Лабораторная работа 210 изучение метода компенсации

Обновлено: 30.06.2024

2) Произвести измерения с помощью потенциометра ПП-63.

Компенсационный метод применяется для точного измерения ЭДС, напряжения и потенциала.

Как известно, измерение напряжения и ЭДС часто производится с помощью вольтметра. Однако этот метод приводит к значительным ошибкам в измерениях из-за конечной величины сопротивления вольтметра. При подключении вольтметра к источнику U X (рис 1) по цепи будет протекать ток

где R V – сопротивление вольтметра; r - внутреннее сопротивление источника U X

Величина напряжения на вольтметре U V =I*R V , измеряемая прибором, в этом случае будет отличаться от значения U X на (1)

Эта ошибка U также, как и относительная погрешность измерений

будут зависеть от сопротивления вольтметра, они будут уменьшаться с ростом величины R V и стремиться к нулю только при R V  . Если же R V = r, то  может достигать величины 50%. Таким образом, подключение вольтметра искажает режим работы цепи, где производится измерение и может приводить к значительным ошибкам в измерениях. Указанный недостаток устраняется при применении компенсационного метода измерений.

Приборы для измерения напряжений и ЭДС компенсационным методом носят название потенциометров или компенсаторов.

Принцип действия потенциометров.

Простейшая схема потенциометра приведена на рис 3. Здесь в качестве источника компенсирующего напряжения используется падение напряжения U К на сопротивлении R K при протекании по нему тока I P от специального источника  Р . В качестве индикатора равенства используется гальванометр. Измеряемой величиной является ЭДС источника  Х .

Рассмотрим условия компенсации, т.е. условия, при которых сила тока в цепи гальванометра равна нулю.

В общем случае на отдельных участках схемы рис.3 текут токи I, I P , I r , направления которых выберем так, как указано стрелками. Применим к рассматриваемой схеме правило Кирхгофа. Согласно 1 правилу, алгебраическая сумма токов в узле равна нулю. Тогда для узла А имеем: I + I r - I P = 0 (3)

По правилу сумма падений напряжений на всех элементах замкнутого контура равна сумме ЭДС, действующих в этом контуре. Для контуров  P ABC P и  X AB X можно соответственно записать (направление обхода контуров указано на рис.3 стрелками):

 P =I P R K +I(R P +r p ), (4)

где r p – внутреннее сопротивление источника  P .

 X = I P R K +I r (r x +r r ) (5)

где r x – внутреннее сопротивление источника  Х ; r r – внутреннее сопротивление гальванометра.

В случае компенсации ток в цепи гальванометра I r =0, и выражение (5) имеет вид:

т.е. неизвестная ЭДС (или U X ) компенсируется падением напряжения на сопротивлении R K (на участке АВ).

Выражения (3) и (4) в этом случае (I r =0) будут иметь вид:

 P =I P R K +I(R P +r p ) (8)

Из (8) с учётом (7) можно получить:

где R общ = R K +R P +r p – общее сопротивление цепи источника  P .

Подставив значение I P в выражение (6), окончательно имеем

Таким образом, X можно определить через величины  Р , R K ,R P ,r p . Однако значения  Р и r p не всегда могут быть определены достаточно точно. Кроме того в R общ должно входить, кроме указанных величин, сопротивление подводящих проводов, которое трудно учесть с достаточной степенью точности. Поэтому точность определения  X в данном случае будет низкой, несмотря на хорошие возможности метода в целом. Повысить точность измерений можно, если построить потенциометр по схеме рис.4.

В этой схеме компенсация производится дважды. В положении I переключателя II компенсируется известная ЭДС элемента  N , в положении 2 производится компенсация неизвестной ЭДС источника  X .

Сопротивление R К включается здесь по схеме потенциометра. Как уже отмечалось ранее, при компенсации величина компенсируемой ЭДС  должна равняться падению напряжения на участке АВ, т.е. =I P R AB . Этого можно добиться двумя способами: либо изменяя величину сопротивления R AB , либо изменяя величину I P . Силу тока I P можно регулировать, меняя значение R P . В потенциометре, построенном по схеме рис. 4, компенсации  N добиваются изменением величины R P , устанавливая определённый рабочий ток I P , который в дальнейшем остаётся постоянным. Сопротивление R AB при этом должно быть максимальным, т.е. R AB = R К . Тогда согласно (10):

Компенсации  Х добиваются изменением величины участка АВ сопротивления R К , подключённого к цепи гальванометра R AB . Так как сопротивление R К включено по схеме потенциометра, то при изменении R AB общее сопротивление цепи источника  Р остаётся неизменным и значение = const. При компенсации

Взяв отношение (11) и (12), получим :

Всё сказанное справедливо для случая, когда вместо  Х подключается неизвестное напряжение U X . Таким образом, для определения ЭДС или напряжения необходимо знать отношение двух сопротивлений R AB и R К и значение  N . Сопротивления, входящие в окончательный результат, являются образцовыми и могут быть в настоящее время измерены с точностью до сотых долей процента. В качестве источника сравнения  N используется обычно нормальный элемент, значение ЭДС которого весьма стабильно и известно с высокой степенью точности.

Значение  Р не входит в окончательный результат (14). Однако источник  Р всё время обеспечивает наличие I P , поэтому его ЭДС должна быть достаточно постоянной во времени. Кроме того, так как  N и  Х равняются падению напряжения на участке АВ цепи этого источника, его ЭДС  Р должна превосходить  N и  Х.

