Galvanometrul și aplicarea acestuia

Numele lucrării: Galvanometru și aplicarea acestuia

Specializare: Energie

Mărime fișier: 206.5 KB

Lucrarea a fost descărcată: 60 de persoane.

Galvanometrul și aplicarea acestuia

Introducere. Galvanometrele se numesc dispozitive de măsură electrice destinate măsurării unor mici valori ale încărcăturii electrice curente, de tensiune sau transmisie. În practica de laborator se folosesc galvanometre de diferite modele cu o varietate de parametri electrici și mecanici. Dar cele mai frecvente sunt galvanometrele de curent continuu ale unui sistem de măsurare magnetoelectric, al cărui avantaj principal # 150; sensibilitate ridicată. În aceste dispozitive, rotația părții mobile și indicatorul asociat (săgeată, lumină) are loc ca urmare a interacțiunii cadrului cu câmpul magnetic curent și cu câmpul magnetic al magnetului permanent (figura 1).








În spațiul de aer dintre stâlpii magnetului permanent 3 și miezul cilindric fix 5 se creează un câmp magnetic radial. Rama mobilă 7 fixată la extensiile 4 se poate roti în jurul miezului 5 în câmpul magnetului. La cadrul 7 este atașat o săgeată a indicatorului 2, echilibrată de contra-greutăți 6. Curentul electric către cadrul de măsurare este alimentat de-a lungul întinderilor 4.

Luați în considerare comportamentul cadrului în aceste condiții (figura 2).

Când curentul curge prin înfășurarea cadrului, constând în n rotiri ale unui fir subțire, pe laturile verticale b. amplasat într-un câmp magnetic radial, acționează o pereche de forțe F. creând un cuplu,

unde # 150; momentul magnetic al cadrului.

Amploarea cuplului este

unde s # 150; zona ramei.

Sub acțiunea acestui moment, cadrul și săgeata asociată se rotesc până în momentul forțelor elastice M yn. care apar în vergeturile în timpul torsiunii, nu echilibrează momentul M.

În poziția de echilibru

Relaxarea părții în mișcare se datorează curenților indus în cadrul cadru și în înfășurarea acestuia, dacă acesta este închis la rezistența exterioară.

În poziția de echilibru, dacă există un unghi de deviere al acului dispozitivului în cadrul curent I

Astfel, mișcarea unghiulară a indicatorului este proporțională cu curentul care curge în cadru. Coeficientul de proporționalitate S I se numește sensibilitatea galvanometrului curent.

Din relația de mai sus, este clar din ce parametri de proiectare a galvanometrului depinde sensibilitatea acestuia.

Relativitatea sensibilității se numește constanta curentă

Cu toate acestea, este mai convenabil să se măsoare abaterea săgeții instrumentului prin numărul de diviziuni ale scalei N. care este direct proporțional cu . prin urmare, înlocuim cu o altă cantitate # 150; C I. numindu-i prețul de împărțire a scării actuale

Prețul divizării este măsurat în A / div și arată ce curent ar trebui să treacă prin galvanometru, astfel încât săgeata sa să devieze printr-o singură diviziune.

Cu curentul I, o tensiune este generată în cadrul dispozitivului de măsurare la terminalele sale

unde R G # 150; rezistența internă a galvanometrului. În consecință, abaterea săgeții poate determina tensiunea la terminalele galvanometrului, adică În acest caz, galvanometrul îndeplinește funcția unui voltmetru. Valoarea lui C U este numită valoarea scalei scării de tensiune și este măsurată în V / div

Galvanometrele cu rezistență internă scăzută, proiectate pentru măsurarea curentului, se numesc microammetre. Prin includerea unui ampermetru în circuit, rezistența sa nu crește aproape, iar curentul curge nu se schimbă aproape.

Curentul maxim care poate fi trecut prin cadrul galvanometrului este mic, prin definiție. Pentru a extinde gama de curenți măsurați, treceți # 150; rezistențe conectate în paralel cu instrumentul de măsurare. Atunci când numai o parte a curentului de manevră măsurat, în care mici curge prin dispozitivul de măsurare și acționează direct pe cadru, majoritatea trece prin șuntul. shunt De aceea bólshey o parte din ramurile actuale este necesară de rezistență redusă în comparație cu domeniul de rezistență R G. Astfel, shunt galvanometru (ampermetru), în general, va avea o rezistență mai mică decât R G.

