Разработка методики выполнения измерений активного сопротивления электрическому току

относительная влажность воздуха, % .............50 - 80

1.2 Выбор методов и средств измерений

Электрическое сопротивление в цепях постоянного тока может быть определено как косвенным методом - при помощи вольтметра и амперметра, так и прямым - при помощи омметра. Рассмотрим 1-ый способ решения измерительной задачи. На рис.1 (а и б) показаны два возможных варианта включения измерительных приборов. В первом варианте из показания амперметра нужно вычесть ток, протекающий через вольтметр. При большом значении сопротивления R_х, соизмеримом с внутренним сопротивлением вольтметра R_вх или даже превышающим его, эта поправка значительна.

Во втором варианте из показания вольтметра нужно вычесть падение напряжения на амперметре. Эта поправка значительна при небольших значениях R_х, меньших внутреннего сопротивления амперметра R_а или соизмеримых с ним. В практике схемы, показанные на рис.1 (а и б), применяют соответственно при небольших и больших значениях R_х, когда указанными поправками можно пренебречь.

Из рассмотренных примеров видно, что поправки могут быть мультипликативными (так называемые поправочные множители), аддитивными, постоянными, закономерно измеряющимися с течением времени, существенными и несущественными (которыми можно пренебречь). Они могут определяться теоретически и экспериментально, представлять собой отдельные числа и функции (задаваемые таблично, графически или с помощью аналитических выражений).

Для примера 2 справедливы соотношения, приведенные ниже.

Значение сопротивления R_х :

для схемы рис.1а: (1)

для схемы рис. 1б: (при R_вх?) (2)

Экспериментально определяемое значение сопротивления находится расчетным путем согласно закона Ома:

(3)

Таким образом, абсолютные поправки к показанию, определенному согласно (3), для схем (а и б) соответственно составляют:

?₁ , (4)

?₂ = -R_а . (5)

Поправки алгебраически (с учетом знака) суммируются со значением сопротивления, рассчитанным по выражению (3). Относительная поправка для схемы 1а зависит от соотношения R _вх / R_х :

?₁ = ?₁ / R_х = 1 / [ 1+ (R_вх / R_х)] (6)

Относительная поправка для схемы 1б зависит от соотношения R_х / R_а:

?₂ = - ?₂/ R_х = -1/ (R_х / R_а ) (7)

Максимально допустимое абсолютное отклонение показания, определяемого по формуле (3), от измеряемого сопротивления находится по формуле:

? = ?_R R_хэ , (8)

где максимально допустимое относительное отклонение показания от измеряемого сопротивления определяется по формуле:

?_R = , (9)

где ?_I и ?_U - максимально допустимые относительные отклонения показаний используемых средств измерений от измеряемого тока и напряжения, определяемые с учетом классов точности средств измерений, показаний и выбранных пределов измерений. С учетом внесённой поправки ?₁₍₂₎ , классов точности средств измерений и полученных показаний можно определить пределы, в которых находится значение измеряемого сопротивления R по формуле:

[R_хэ + ?₁₍₂₎] - ? ? R ? [R_хэ + ?₁₍₂₎ ] +? (10)

В данном случае задана 0,3 Вт. Вычисляем I и U. Зная предельный ток и предельное напряжение, можно высчитать рабочие ток и напряжение в цепи, которые примерно в 5 раз меньше допустимых значений.

I==54,8 мА I 0.2 *I I10.95 мА

U==5,48 В U0.2* U U1 В

Норма точности % ?_R =

=0.5*0.015А/0,01А=0,75% = 0.5*1В/1В=0,5% ?_R=0,8%

По справочнику выбрала электромеханические приборы класса точности 0,5 и с пределами измерений : I=15мA и U=1,5В -это 2 мультиметра М2038.

Например: показания в режиме измерения силы тока I= 11 мА, показания в режиме измерения напряжения U= 1,0 В, внутреннее сопрпотивление вольтметра R=3 кОм.

Отсюда: 1) Расчитываю сопротивление по показаниям двух приборов:

R=90,9 Ом=0,09 кОм

2) расчитываю абсолютную поправку =(1/

R

R

Для схемы 1 б):

Рассмотрим 2-ой способ.

Для измерения сопротивления электрического тока порядка 100 Ом, на основании справочных данных, возьмем цифровой мультиметр В7-40. Этот прибор позволяет измерять ещё ряд физических величин. В режиме измерения сопротивления он имеет класс точности 0,15/0,05. Определим относительную погрешность показаний порядка 100 Ом на пределе 200 Ом.

%,

что удовлетворяет нормам точности (%).

Выводы:

В целях минимизации количества СИ, экономии электроэнергии, достижения более точного результата измерения, т.к. с помощью амперметра и вольтметра, невозможно достичь столь точного результата, отдаем предпочтение методу прямых измерений (с помощью цифрового омметра).

У вольтметра В 7-40 , R_вх должно быть не менее 1 Мом. Предположим, что у данного экземпляра вольтметра R_вх составляет R_вх=1,2 Мом. Тогда отношение .

Рис.3 График зависимости

Определяем по графику рис. 3 величину .Переход от относительной детерминированной поправки к абсолютной производится согласно зависимости:

С учетом вышесказанного, измеряемое средневыпрямленное значение напряжения сложной формы на выходе резистивного делителя напряжения находится в пределах:

(4,05 + 0,13 ) - 0,03 U_CВ ( 4,05 + 0,13 ) + 0,03 (В)

4,15 U_CВ 4,21 (В)

2. РАЗРАБОТКА ДОКУМЕНТАЦИИ

измерение напряжение сопротивление