Лабораторная установка и электрическая схема соединений

Для измерения напряжения и тока к исходной электрической цепи подключается измерительный прибор: вольтметр или амперметр. Поскольку измерительный прибор отбирает некоторую энергию от измеряемой цепи, токи и напряжения цепи несколько изменяются, и возникает методическая погрешность измерения. Проанализируем влияние измерительного прибора на цепь с помощью метода эквивалентного генератора.

Вольтметр подключается к 2 узлам цепи А и образует новую ветвь цепи (рис. 1.4.1 а). Напряжение этой ветви и определяет показания вольтметра. Согласно теореме об эквивалентном генераторе исследуемую цепь относительно ветви вольтметра можно представить схемой рис.1.4.1 б.

 

а)	б)

 

Рис. 1.4.1. Схема подключения вольтметра к исследуемой цепи (а)
и эквивалентная схема измерительной цепи с вольтметром (б).

В схеме эквивалентного генератора э.д.с. , т. е. равна напряжению холостого хода на зажимах разомкнутой ветви. Это «истинное» напряжение между узлами исходной схемы до подключения вольтметра. Эту величину может измерить «идеальный» вольтметр с сопротивлением . Для реального вольтметра с конечным сопротивлением  всегда будет присутствовать методическая погрешность, обусловленная внутренним сопротивлением эквивалентного генератора . Напряжение вольтметра с конечным сопротивлением равно , т. е. ниже напряжения  до подключения вольтметра. Абсолютная методическая погрешность равна

.

Для снижения влияния методической погрешности на результат необходимо выбирать вольтметр с .

Амперметр включается в разрыв одной из ветвей цепи и измеряет ток этой ветви (рис. 1.4.2 а). Согласно теореме об эквивалентном генераторе, исследуемую цепь относительно зажимов амперметра удобно представить параллельной схемой замещения (рис. 1.4.2 б).

а)	б)

 

Рис. 1.4.2. Схема подключения амперметра к исследуемой цепи (а)
и эквивалентная схема измерительной цепи с амперметром (б).

В схеме рис. 1.4.2 б источник тока  равен току короткого замыкания ветви, т. е. току ветви до подключения амперметра. Сопротивление источника  - это входное сопротивление цепи относительно зажимов подключения амперметра при обнуленных источниках энергии в цепи. Если амперметр «идеальный» с сопротивлением , то весь ток источника  замыкается через прибор, и методической погрешности нет. При  на амперметре возникает падение напряжения, и часть тока  замыкается через внутренне сопротивление источника . Возникает методическая погрешность

.

Для снижения влияния методической погрешности на результат необходимо выбирать амперметр с .

В данной работе эквивалентный генератор, замещающий реальную цепь, образован последовательным соединением регулируемого источника постоянного напряжения (блок А1) и магазина сопротивлений А13 или переменного резистора из блока А7. Схемы электрические соединений экспериментов по выявлению методической погрешности приведены на рис. 1.4.3 – для вольтметра и рис. 1.4.4 – для амперметра.

Для выявления методической погрешности в схеме рис. 1.4.3 вольтметром измеряется напряжение как непосредственно на выходе блока генератора А1 (переключателем блока А13 установлено минимальное сопротивление 0,5 Ом), так и напряжение на выходе цепи, моделирующей эквивалентный генератор (сопротивление А13 увеличивается ступенями до 10 МОм). При увеличении сопротивления блока А13 напряжение на нем возрастает, а напряжение на вольтметре понижается – возникает методическая погрешность.

Рис. 1.4.3. Схема электрическая соединений для определения
методической погрешности измерения напряжения.

Для выявления методической погрешности обусловленной влиянием амперметра, используется цепь рис. 1.4.4. В цепи последовательно соединены генератор постоянного напряжения (А1), переменный резистор 10 Ом (блок А7) и цифровой мультиметр (MY60) блока А3. Переключение пределов измерения мультиметра приводит к изменению тока в цепи и к изменению показаний прибора.

 

 

Рис. 1.4.4. Схема электрическая соединений для выявления
методической погрешности амперметра.

Однофазный источник питания G1 предназначен для безопасного питания блоков генераторов напряжений А1 (212.2) и мультиметров А3 (510.1).

 

Перечень аппаратуры

Обозначение	Наименование	Тип	Параметры
G1	Однофазный источник питания	218	~220 В / 16 А
А1	Блок генераторов напряжения	212.2	Постоянное напряжение 0…+15 В, ток не более 200 мА
А3	Блок мультиметров	510.1	Аналоговый мультиметр 7050, цифровой мультиметрMY60
А7	Блок резисторов	2330	Переменные резисторы 2х10 кОм; 330 Ом; 10 Ом
А13	Магазин сопротивлений ITC-8	1407	R=0,5 Ом…10 МОм