Fie ca este necesar să se măsoare curentul I 0 în n ori mai mare decât curentul abaterii totale a galvanometrului I lim # 150; curent, care determină săgeata să devieze la întreaga scală, de asemenea # 150; curentul maxim admis (limitator) al dispozitivului fără șunt. Pentru a calcula rezistența de șuntare R s, aplicăm regulile lui Kirchhoff conturului prezentat în figura 3,

Folosind condiția I 0 = nI lim. găsim rezistența șuntului

Șuntul este de obicei realizat dintr-un segment de sârmă de înaltă rezistență (constantan, manganin) cu o rezistență specifică  și o secțiune transversală S s. Lungimea sa este calculată prin formula

Galvanometrele, adaptate pentru măsurarea diferenței de potențial, pot fi numite un voltmetru. Rezistența voltmetrului ar trebui să fie mult mai mare decât rezistența secțiunii de circuit pe care se măsoară căderea de tensiune, astfel încât includerea voltmetrului să nu determine redistribuirea nedorită a curentului între sarcină și dispozitivul de măsurare. Dacă rezistența internă a galvanometrului este insuficientă, atunci în serie cu acesta se adaugă un rezistor R adițional suplimentar (figura 4).

Adăugarea unui rezistor suplimentar R ad este de asemenea efectuată în cazurile în care este necesară extinderea domeniului de măsurare a instrumentului prin tensiune. Valoarea R ad este calculată din condiția că curentul din dispozitivul de măsurare nu trebuie să depășească curentul abaterii totale a galvanometrului I lim. Aplicând legea lui Ohm pentru segmentul lanțului

Dacă este necesară măsurarea tensiunii U 0. care este de m de ori mai mică decât tensiunea de limitare U lim. măsurată direct de galvanometrul U 0 = mU lim. atunci valoarea rezistorului suplimentar se calculează după cum urmează:

și anume pentru a extinde limita de măsurare a tensiunii de m ori, rezistența rezistorului suplimentar trebuie să fie (m -1) mai mare decât rezistența internă a galvanometrului.

Astfel, pentru a calcula rezistența șunt R S și ad necesitatea suplimentare rezistențe R să cunoască rezistența internă a galvanometru R G. Se măsoară mod normal, de exemplu un ohmmetru, este imposibil, deoarece galvanometru poate fi trecut printr-un curent mic, mult mai mică decât ohmetru curent. Prin urmare, acționează diferit. Rezistența internă a galvanometrului, sensibilitatea la curent și tensiune pot fi. în particular, sunt determinate prin măsurători într-un circuit electric, circuitul căruia este prezentat în Fig. 5. Aici G # 150; galvanometru investigat, FE # 150; Stabilizat de alimentare de curent continuu cu voltmetru integrat, rezistoare R 2. R3 formează divizorului de tensiune-TION, în timp ce rezistorul R șunt este 2 și R1 # 150; rezistență suplimentară la galvanometru.







Curent în zona tensiunii arteriale. conform legii lui Ohm, este egal cu

U # 150; tensiunea de alimentare de ieșire.

Cădere de tensiune pe porțiunea lanțului AB

Conform primei reguli a lui Kirchhoff

Rezolvarea ecuațiilor în comun (16, 17, 18) cu privire la t # 150; curent într-un galvanometru, ajungem

unde N # 150; Numărul diviziunilor prin care săgeata deviază la curentul I.

Să facem rezistența R 1 = 0 și, cu ajutorul rezistențelor variabile R 2 și R 3, să stabilim săgeata galvanometrului în diviziunea digitizată extrem de dreapta a scalei. Această stare corespunde numărului diviziunilor scării N lim și curentului galvanometrului I lim. Apoi formula (19) are următoarea formă:

Să începem treptat creșterea rezistenței R 1. curentul galvanometrului va scădea. Să trăim pe o anumită valoare a lui R 1 i. Curentul este I  I lim și săgeata este plasată pe o anumită scară a scalei N i.

Din expresia (19) scriem următoarele:

Ecuând laturile drepte ale expresiilor (21) și (22) și înlocuind RAB și R 1 AB. avem

Divizarea diviziunii scării actuale este determinată din ecuația (20)

Valoarea împărțirii scării de tensiune a unui galvanometru

Descrierea instalației. Pe panoul de laborator sunt instalate următoarele instrumente: un galvanometru al unui sistem magnetoelectric de tip LM. două rezistoare de stocare P33 ca rezistențe R 1 și R 3. rezistență variabilă R 2 la 1 ohm cu reglare pas de 0.1 Ohm. Sistemul include o sursă stabilizată de curent continuu B5-70 cu un voltmetru încorporat, care oferă o tensiune de ieșire de 0 ... 30 V și un ampermetru cu mai multe limite.

Cantitatea de curent în galvanometru este limitată de faptul că rezistorul R 2 are o rezistență mică, în timp ce rezistorul R3 este instalat posibil rezistență, astfel încât raportul de tensiune de divizare devine aproximativ 10 în iunie.

Determinarea caracteristicilor unui galvanometru

Măsurarea. 1. Pregătește dispozitivele să funcționeze. Pentru aceasta, setați R 1 = 0. R2 = 10 m R3 # 150; maximul.

2. Înainte de asamblarea circuitului, rotiți butonul de reglare "U" de la sursa de alimentare a PI la tensiunea de ieșire minimă, comutatorul "Out / In" # 150; în poziția "În interior", comutatorul de afișare "V / A" # 150; în poziția "V" (măsurarea tensiunii de ieșire).

3.Configurați circuitul electric conform schemei (fig.5) și cereți profesorului sau tehnicianului de laborator să îl verifice.

4. Introduceți sursa de alimentare B5-70 în rețea și reglați mânerul regulatorului "U" la tensiunea de ieșire 4 ... 6 V.

5. Rezistența mai mică a revistei R 3 (începând de la decada mai veche), setați acul galvanometrului la diviziunea de scară dreaptă (prin împărțirea N lim). Scrieți valorile lui N lim și R 3 în tabel.

6. Confirmați rezistența magaziei R 1 astfel încât acul galvanometrului să fie setat secvențial pe N i = 35; 25; 15 diviziuni. Valorile lui N i și R 1 i ar trebui înscrise în tabel.

Prelucrarea rezultatelor măsurătorilor. 1. Folosind formulele (23, 24, 25), calculați rezistența internă a galvanometrului, diviziunea de curent și tensiune pentru fiecare măsurătoare. Găsiți valorile lor medii.

2. Calculați jumătatea lățimii intervalului de încredere pentru student

3. Scrieți rezultatul final în formular

indicând coeficientul de încredere.

4. În aceeași formă, înregistrați rezultatele determinării valorii scalei scalnei galvanometre curente și a prețului de divizare a tensiunii.

Lucrarea unui galvanometru ca voltmetru

Așa cum sa spus mai sus, galvanometrul poate fi folosit ca voltmetru dacă se mărește în mod artificial rezistența acestuia. Acest lucru se realizează prin includerea în serie a cadrului de măsurare a unui antet rezistor R suplimentar. Cea mai mare tensiune, care poate fi măsurată direct de către galvanometru, este determinată de costul împărțirii dispozitivului în funcție de tensiune și de numărul de diviziuni pe scara N lim. și anume U lim = C U N lim.

Măsurarea. 1.Calculează valoarea rezistenței suplimentare cu formula (13) pentru limita tensiunii măsurate U 0 (dar nu mai mare de 30 V, furnizată de sursa de alimentare) indicată de către profesor. Coeficientul de expansiune al limitei este m = U 0 / U lim.

2. Înainte de asamblarea circuitului, rotiți butonul de reglare "U" de la sursa de alimentare a PI la tensiunea de ieșire minimă, comutatorul "Out / In" # 150; la poziția "Inside", comutatorul indicatorului digital "V / A" # 150; în poziția "V" (măsurarea tensiunii de ieșire).

4. Cereți un laborator sau unui instructor pentru a verifica circuitul.

5. Setați valoarea anunțului R calculată în memoria R 1. Acțiunile ulterioare vor face posibilă verificarea corectitudinii efectuării calculelor și scalarea voltmetrului, construit pe baza unui galvanometru, cu ajutorul unui voltmetru de comandă V.

6. Creșterea tensiunii de ieșire a sursei PI, scoateți acul galvanometrului în diviziunea de scară digitizată extrem de dreapta. În cazul în care rezistența este calculată și rezistor suplimentar este setată corect, în timp ce voltmetru de referință ar trebui să arate tensiunea presetat U 0. Dacă această condiție nu este îndeplinită, atunci este necesar pentru a ridica magazin R 1 valoarea rezistenței care ar satisface cerințele. Experimental a constatat valoarea rezistenței suplimentare, scrie-o în jos, numind-o experimentală.

7.Instalați valoarea optimă a rezistenței suplimentare la magazia R 1 și efectuați calibrarea voltmetrului proiectat pe baza galvanometrului. În acest scop, reglați tensiunea de ieșire a sursei IP prin setarea alternativă a acului galvanometric pentru fiecare diviziune digitalizată a scalei sale și înregistrarea citirilor voltmetrului de comandă V într-o masă pregătită anterior.

