Рекомендации по работе с потенциометром Мостовые методы измерения сопротивлений (стр. 1 из 5)
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Физический факультет
Кафедра общей физики
«ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРАКТИКУМ»
А.В. Багинский, О.А. Брагин, А.А. Дорошкин
Работа 4.1-4.2
КОМПЕНСАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
Учебно-методическое пособие
Новосибирск
2008
Представлено описание модернизированной лабораторной работы измерительного практикума кафедры общей физики НГУ. Работа выполняется студентами 1–2-го курсов физического факультета, факультета информационных технологий, геолого-геофизического, медицинского факультетов и факультета естественных наук.
При выполнении работы студенты знакомятся с компенсационными методами измерений ЭДС и сопротивления. Работа может быть использована при обучении студентов других естественнонаучных и технических факультетов.
Рецензент
Д.ф.-м.н. А. Д. Косинов
© Новосибирский государственный университет, 2008
Содержание
Введение…………………………………………………………………………4
4.1 Потенциометр……………………………………………………………….4
Принцип действия потенциометра…………………………………………….4
Одноконтурный потенциометр………………………………………………...6
Многоконтурные потенциометры.…………………………………………….7
Термопара….……………………………………………………………………8
Задания…………………………………………………………………………12
Приложение. Органы управления потенциометра и некоторые
рекомендации по работе с потенциометром………………………………...14
4.2 Мостовые методы измерения сопротивлений…………………………...17
Одинарный мост ………………………………………………………………17
Двойной мост………………………………………………………………..…19
Органы управления и клеммы для подключения
внешних элементов моста……………………………………………….……21
Задания…………………………………………………………………………21
Лабораторная работа 4 (4.1, 4.2)
КОМПЕНСАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
Цель работы: изучение компенсационных методов измерения ЭДС, напряжений и сопротивлений.
Оборудование
4.1. Потенциометр постоянного тока; нормальный элемент Вестона; батарея питания потенциометра; нуль-индикатор, милливольтметр; термопара; нуль-термостат; печь с тиглем; источник питания печи; регистратор ЭДС термопары.
4.2. Мост постоянного тока, нуль-индикатор, источник питания моста (батарея, аккумулятор или др.), плата с сопротивлениями, малое проволочное сопротивление, образцовое сопротивление или магазин сопротивлений, катушка из тонкого медного провода, рамка с натянутой медной проволокой и подвижными потенциальными контактами, амперметр, переключатель полярности, реостат, штангенциркуль, микрометр.
Введение
Существует класс электроизмерительных приборов, принцип действия которых основан на сравнения измеряемой (неизвестной) величины с известной, образцовой. В качестве элемента сравнения в таких приборах используются, как правило, рабочие эталоны единиц соответствующих величин: эталон напряжения, эталон сопротивления, эталон индуктивности и другие. Этим обеспечивается высокая точность и надежность измерений. Представителями данного класса приборов являются мосты и потенциометры.
4.1 потенциометр
Принцип действия потенциометра
Потенциометры предназначены для измерения электродвижущих сил (ЭДС) и напряжений методом компенсации измеряемого напряжения эталонным. Суть компенсационного метода измерения напряжения ясна из рис. 1.1. Источник измеряемого напряжения Ux включается встречно регулируемому образцовому источнику Uобр. Меняя напряжение образцового
источника, можно добиться нулевых показаний нуль-индикатора А (чувствительного вольтметра или амперметра) и тем самым произвести измерение Ux = Uобр. 
Выше отмечалось, что 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, как показано на рис. 1.2. Здесь регулируемое опорное напряжение снимается с движка переменного сопротивления R0, к которому поочередно подключаются источник эталонного напряжения EN (рис. 1.2а) и источник измеряемого напряжения Ex (рис. 1.2б). Если U больше EN и Ex, то, перемещая движок R0, мы всегда “найдем” точку, в которой напряжение, снимаемое с делителя, равно напряжению подключенного к нему источника (EN или Ex) и скомпенсирует его (нуль-индикатор А покажет ноль). Пусть компенсация EN и Ex произошла при сопротивлениях делителя RN (рис. 1.2а) и Rx (рис. 1.2б), т.е.:
, .
Отсюда:
.
Таким образом, зная RN и RX, мы, тем самым, определили отношение измеряемого напряжения к эталонному. Именно эта методика (немного модифицированная) реализована в потенциометрах.
Одноконтурный потенциометр
Схема измерений, показанная на рис. 1.2, вполне работоспособна, однако процедура измерений не удобна и, кроме того, возникают определенные технические трудности, связанные с очень большим внутренним сопротивлением рабочего эталона напряжения – нормального элемента Вестона. В реальном потенциометре строго фиксируют ток, протекающий через R0 (рабочий ток потенциометра). Если ток, протекающий через R0 всегда один и тот же, то делитель напряжения можно заранее отградуировать (т.е. разметить и оцифровать положения движка R0) непосредственно в Вольтах (а не в Омах), что делает процедуру измерений гораздо более удобной – сразу после компенсации напряжения Ex его значение можно прочитать по оцифровке делителя. Рабочий ток настраивается с использованием эталона напряжения (нормального элемента) перед началом измерений.
Упрощенная схема потенциометра, показанная на рис. 1.3, отличается от схемы, приведенной на рис. 1.2, 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. Для настройки рабочего тока при подготовке потенциометра к работе нормальный элемент, 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 к работе. Более подробно о настройке потенциометра прочтите в приложении.
 |
Чтобы не загромождать рис. 1.3 деталями не существенными для понимания принципа работы потенциометра элементы схемы изображены здесь упрощенно, а некоторые узлы, имеющиеся в реальном приборе, не показаны. Дополнительные сведения, в т.ч. о назначении органов управления и настройки потенциометра, содержатся в приложении.
Многоконтурные потенциометры
Из изложенного выше ясно, что настроенный потенциометр представляет собой не что иное, как регулируемый источник напряжения с высокой дискретностью его изменения. Так 6-декдый потенциометр перекрывает диапазон более 1 В с дискретностью 1 мкВ (см. приложение). Создание прецизионного источника с таким большим динамическим диапазоном является сложной технической задачей. Проще использовать два или три включенных последовательно источника, каждый из которых обладает меньшей относительной дискретностью изменения выходного напряжения. Так, если вернуться к схеме, приведенной на рис 1.1, то вместо одного источника Uобр с выходным напряжением, например, 0…1 В и дискретностью его установки 1 мкВ можно включить последовательно два источника: 0…1 В с дискретностью 1 мВ и 0…1 мВ с дискретностью 1 мкВ. Многоконтурный потенциометр построен именно по этому принципу и представляет собой два (или больше) одноконтурных потенциометров, смонтированных в одном корпусе и соединенных так, чтобы снимаемые с них напряжения суммировались на едином входе многоконтурного потенциометра.
Часть имеющихся в лаборатории потенциометров являются двухконтурными. При подготовке такого потенциометра к работе, необходимо установить два рабочих тока. Ток в “старшем” контуре настраивается с использованием нормального элемента, точно так же как у одноконтурного потенциометра. Образцовое напряжение для настройки рабочего тока во втором контуре поступает с делителя первого контура. Поэтому настройка многоконтурного потенциометра, должна производиться в строгом порядке – нельзя настраивать ток в “младшем” контуре, не настроив предварительно ток в “старшем” контуре. Что же касается собственно процесса измерений, то он ничем не отличается от описанного ранее.