В. РАСЧЕТ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ГРАДУИРОВАНИЕ ГАЛЬВАНОМЕТРА И РАЗЛИЧНЫЕ СХЕМЫ ЕГО ВКЛЮЧЕНИЯ.

Цель работы: ознакомиться с методами расширения диапазона измерений электроизмерительных приборов.

Приборы и принадлежности: гальванометр магнитоэлектрической системы, реостат, сопротивления, магазин сопротивлений.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.

Используя гальванометр для измерений в электрических цепях, необходимо знать его основные параметры:

I_r- предельное значение тока, которое вызывает отклонение стрелки на всю шкалу,

R_r- внутреннее сопротивление гальванометра,

U_r- напряжение на клеммах гальванометра, которое вызовет ток I_r .

На практике гальванометр приходится использовать для измерения токов и напряжений превышающих его паспортные значения I_r и U_r. Для расширения пределов измерений используются шунты и добавочные сопротивления. Предположим, что с помощью гальванометра с заданными значениями R_r и I_r нужно измерить

Рис. 9.

ток I>I_r . Для этого параллельно R_r необходимо включить сопротивление R_ш (шунт) и отвести от гальванометра "лишний" ток I_ш = I – I_г (рис. 9)Сопротивление шунта можно рассчитать, используя правило Кирхгофа:

узел А: I - I_r - I_ш = 0.

контур: I_r × R_r - I_ш × R_ш = 0 (направление обхода по часовой стрелке).

Решая совместно эти уравнения, найдем

(8)

где n = .

Если n >>1, то единицей знаменателя можно пренебречь, тогда

Тот же гальванометр можно использовать для измерения напряжения U, причем U >U_Г. В этом случае необходимо последовательно гальванометру включить добавочное сопротивление R_доб, на котором "погаситься" напряжение U - U_Г. (рис. 10) По закону Ома U = I_Г (R_Г + R_доб). Отсюда R_доб = - R_r .

Рис. 10

Как правило, выполняется условие >> R_Г, тогда добавочное сопротивление вычисляется:

R_доб (9)

В результате включения в цепь R_ш и R_доб изменится цена деления (и чувствительность) гальванометра. Поэтому необходимо провести градуировку прибора уже в качестве амперметра или вольтметра, т.е. сопоставить делениям шкалы гальванометра значения тока или напряжения, полученные в результате вычислений.

ИЗМЕРЕНИЕ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ.

А. РАСЧЕТ ШУНТА.

Рассчитать сопротивление шунта по формуле (8) для тока I (задается преподавателем). Величины I_r, R_r указаны на стенде.

Шунт изготовить из проволоки, вычислив ее длину из формулы

R_ш = r (r и s -задаются). Из-за возможной ошибки при измерении толщины проволоки, расчетную длину увеличить на 15-20%. Окончательные размеры подобрать согласно пункту 4.

Собрать схему (рис.9).

После проверки схемы преподавателем, включить питание и установить требуемую величину тока I. Изменяя длину шунта, установить стрелку гальванометра на последнем делении шкалы. Записать окончательную длину проволоки.

Отградуировать гальванометр. Для этого, уменьшая ток I с помощью реостата на 0,1 А, записать показания гальванометра (таблица 3). Изобразить на графике зависимость показаний гальванометра (N) от тока I, т.е. построить градуировочные линии

Таблица 3.

Номер измерения	Ток эталонного амперметра, А	Отсчет по шкале гальванометра, N делений	Цена деления , А/дел.

6. По графику определить цену деления, как C = .

В общем случае C = , т.е. цена деления есть производная от I по N, если

I = f (N) . В нашем случае ток есть линейная функция от числа делений, т.к. используется гальванометр магнитоэлектрической системы.

В. РАСЧЕТ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ.

Рассчитать дополнительное сопротивление R_доп. для U (задается преподавателем) по формуле (9).

Собрать схему (рис.10).

Используя результаты вычислений (п.1), на магазине сопротивления набрать R_доб.

После проверки цепи преподавателем, включить питание, установить на вольтметре напряжение U и подобрать окончательно R_доб, так, чтобы стрелка гальванометра отклонилась на всю шкалу. Записать окончательное значение R_доб.

Отградуировать вольтметр. Для этого, уменьшая напряжение, записывать показания гальванометра в таблицу, аналогично табл. 3, где I заменить на U . Построить график зависимости N (U) .

Рассчитать цену деления и отношение полученной С к цене деления самого гальванометра (при R_доб=0).

ПАРАМЕТРЫ СХЕМЫ

I_G =3 мA; R_G=70 Oм; r(нихрома)= Oм×м; d = 1,0 мм.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Сформулируйте правила Кирхгофа для цепи постоянного тока.

2. Выведите формулу для расчета шунта и дополнительного сопротивления.

Что называется ценой деления и чувствительностью гальванометра?