Электричество и магнетизм (стр. 3 из 24)

Для определения измеряемой величины α нужно отсчет N , взятый по шкале прибора, умножить на цену деления. Таким образом,

С изменением предела прибора меняется и величина абсолютной погрешности, допускаемой при измерениях этим прибором.

Проведение эксперимента

1. Изучите электроизмерительные приборы, используемые в работе, и запишите их паспортные данные.

2. Соберите цепь по схеме рис. I и найдите сопротивление R_xґ каждого из двух предложенных вам резисторов.

3. Определите значение измеряемого сопротивления R_x по формуле (2).

4. Рассчитайте абсолютные ΔR_x и систематические относительные погрешности δ по формулам (3) и (4).

5. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу:

№	I, A	U, B	Rxґ, Ом	Rx, Ом	Δ Rx, Ом	δ	ΔR, Ом	ε

6. Соберите цепь по схеме рис. 2 и найдите сопротивление R_xґ каждого из двух предложенных вам резисторов.

7. Определите значение измеряемого сопротивления R_x по формуле (6).

8. Рассчитайте абсолютные ΔR_x и систематические относительные погрешности δ по формулам (7) и (8).

9. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу:

№	I, A	U, B	Rxґ, Ом	Rx, Ом	Δ Rx, Ом	δ	ΔR, Ом	ε

10. Выберите, какая из схем даёт минимальную систематическую погрешность измерения δ для каждого из данных сопротивлений

11. По классу точности вольтметра и амперметра вычислите абсолютную ΔR и относительную ε ошибки, обусловленные неточностями измерительных приборов, используемых в работе. Относительная погрешность

, (11)

где Δ U и ΔI - абсолютные погрешности, вычисленные по формуле (10), а U и I - измеренные значения напряжения и тока. Из формулы (11) найдите абсолютную ошибку Δ R = ε∙R_x

12. Запишите окончательное значение сопротивления резисторов в виде:

R= R_x±ΔR.

Контрольные вопросы

1. Как классифицируются электроизмерительные приборы по назначению и принципу действия?

2. Каков принцип работы приборов магнитоэлектрической, электромагнитной системы и цифровых приборов?

3. Расшифруйте условные обозначения, наносимые на приборы.

4. Как рассчитать по классу точности прибора абсолютную и относительную погрешности измерений?

5. Как определить цену деления шкалы прибора?

6. Правила расчета шунтов и добавочных сопротивлений.

7. Расскажите о методе измерения сопротивления резисторов с помощью амперметра и вольтметра путем использования двух возможных схем.

8. Какие еще методы измерения сопротивления вы знаете, в чем их преимущества и недостатки?

9. Как рассчитать ошибки, вносимые схемой в результаты измерения, и как выбрать оптимальную схему, по которой следует производить измерение данного сопротивления?

Литература, рекомендуемая к лабораторной работе:

1. Рублев Ю.В., Куценко А.Н., Кортнев А.В. Практикум по электричеству. – М.: Высшая школа, 1971.

2. Кортнев А.В., Рублев Ю.В., Куценко А.Н.. Практикум по физике. – М.: Высшая школа, 1965.

3. Справочник по электро-измерительным приборам. Под ред. К.К. Илюнина-Л.: Энергоатомиздат, 1983г.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛЛОГРАФА

Цель работы:

Ознакомиться с устройством и работой электронного осциллографа и некоторыми его применениями.

Идея эксперимента

Электронный осциллограф предназначен для исследования перио дических и импульсных электрических процессов. С помощью осциллографа можно измерять напряжение, наблюдать изменение фазы колебаний, сравнивать частоты и амплитуды различных переменных напряжений. Кроме того, осциллограф при применении соответствующих преобразователей позволяет исследовать и неэлектрические процессы, например, измерять малые промежутки времени, кратковременные давления и т.д.

Достоинствами электронного осциллографа являются его высокая чувствительность и беэынерционность действия, что позволяет использовать его в исследовании быстропротекающих процессов.

Теоретическая часть

Блок-схема электронного осциллографа приведена на рис. I. Основными узлами осциллографа являются: электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), генератор

развёртки, усилители исследуемого сигнала по вертикали У и горизонтали X, синхронизирующее устройство, делитель напряжения, блок питания, который включает в себя ряд устройств для обеспечения энергией ЭЛТ, генератора развертки, усилителей.

Электронно-лучевая трубка (рис.2) внешне напоминает стеклянную колбу,из которой выкачан воздух до давления порядка 10^-6 мм. рт. ст. Внутрь трубки впаяны электроды: нить накала 1, катод 2, цилиндр 3, являющийся управляющим электродом, первый и второй аноды 4 и 5 и две пары взаимно-перпендикулярных отклоняющий пластин 6 и 7

Электроны, вылетевшие из катода 2 под разными углами к его поверхности, попадают в электрическое поле управляющего электрода 3. Этот электрод имеет форму цилиндра и обладает положительным потенциалом. Под действием сил электрического поля поток электронов сжимается и направляется в отверстие цилиндра. Так формируется электронный пучок. Интенсивность пучка и, следовательно, яркость светящегося пятна на экране можно регулировать изменением потенциала цилиндра с помощью потенциометра R₁, ручка которого имеет маркировку ЯРКОСТЬ.

После управлявшего электрода электронный поток попадает в электрическое поле первого анода 4, представляющего собой, как и управляющий электрод, цилиндр, ось которого совпадает с осью ЭЛТ. Поперёк его оси расположено несколько перегородок - диафрагм с отверстием в центре. На первый анод подаётся положительное относительно катода напряжение порядка нескольких сот вольт. Это поле ускоряет электроны в пучке и благодаря своей конфигурации сжимает электронный пучок. Изменяя напряжение на первом аноде, можно фокусировать пучок электронов, поэтому ручка потенциометра Р₃ имеет маркировку ФОКУС. Второй анод 5 представляет собой короткий цилиндр с отверстием в центре. Его располагают непосредственно за первым анодом и подают на него более высокое (1-5 кВ) положительное напряжение, в результате чего электроны получают ускорение. Система электродов: катод - управляющий электрод - первый анод - второй анод, образует так называемую электронную пушку.

Выйдя из второго анода, электронный луч проходит между двумя парами металлических пластин 6 и 7. Если к любой паре пластин приложить разность потенциалов, то электронный луч будет отклоняться в вертикальном или горизонтальном направлении. Под действием положительного напряжения U_x след электронного луча смещается на величину x в горизонтальном направлении, а под действием напряжения U_y - на величину y в вертикальном направлении. Величины

(1)

называются чувствительностями трубки к напряжению соответственно в направлениях осей X и У. Чувствительность к напряжению показывает величину отклонения электронного луча на экране (в мм) при разности потенциалов на пластинах в I В. При постоянном анодном напряжении величины j_x и j_y для данной ЭЛТ постоянны.

Генератор развёртки один из основных узлов осциллографа. Если на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ подать исследуемое переменное напряжение, то электронный луч начнёт колебаться в вертикальном направлении и оставит на экране трубки светящуюся вертикальную линию.

Для получения на экране трубки действительной формы исследуемого напряжения U_y=f(t) , т.е. временных осциллограмм, нужно на горизонтально отклоняющие пластины одновременно с исследуемым, подать напряжение, пропорциональное времени U_x=kt.

В осциллографе такое напряжение вырабатывается генератором развёртки. Импульсы этого напряжения имеют пилообразную форму, график которого показан на рис. 3. Напряжение в течение промежутка времени T_{развертки} линейно увеличивается, а затем почти мгновенно падает до первоначального значения.

Время T_{развертки} называется периодом пилообразного напряжения, или периодом развёртки.

Если исследуемое напряжение меняется, например, синусоидально с периодом Т_иссл., то луч будет колебаться в вертикальном направлении и при этом плавно перемещаться в горизонтальном направлении слева направо.

Результирующая траектория луча будет представлять собой синусоиду. При равенстве периодов Т_иссл = T_{развертки} на экране получается один период исследуемого напряжения. Если увеличить период развёртки вдвое, то за время развёртки луч успеет совершить два полных колебания в вертикальном направлении и на экране мы увидим два периода исследуемого напряжения. Когда T_{развертки} = nТ_иссл (n- целое число), осциллограмма будет представлять собой кривую из n периодов исследуемого напряжения. Если период развёртки T_{развертки} не является целым кратным периода Т_иссл изучаемого напряжения, то электронный луч будет начинать движение слева направо каждый раз в различных фазах и на экране осциллографа картина будет неустойчивой. Чтобы добиться устойчивой картины, нужно частоту развёртки (или её период) сделать равной или кратной частоте исследуемого напряжения (или его периоду). Для того, чтобы развёртка изображения начиналась каждый раз в одинаковой фазе, генератор развёртки запускается сигналом, который вырабатывается блоком синхронизации.