8. Din rezultate, construiți un grafic de calibrare. pe care, pe abscisă, amâna împărțirea scalei galvanometrului, de-a lungul ordinii # 150; citirile voltmetrului de comandă V.

Lucrarea unui galvanometru ca ampermetru

Limitele de măsurare a galvanometrului curent pot fi substanțial extinse prin intermediul șuntarelor, transformându-l astfel într-un ampermetru.

Măsurarea. 1.Rasschitayte rezistență șunt cu formula (10) pentru a limita măsurarea curentului extins la I 0 = 45 mA (sau 90 mA). O mai mare extindere a limitelor în ceea ce privește un atelier de formare nu poate fi realizat, în cazul în care șuntul utilizat magazin P-33. Dacă apare o astfel de necesitate, atunci șuntul este realizată din sârmă manganin sau constantan (curea) și ajustat rezistența individual (a se vedea Ec. (11). Coeficientul de dilatare Limite n = I 0 / I lim. Unde lim # 150; curentul abaterii totale a galvanometrului se determină în funcție de constanta curentă C I găsită în exercițiul 1 și numărul de diviziuni ale întregii scale I lim = C I N lim.

2. Înainte de asamblarea circuitului de reostat R (500 ... 600 Ohm), folosit ca sarcină, puneți pe cea mai mare rezistență, pentru a nu provoca un scurtcircuit în mod accidental.

  • La depozitul R 1., folosit în acest caz ca șuncă, puneți o rezistență zero pentru a proteja galvanometrul de supraîncărcare cu posibile erori în asamblarea circuitului.
  • Pe alimentarea cu PS, reglați butonul de reglare a tensiunii de ieșire la minim, comutatoarele: una # 150; În poziția "Inside", altul # 150; în poziția "V".

4.Achizați instructorul sau tehnicianul de laborator pentru a verifica circuitul asamblat.

5.Instalați la magazinul R 1 rezistența șuntului R s calculată de dvs. la limita de măsurare curentă selectată.

6. Porniți sursa de alimentare la rețea. Creșterea încet și lin sursa de tensiune de ieșire, observând galvanometru, săgeata galvanometru pentru a aduce digitizate valoarea maximă la scară. În cazul în care șuntul este proiectat și instalat corect, citirile miliamperi de control va coincide cu o valoare limită predeterminată a curentului I 0. Dacă, totuși, va fi diferit, diferența nu ar trebui să fie semnificative.

7. Calculează galvanometrul, care acum funcționează ca un ampermetru, în unități de forță curentă. Pentru a face acest lucru, reduceți lent tensiunea de ieșire a sursei, opriți la fiecare diviziune digitalizată a scării sale și înregistrați în tabelul pregătit indicarea milliammetrului de referință mA.

8.Construiți graficul de calibrare, pe care, pe abscisă, se compară citirile galvanometrului în diviziunile scării și de-a lungul axei de ordonare # 150; citirea milliametrilor mA.

1. Luați în considerare dispozitivul și principiul de funcționare a dispozitivelor sistemului magnetoelectric.

2.Ce este un galvanometru? Ceea ce este specific în designul său ar trebui să fie pus, astfel încât să își îndeplinească scopul?

3. Datorită sensibilității ridicate a galvanometrului la curent? Efectuați formula de sensibilitate.

4. De ce este cadru galvanometric înfășurat în jurul unui cadru din aluminiu, nu al unui plastic, de exemplu?

5. De ce este introdus un miez cilindric de fier magnetic moale în spațiul dintre magnet? Ce se va întâmpla fără el?

6.Daca rama este suspendata pe vergeturi si nu montata pe semi-axe ca si in alte aparate electrice de masurare?

7.Cum pot extinde domeniul de măsurare al unui galvanometru curent? Calculați șuntul pentru o anumită limită de măsurare curentă. Este posibil să se producă un ampermetru pe 100 A pe baza acestui galvanometru?

8.Cum se extind limitele de măsurare ale galvanometrului de tensiune? Calculați rezistența suplimentară, de exemplu cu 100 V.

1.Kortnev A.V. Rublev Yu.A. Kutsenko A.N. Workshop pe fizică. M. Școala superioară, 1963. P.214.

2. Popov V.S. Masuratori electrice. M. Energia, 1974, pag. 72-76.

Fig.2. Reprezentarea schematică a cadrului galvanometric într-un câmp magnetic (vedere frontală și vedere de sus)







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: