pomocný obvod a písmenem B měrný obvod. Oba obvody jsou navzájem vázány skrze přesný odpor r 1, který je zapojen jako potenciometr. Je-li jezdec potenciometru v takové poloze, že je na něm napětí U rovné napětí měřeného zdroje U m, bude proud I m =0 a obvod B nebude ovlivňovat proud I p v obvodě A a tedy ani napětí U. Tuto okolnost využijeme k určení napětí U m. Nulovou hodnotu proudu I m dosahujeme tak, že měníme polohu jezdce na potenciometru tak dlouho, až velikost napětí U na výstupu potenciometru vykompenzuje měřené napětí U m. Potom platí, U = U m. Napětí U můžeme vyjádřit jako U = RI p, kde R je ta část odporu r 1, která je zařazena v měrném obvodu B a I p je proud protékající tímto odporem. Poté dostaneme U m = RI p. (1) Velikost proudu I p protékajícího pomocným obvodem A určujeme zpravidla nepřímo, užitím Westonova normálního článku, který zapojíme na místo měřeného napětí U m. Necht napětí U N tohoto článku je vykompenzováno (I m =0) napět ovým úbytkem na potenciometru, potom platí: U = U N a U = I p R N. Odtud pak U N = R N I p (2) 2

Obrázek 3: Zjednodušené schéma kompenzátoru METRA QTK. U m = R R N U N. (3) 4 Postup měření 4.1 Rozšíření rozsahu miliampérmetru Obrázek 4: Zapojení k rozšíření rozsahu miliampérmetru. Při přímém měření ampérmetrem je velikost měřeného proudu omezená rozsahem použitého přístroje. Při měření vyšších proudů zabráníme přetížení ampérmetru připojením bočníku (odporu) Obr. 4. Při vypnutém klíči K 2 je proud měřený ampérmetrem A 2 a pomocným ampérmetrem A 1 stejný, 3

U I 1 = = (4) R + R 0 je určen elektromotorickou silou zdroje U a odpory R a R 0, kde R 0 je vnitřní odpor ampérmetru A 2 a do odporu R je zahrnut vnitřní odpor zdroje i pomocného ampémetru A 1. Při sepnutí klíče K 2 bude platit I 1 = + I b, I b = R b R 0, I b = I 1 = I 1 1. (5) Pokud potřebujeme změnit rozsah ampérmetru n-krát, musí platit I 1 / = n. Pak odpor bočníku zvolíme takto 4.2 Rozšíření rozsahu voltmetru R b = R 0 = R 0 I I b = R 0 I 1 b 1 = R 0 n 1. (6) Obrázek 5: Zapojení k rozšíření rozsahu voltmetru. Chceme-li měřit vyšší napětí než jaké odpovídá plné výchylce měřidla, musíme upravit vnitřní odpor obvodu sériovým zařazením předřadného odporu R p tak, aby při zapojení této kombinace na měřené napětí proud tekoucí měřidlem nepřesáhl maximální dovolenou hodnotu. Podobně jako u ampérmetru lze odvodit pro vnitřní odpor voltmetru: R V = R p n 1, (7) odpor R p je odpor dekády, R V vnitřní odpor voltmetru V a n udává kolikrát je rozsah voltmetru rozšířen. Odpor dekády si nastavíte tak, aby platilo U 2 = U 1 n, (8) U 1 je hodnota napětí na V při zapnutém klíči v poloze 1, U 2 je hodnota napětí na V při zapnutém klíči v poloze 2. K tomuto měření je nutné použít dostatečně tvrdý dělič napětí, tzn. použít reostat s nepříliš velkým odporem. Pro přesné měření je nutné udržovat konstantní napětí na V pomocí odporu R. 4.2.1 Cejchování voltmetru Nejprve provedete kalibraci kompenzátoru pomocí normálového Westonova článku, který připojíte ke svorkám kompenzátoru označených U N. Kalibraci provádějte velmi opatrně, Westonův článek 4

je velmi křehký a je snadné ho zničit. Důležitým předpokladem pro správné měření je neproměnlivost pomocného proudu I p během měření, proto je zapotřebí velikost tohoto proudu během měření hlídat. Instrukce pro správné měření s kompenzátorem najdete v návodech k přístrojům [4]. Obrázek 6: Schéma zapojení pro cejchování voltmetru. Cejchování voltmetru se provádí tak, že pomocí reostatu R 1, Obrázek 6 vkládáme na svorky voltmetru různé stejnosměrné napětí. Odečteme výchylku na voltmetru a pomocí kompenzátoru určíme správnou hodnotu napětí. Pomocí kompenzátoru se cejchují voltmetry třídy 0,2. Obrázek 7: Schéma zapojení pro cejchování ampérmetru. 4.2.2 Cejchování miliampérmetru Pro měření použijeme zapojení zobrazené na Obrázku 7. Průchodem proudu I x odporovým normálem R N vznikne úbytek napětí U x = R N I x, který změříme pomocí kompenzátoru. Hodnotu měřeného proudu určíme ze vzorce I x = U x R N. (9) Při měření volíme hodnotu odporového normálu tak, aby měřený úbytek napětí bylo možné určit bez použití děliče napětí, t.j. do 1500 mv. 5

4.2.3 Cejchování odporové dekády Cejchování odporové dekády provádíme opět pomocí odporových normálů. Zvlášt výhodné je použití kompenzátoru při srovnávání odporů o hodnotách sobě velmi blízkých. Schéma zapojení je na Obrázku 8. Neznámý odpor R zapojíme do série s odporovým normálem R N a pomocnou baterií B a obvodem necháme procházet proud I. Na obou odporech vzniká spád napětí, který postupně přivádíme na svorky U. Poměr napětí na obou odporech je roven poměru hodnot příslušných odporů, platí U R U R N = IR IR N = R, R = U R R N U R N Během měření kontrolujeme stálost protékajícího proudu. R N. (10) Obrázek 8: Schéma zapojení pro cejchování odporové dekády. 5 Poznámky 1. Při měření vnitřních odporů volte takovou konfiguraci obvodu, aby se výchylky ručiček přístrojů pohybovaly v poslední třetině stupnice. 2. Na začátku měření kompenzátor zkalibrujte pomocí Westonova článku. 3. Při kalibrování odporové dekády (úkol 4) použijte v oboru 100-500 Ω odporový normál 100 Ω a v oboru 500-1000 Ω odporový normál 1000 Ω. 4. Mezinárodní Westonův normální článek má při 20 C elektromotorickou sílu U 20 = 1, 01865 V. Elektromotorickou sílu při teplotě t C lze vypočítat podle rovnice U t = U 20 4,06 10 5 (t 20) 0,95 10 6 (t 20) 2 + 1 10 8 (t 20) 3 V. (11) 6

normální článek nesmíte zatížit. Z článku se nesmí odebírat proud větší než 1µ A. 5. Při zapojení obvodů s voltmetrem (cejchování i měření vnitřního odporu) použijte jako dělič napětí reostat 115 Ω, při měření s miliampérmetrem pak reostat 6000 Ω společně (sériově) s odporem 10 000 Ω. 6 Literatura: [1] ŠTOLL Ivan, SEDLÁK Bedřich, Elektřina a magnetismus, kapitola 8 [4] Návody k přístrojům [online], [cit. 2014-07-08], Dostupné z: http://praktikum.fjfi.cvut.cz/documents/chybynav/navody-o.pdf 7