Похожие страницы:

Компенсационный метод измерения электродвижущей силы и сопротивления

. РАБОТА №7 Компенсационный метод измерения электродвижущей силы и сопротивления Цель работы: изучение компенсационного метода измерений эдс и . Описанный выше простейший способ применения компенсационного метода измерения эдс отличается малой точностью, .

Методы измерения материалов и процессов

. для определения коэффициента теплового расширения и изучения фазовых превращений в сплавах. Например, . >10-6 Ом. Потенциометрический (компенсационный) метод. Метод позволяет производить наиболее точные измерения. Образец с сопротивлением Rx .

Методы и средства измерений

. , основная задача которого состояла в тщательном изучении метрических мер, сравнение их с другими . , когда были предложены мостовой метод измерения (мост Уитстона) и компенсационный метод измерения постоянного напряжения (компенсатор Поггендорфа .

Экономическая эффективность внешнеторговой деятельности предприятия методы измерения, оценка и

. на ее эффективность и методы измерения эффективности………………………..6 Организация внешнеторговой . лицензирование; специальные, антидемпинговые и компенсационные пошлины; сертификация; карантинный . ориентированных предприятий; • изучение потенциальных рынков сбыта .

Методы поляризации света

. используют для фотометрических и пирометрических измерений, кристаллооптических исследований, изучения механических напряжений в конструкциях, в . оптическую разность хода как методом сопоставления цветов, так и компенсационным методом. Рисунок 2.11  .


Цель работы: изучение компенсационных методов измерения электрических величин.

Оборудование: потенциометр постоянного тока, термопара, нуль-термостат, печь с тиглем, двухкоординатный самописец.

1.1 Краткая теория

Потенциометр – прибор, предназначенный для измерения электродвижущей силы или напряжения методом сравнения. В качестве элемента сравнения в потенциометре, как правило, используются рабочие эталоны напряжения. Этим обеспечивается высокая точность и надежность измерений.

1.1.1 Принцип действия потенциометра

Суть компенсационного метода измерения заключается в следующем (рис. 1): источник измеряемого напряжения Ux включается встречно регулируемому образцовому источнику Uобр и, меняя напряжение образцового источника, можно добиться нулевых показаний нуль-индикатора А (чувствительного вольтметра или амперметра) – тем самым произвести измерение Ux = Uобр.

Для обеспечения высокой точности измерений в качестве элемента сравнения Uобр необходимо применять эталон напряжения. К сожалению, регулируемых эталонов напряжения не существует.


Поэтому измерение проводится в два этапа: снимается опорное напряжение с движка переменного сопротивления R0 при поочередном подключении к нему эталонного напряжения EN (рис. 2а) и измеряемого напряжения Ex (рис. 2б). Далее находится положение движка R0 при котором напряжение, снимаемое с делителя, уравновесится напряжением EN (Ex). Если компенсация EN, Ex произошла при сопротивлениях делителя RN иRx, то верно следующее соотношение: => . Таким образом, измерив RN и RX,, мы получим отношение измеряемого напряжения к эталонному.

1.1.2 Одноконтурный потенциометр

Метод описанный в пункте 1.1.1 работоспособен, но неудобен, т.к. требует вначале измерения сопротивлений RN и Rx, затем расчета их отношения и вычисления Ex. Для упрощения процедуры измерения в реальном потенциометре строго фиксируют ток, протекающий через R0 (рабочий ток потенциометра). Это позволяет заранее отградуировать делитель напряжения непосредственно в Вольтах (а не в Омах), что гораздо упрощает процедуру измерения – сразу после компенсации напряжения Ex его значение можно прочитать по оцифровке делителя.

Упрощенная схема потенциометра, показанная на рис. 3, отличается от схемы, приведенной на рис. 1, дополнительным сопротивлением Rб, предназначенным для регулирования тока в цепи R0, отдельным входом для подключения рабочего эталона напряжения (нормального элемента Вестона) и переключателем П, при помощи которого можно подключать к делителю R0 либо измеряемое, либо эталонное напряжение.


Нормальный элемент используется для настройки рабочего тока при подготовке

потенциометра к работе. Он, как видно из схемы, подключается в фиксированную точку

делителя. Эта специальная контрольная точка, выбранная таким образом, чтобы при

протекании через R0 рабочего тока напряжение в этой точке было в точности равным ЭДС

нормального элемента Вестона. Поэтому, если при помощи переключателя П подключить

нормальный элемент к делителю, то при токе равном рабочему нуль-индикатор должен

показать ноль. Если же это не так, то ток следует отрегулировать при помощи Rб добившись

нулевых показаний индикатора. После того как рабочий ток установлен, потенциометр готов

1.1.3 Многоконтурный потенциометр

Многоконтурный потенциометр представляет собой несколько одноконтурных потенциометров, смонтированных в одном корпусе и соединенных так, чтобы снимаемые с них напряжения суммировались на едином входе многоконтурного потенциометра. Данное техническое решение применяется для увеличения точности прибора с большой дискретностью. Например, вместо одного источника Uобр с выходным напряжением (0÷1) В и дискретностью установки 1 мкВ можно включить последовательно два источника: (0÷1) В с дискретностью 1 мВ и (0÷1) мВ с дискретностью 1 мкВ.

Читайте также: