Теоретичні відомості.

Лабораторна робота № 1

Тема: Вимірювання струму та напруги в електричних колах.

Мета: Ознайомитися: з технікою електробезпеки при роботі в лабораторіях; з вимірювальними приладами та пристроями, що будуть використовуватись при виконанні лабораторних робіт; з правилами підключення вимірювальних приладів до електричного кола та визначення виміряної величини.

Теоретичні відомості.

При виконанні лабораторних робіт будуть використовуватися електровимірювальні прилади магнітоелектричної або електромагнітної систем.

1. У приладах магнітоелектричної системи обертаючий момент створюється внаслідок взаємодії сталого магніту з провідником зі струмом. Рухомою частиною може бути або рамка зі струмом, або сталий магніт, розташований на осі.

Прилади магнітоелектричної системи з рухомою рамкою мають високу точність і застосовуються при більш точних вимірюваннях.

На рамку зі струмом у магнітному полі діє електромагнітна сила. Оскільки сила визначається за законом електромагнітної сили, то й обертаючий момент створюється пружиною М_по = ma, то кут повороту рамки (стрілки приладу) а пропорційний струму в рамці a = cI,

де m – питомий протидіючий момент,

c – постійна величина.

Величина с = а / І - називається чутливістю приладу, і характеризує його точність.

Оскільки кут повороту стрілки пропорційний струму, шкала приладів магнітоелектричної системи рівномірна, що є перевагою таких приладів. Магнітоелектричні прилади застосовують для вимірювання постійних струмів та напруг. Вони також можуть використовуватися для вимірювання опорів як гальванометри.

2. Електровимірювальний прилад електромагнітної системи має нерухому котушку і розташовану на осі феромагнітну пелюстку. Якщо в котушці протікає струм, що вимірюється, то створене котушкою поле втягує всередину феромагнітну пелюстку. Якщо вимірюється величина в полі постійного струму, то обертаючий момент пропорційний квадрату струму. Якщо в котушці протікає синусоїдний струм, то обертаючий момент пропорційний квадрату діючого значення цього струму.

M_об = kI², де k – коефіцієнт пропорційності.

Кут відхилення рухомої частини також пропорційний квадрату струму

a = cI²

Квадратова пропорційність означає, що напрямок відхилення стрілки не залежить від напрямку струму, тобто приладами електромагнітної системи можна вимірювати як в колах постійного, так і в колах змінного струму. Шкала приладів електромагнітної системи нерівномірна, що є недоліком таких приладів.

3. Для вимірювання струму будь-якої вітки електричного кола використовують вимірювальний прилад – амперметр, котрий вмикають послідовно з елементами кола. Для зменшення похибки вимірювання треба, щоб опір амперметра був значно меншим (на два порядки) за опір елемента вітки, в котрій вимірюється струм.

Для вимірювання напруги використовується вольтметр, вмикають паралельно до елемента, напругу на якому треба визначити. Для зменшення похибки вимірювання опір вольтметра повинен бути великим (на два порядки більшим за опір елемента, на якому вимірюється напруга).

4. Показання будь-яких приладів завжди до якоїсь міри відрізняється від дійсних значень вимірювальної величини. Це зв’язано з недосконалістю вимірювальних приладів, методів вимірювання, впливом зовнішніх чинників (зовнішні магнітні та електричні поля, зміна температури, вологості тощо).

За дійсне значення величини приймають значення, виміряне за допомогою еталонних (зразкових) приладів.

Для характеристики точності приладів і вимірювання вводять поняття похибки.

Абсолютна похибка – це різниця між виміряним та дійсним значенням величини: ∆ А = А_в – А,

де А_в – показання приладу (виміряна величина), А – дійсна величина.

Звичайно точність вимірювання характеризується відносною похибкою – відношенням абсолютної похибки до дійсного значення величини у відсотках:

δ =

Абсолютна і відносна похибки характеризують точність вимірювання і не характеризують вимірювальний прилад. Для характеристики точності електровимірювального приладу вводять поняття зведеної похибки, як абсолютну похибку у відсотках від номінальної величини приладу: