Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
|
Laboratory work №6 INVESTIGATION OF MEASURING BRIDGES OF A DIRECT CURRENT (DC) The purpose of the work: to learn basis of theory, schemes and structure of d.c. balanced bridges, to investigate properties of balanced bridges, to gain basic skills of measurements by the bridges. Preparation for the work processing requires: I. Study the manual of the work and suitable chapters of recommended literature [4], [5]. II. be ready to answer such questions: 1. What’s the wheatstone balanced d.c measuring bridge? What’s it used for? What advantages and drawbacks does it have? 2. How to balance the wheatstone bridge? Introduce a condition of wheatstone bridge stability. 3. What conditions should be fulfilled to ensure a high accuracy of a bridge? 4. What does the sensitivity of the bridge depend on and how can it be raised if necessary? 5. What is the full scheme of galvanometer insertion and how do currents flow in it depends on the pressed button? 6. Why do the big errors arise during the measuring of the small resistance by the wheatstone bridge? 7. What is the Kevin double bridge? What’s it applied for and how is it balanced? Draw its scheme and give required explanations. 8. Why at the measurement of small resistances, by the Kevin double bridge, there is no influence on accuracy of the measurement from resistances of connecting wires and transitive contact resistances of the cleats? 9. How is the equality to zero of the second addendum provided in a balance condition of the Kelvin double bridge ensured? 10. What is the balance condition of the Kelvin double bridge? Introduce it and give the required explanations. Brief theoretical information.The balanced d.c bridges are used for accurate measurement of d.c. resistance. Fig 6.1 Simplified scheme of a four-arm (wheatstone) bridge. Fig 6.1 shows a simplified schema of the wheatstone four-arm balanced bridge. It has four tops, designated as a,b, c,d and four arms, which are located between the tops. The resistance Rx being measured is inserted into one of the bridge arms and it is compared with the resistors’ R1, R2, R3 resistances, inserted into other three arms, so that arm Rx is a measurement object, and the other arms are the comparison objects. To the points and b power supply S is joined and a null-detector ND is joined to the point’s c and d. The action base of the balanced bridge is grounded on the null method of measurement. The effects’ difference, that is created by the being measured resistance and resistances of the material measures of resistance, is led to zero during the process of bridge balancing. The bridge is balanced by regulating of its arms resistances R1, R2 and R3 in such a way that potentials of points c and d became equal. When bridge reaches the balance condition, the voltage across the null-detector diagonal Ucd=0, and current through the null-detector Ir=0. The main property of the balanced bridges is the current absence in the null-detector diagonal in the moment of the object resistance’s measurement. As ND, in the d.c. balanced bridges permanent magnet galvanometers are used. They have extremely high sensitivity that reaches 107 - 108 scale divisions/Ampere. The value of the resistance being measured is calculated from bridge balance condition. The condition of balance correlates the bridge’s arms resistances and is satisfied only when the bridge is balanced, if Ig=0. The balance condition of a bridge is: R1R2=R3R4, or Rx=R4=Rl (R2/R3). Most often bridge is balanced by the regulating of the arm resistance R1 with constant resistances ratio R2/R3. Balanced bridges are very accurate measurement instruments. The intrinsic relative error of measurements with the best laboratory bridges does not exceed several thousandth and even ten thousandth parts of percent, and widespread bridges’ accuracy classes, which are normalized by the permissible intrinsic relative error are in the limits of =(0,05...0,5)% with specified measuring range from 100 Ohm to 1 MOhm. On the boundaries of the specified measuring range errors are larger then in the medium of range. There are special bridges with upper boundary of measurements till 10 Ohm, which have larger errors. Balanced bridges are complicated enough, have big dimensions and require performing the balancing operations and some kind of calculations, which are affordable for only qualified staff. On aircrafts, in industry, science, and medicine analog and digital bridges with automatic balancing and counting, with reading digital device or reading data from the paper strip are used. Such bridges have basic relative error within (0,1-1)%. For the accuracy of balanced bridges increase it’s necessary that resistances of arms’ resistors were exactly matched to nominal values, and galvanometer had maximum sensitivity. At insufficient sensitivity of galvanometer Sg it can show the absence of current, though the bridge can be not completely balanced, a current still flows through the galvanometer and the condition of balance is not reached yet. It’s necessary also, according to the directions of the bridge; correctly choose the range for measurements, setting the recommended ratio R2/R3. The correct choosing of the range for measurements (depending on the value of the resistance being measured) ensures the rise of the bridge sensitivity scheme the Sc and as result, the measurements’ accuracy. Total bridge sensitivity Sm is equal to the product of galvanometer’s sensitivity by the bridge scheme sensitivity. , where and I – are accordingly the deviation from zero of galvanometer’s pointer and deviation from zero of current through the galvanometer, entailed by Rx resistance change on Rx value after bridge has been balanced. Bridge’s sensitivity increases when voltage supply rises, but it’s chosen not more of 2-4 V, so that in scheme small currents flow and do not heat its elements. Fig. 6.1 shows a simplified scheme of the wheatstone balanced bridge. The needed resistances of the arms of ratio R2/R3 are set up with the switches’ help, and resistor of comparison R1 is made as four-, five- or hexadecade resistance box. Fig. 6.2 Galvanometer insertion into the bridge measuring diagonal circuit. An uncut galvanometer chain scheme is shown in fig. 6.2. To prevent the damage of galvanometer by rage -value currents, when bridge is not balanced yet, switch on galvanometer by pressing the button “ROUGH”(“COARSE”).Herewith a 50 kOhm resistance resistor is inserted in series with one. After partial bridge balancing, when galvanometer’s pointer will approach near to zero, pressing button “FINE” galvanometer is inserted directly into the bridge scheme. You have to choose a galvanometer for the bridge in such a way that to ensure its operating regime close to critical one. It can be achieved on the stipulation that output bridge resistance between points c and d will approximately equal to the one pointed out the passport or on galvanometer’s scale of external critical resistance. Eddy-current damping of galvanometer is full field by pressing of button “DAMPING”, when this resistance becomes zero. Wheatstone bridges aren’t used for measurement of resistance less then 100 Ohm because of the large errors appearance. It’s explained cause in series with resistor Rx being measured the resistances of the connecting wires, with help of which it is linked up to the bridge, are inserted as well as transitive resistances of the bridge’s clamps and the resistance being measured (see fig.6.1). All these resistances are added and bridge measures the sum of resistances instead Rx. That’s why during the measurement of the resistance of 1Ohm and less, errors that reach several percents and even dozens of percents arise. For measurement resistances of 100 Ohm and less are used the Kelvin double (six-arm) bridges, which allow escaping errors caused by resistance of connecting wires and clamps. The scheme of the Kelvin double bridge is shown the fig. 6.3. Material measure of resistance R0 and resistor Rx being measured ought to have current and potential cleats. As we can see from the bridge scheme, resistances of external connecting wires and cleats (C ) are inserted only into supply source chain and are not a part of measuring scheme (resistors R1,R2,R3,R4 and ND). The arms of the bridge R1, R2, R3 and R4 have resistances not less then 10 Ohms. That’s why the resistances of the external connecting wires, contact resistance of potential cleats (P) and cleats of bridge (BC), don’t influence on measurements results, as the summary resistance of the last is less (at least in 100 times) then resistance of each bridge’s arm, with which they are inserted in series. Fig. 6.3 Simplified scheme of the Kelvin double measuring bridge. RO and Rx resistances are small, and in order to voltages across them exceeds the voltages on the connecting wires and cleats, it should be applied a large-value current through RO and Rx. That’s why into voltage chain rheostat R and ammeter A are inserted in order to set up the maximum current, admissible for R0 and Rx. The current cleats of the resistor Rx being measured and the material measure of resistance R0 are connected between each other by thick cooper conductor, which has very small resistance. Resistances sum of that conductor, current cleats of the resistor being measured, and the material measure of the resistance measure doesn’t exceed hundredth parts of ohm. In scheme of the Kelvin double bridge this resistance’s sum is represented as one resistor r. Balance condition of the Kelvin double bridge: . Resistors R1 and R4 are performed as a resistors’ box, the decades of which are connected in such a way that in case of changing of Rl, simultaneously changes on the same amount R4. That’s why the equality R1=R4 is always fulfilled. With a help of plug switches R2=R3 is always set up. Thereby the condition R1/R2=R4/R3 is fulfilled and multiplier in brackets of adduced formula equals to zero. In case of some deviations of resistance in resistors R1, R2, R3, and R4 from calculated magnitudes, expression in brackets can slightly differ from zero. But second addendum in the balance condition anyway practically equals to zero, as very small resistance r is multiplied by very small expression in brackets. That’s why the balance condition can be simplified and looks as: Description of laboratory installation. Researches of d.c. balanced bridges properties is realized at the installation, that which consists of combined single-double bridge, galvanometer, resistors box, resistance material measures of accuracy class 0,01, which have nominal resistances of 10, 100, 1000, 10000 Ohms, and also 0,1 Ohm, resistor with unknown resistance Rx, rheostat, ammeter, bridge supply source, and external connecting wires. A single-double bridge can act in two modes: the wheatstone bridge or the Kelvin double bridge. Selection of the mode is realized by switching of two webs. The arm of comparison R1 of wheatstone bridge has five decades 10x100, 10x10, 10x1, 10x0.1, 10x0.01 Ohms. Each arm of ratio, i.e. R2 and R3, consists of four resistors: 10, 100, 1000, and 10000 Ohms. Switching on the required (one of four) arm’s resistor is realized by plug switches. In the Kelvin double bridge, each of arm of comparison Rl and R4 is realized as a penta-decade box, similar to wheatstone bridge. The arms of ratio R2 and R3 have the same magnitudes that in the wheatstone bridge and their magnitudes are set up also with the help of plug switches. The Kelvin double bridge has internal material measure of resistance of 0.001 and 1 Ohms. Works procedure. 1. Study the schemes, action principles and structure of the balanced the wheatstone and the Kelvin double bridges. 2. Switch on single-double bridge as on the scheme of the wheatstone bridge (fig. 6.4). Pay attention that the clots N are jointed one with the other by web. Fig. 6.4 The scheme of laboratory installation external commutation in the mode of the wheatstone bridge. 3. Make verification or calibration of the wheatstone bridge and calculate its intrinsic errors. For this connect one after another to the bridge and measure the resistances of three material measures of resistances: 0.1, 100, 1000 or 10000 Ohm. (According to the teacher’s direction). The material measures of resistance play role of a working standards and are linked up to the bridge on unknown Rx resistor’s place. To ensure the largest sensitivity of bridge before a measurement, set the optimum ratio of the arms R2 and R3 resistances according to the table 6.1 recommendations. Balancing of the bridge start from switching on a galvanometer into the bridge scheme by pressing a button “ROUGH’’. Herewith galvanometer won’t go out of service because of big currents through it when bridge is not balanced yet. Fix the button ‘’ROUGH’’, turning it in clockwise direction. Turn the handles of the balancing arm R1 decades, beginning from the bigger decades (x100, x10), and get the minimum galvanometer indications. Only after that press the key ‘’FINE’’ and finally balance the bridge by regulating the resistances of smaller decades (x1; x0,1; x0,01). When the bridge is balanced, galvanometer shows zero. There is a recommendation not to fix the button ‘’FINE’’, and when galvanometer overshoots release it in a moment. Table 6.1 Wheatstone bridge Kelvin double bridgeRx,Ом R2,Ом R3,Ом , % 50-102 100 1000 0,05 102-103 100 100 0,05 103-104 1000 100 0,05 104-105 10000 100 0,05 0,01-0,1 10000 10000 0,05 0,1-1 100 100 0,05 1-10 100 100 0,05 10-102 10 10 0,05 % - is the permissible intrinsic relative error of bridge, which determines its accuracy class. After bridge has been balanced write down the nominal magnitude of a material measure of resistance Ro and magnitudes of resistances R1, R2, and R3 into the table 6.2. Calculate a result of measurement of the material measure of resistance after formula Rresult=R4=R1R2/R3 and write it down into the table 6.2. 4. Calculate the relative errors for all of measuring results and drop the note its values into the table 6.2. Compare these errors with permissible values of relative errors (look into the table 6.1) and write down the conclusion into the table 6.2. Table 6.2 Ro, ohm Rl, ohm R2ohm R3,ohm R, ohm ,% Conclusion about acceptance to the norm. 100 1000 10000 0.1 5.Measure by the wheatstone bridge resistance of the material resistance measure with nominal magnitude 0,1 Ohm, that plays role of the resistance Rx being measured at the resistances of the bridge arms R2=10 Ohm and R3=10000 Ohm. The result of measurement and the relative error value write down into the table 6.2 and 6.4. Pay attention that the result considerably exceeds the nominal magnitude of the material measure resistance. 6.Make an experimental research of external connecting wires resistance influence on the result of small resistance measurement by wheatstone balanced bridge: disconnect from bridge the material measure of resistance Ro=0.1 Ohm, connect the ends of wires, clenching them under one of the material measure of resistance cleat, and measure resistance of the wires. Calculate an actual value of the material measure of resistance: Ro=Rresult-Rwires. 7. Measure unknown resistance of a resistor Rx. For this purpose set up the arms of ratio resistances R2=R3=100 Ohms, connect to the bridge’s cleats Xo resistor Rx, balance bridge and in such a way approximately find the magnitude of Rx. Knowing that resistance, select from the table 6.1 the optimum ratio of arms resistances R2 and R3, then balance bridge again and calculate the accurate magnitude of Rx. If at the beginning bridge is not balanced - increase R2 and decrease R3. 8. Make a research of sensitivity dependence of the wheatstone balanced bridge from ratio of bridge arms resistances. Link up to Xo cleats a resistance box and set up box’s resistance in a range of (200... 1000) Ohms according to teacher’s direction. Set up the R2=:R3=10 and completely balance bridge. Measure the resistance of box Rx and write it down into table 6.3. Change the box’s resistance by such Rx value, that galvanometer’s pointer deviates from zero on =(8..10) scale divisions. Put on the data into the table 6.3. Repeat the experiment for R2=R3=100 Ohms and R2=R3=1000 Ohms. Calculate sensitivity of the bridge for all experiments. Table 6.3 Rx, ohm R2, ohm R3,ohm Rx, ohm , divisions Sm divisions,% 10 10 100 100 1000 1000 9.Switch on the single-double bridge as on the scheme of the Kelvin double bridge (fig.6.3) and link up to it a material measure of resistance with the nominal value of 0.1 Ohms, that signifies the working standard and is connected to the cleats of resistance Rx being measured. Pay attention that the N clenches ought to be jointed by two webs with potential cleats of an integral into bridge material resistance measure N. Set up resistance of the integral measure Ro=l Ohm and arms of ratio resistance R2=R3=1000 Ohms. Set up by rheostat R current I=0,5A, balance bridge and calculate the result of measurements by formula Fig 6.5 Scheme of external commutation of laboratory installation in mode of the Kelvin double bridge. Calculate a relative measurement error also. Enter the measuring results and calculations into the table 6.4. Table 6.4 Bridge mode Rx, Ohm R1, Ohm R2, Ohm R3,Ohm R, Ohm Ro, Ohm ,% Wheat-stone 0.1 10 10000 ___ Kelvin double 0.1 1000 1000 1 10. Compare the results of measurements of small resistance by wheatstone bridge and the Kelvin double one. Explain the reasons of large errors at measurement of small resistance made by the wheatstone bridge in written form in the protocol and why errors are small when the Kelvin double bridge is used. |
Лабораторна робота № 6 ДОСЛІДЖЕННЯ ВИМІРЮВАЛЬНИХ МОСТІВ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ Мета роботи: вивчити основи теорії, схеми та будову врівноважених мостів постійного струму, дослідити властивості врівноважених мостів, здобути навички вимірювань за допомогою мостів. При підготовці до виконання роботи необхідно: І. Опрацювати опис даної роботи та відповідні розділи рекомендованої літератури [4], [5]. ІІ. Уміти відповідати на наступні запитання:
Короткі теоретичні відомості. Врівноважені мости постійного струму використовують для точних вимірювань електричних опорів постійному струмові. Рис. 6.1 Спрощена схема чотириплечого вимірювального мостаНа рис.6.1 зображена спрощена принципова схема одинарного (чотириплечого) врівноваженого моста. Він має чотири вершини, позначені літерами a, b, c, d і чотири плеча, що знаходяться між вершинами. Вимірюваний опір Rx, включений в одне із плечей моста, порівнюється з опорами мір - резисторів R1, R2 і R3, включених у три інших плеча, тобто плече Rx - об'єкт вимірювань, а інші плечі - об'єкти порівняння. До точок a і b приєднано джерело живлення,а до точок c і d - нуль-індикатор HI. В основу дії врівноваженого моста покладений нульовий метод вимірювання. Різницю ефектів, що створюються вимірюваним опором і опорами вимірювальних резисторів, зводять до нуля в процесі врівноважування моста. Міст урівноважують, регулюючи опори його плечей R1, R2 і R3 і добираючи їх таким чином, щоб потенціали точок c і d зрівнялись. Коли міст досяг стану рівноваги, напруга в діагоналі нуль-індикатора Ucd = 0, і струм через нуль-індикатор Iг = 0. Головна ознака врівноважених мостів-відсутність струму в діагоналі нуль-індикатора в момент вимірювання опору об'єкта. Як HI у врівноважених мостах постійного струму використовують магнітоелектричні гальванометри. Вони мають надзвичайно високу чутливість що сягає 107 - 108 поділок/ампер. Значення вимірюваного опору обчислюють із умови рівноваги моста. Умова рівноваги пов'язує опори плечей моста і виконується тільки при рівновазі моста, коли Iг = 0. Умова рівноваги моста: R1R2 = R3R4, або Rx = R4 = R1 (R2/R3) Міст урівноважують, найчастіше, регулюючи опір плеча R1 при постійному відношенні опорів R2/R3. Урівноважені мости - дуже точні засоби вимірювальної техніки. Основна відносна похибка вимірювань найкращих лабораторних вимірювальних мостів не перевищує кількох тисячних і навіть десятитисячних часток відсотка, а класи точності широко розповсюджених мостів, які нормуються межею допустимої основної відносної похибки, лежать у межах = 0,05...0,5% при діапазоні вимірювань від 100 Ом до 1 МОм. На краях діапазону вимірювань похибки більші ніж посередині діапазону. Існують також спеціальні мости з верхньою межею вимірювань до 1010 Ом, які мають більші похибки. Врівноважені мости досить складні, мають великі розміри, потребують виконання операцій урівноважування моста і деяких розрахунків, що під силу лише кваліфікованому персоналові. На повітряних суднах, у промисловості, науці та медицині застосовують аналогові і цифрові мости з автоматичним урівноважуванням і відліком показів за шкалою,чи за цифровим відліковим пристроєм, або зчитуючи покази з паперової стрічки. У таких мостів основна зведена похибка має порядок (0,1-1)%. Для підвищення точності врівноважених мостів необхідно щоб опори резисторів плечей були дуже точно підігнані до номінальних значень, а гальванометр мав максимальну чутливість. При недостатній чутливості гальванометра Sг він може показувати відсутність струму, хоча міст ще не повністю врівноважений, через гальванометр тече струм, і умова рівноваги ще не досягнута. Необхідно також, згідно з інструкцією до моста, правильно вибрати межу вимірювань, установлюючи рекомендоване відношення R2/R3. Правильний вибір межі вимірювань (у залежності від значення вимірюваного опору) забезпечує підвищення чутливості схеми моста Sc і, завдяки цьому, точності вимірювань. Загальна чутливість моста Sм дорівнює добутку чутливості гальванометра на чутливість схеми моста. , де ∆ і ∆I - відповідно, відхилення від нуля стрілки гальванометра та відхилення від нуля струму через гальванометр, спричинені зміною опору Rx на величину ∆ Rx після врівноважування моста. Чутливість моста зростає при підвищенні напруги живлення, але її вибирають невеликою (2-4 В), щоб у схемі протікали малі струми і не нагрівали її елементів. На рис.6.1 показана спрощена схема одинарного врівноваженого моста.Необхідні опори плечей відношення R2 і R3 встановлюють за допомогою перемикачів, а резистор порівняння R1 виконують як чотирьох -, п'яти - або шестидекадний магазин резисторів. Рис. 6.2 Схема включення гальванометра у вимірювальну діагональ мостаПовна схема ланцюга гальванометра показана на рис.6.2. Щоб запобігти ушкодженню гальванометра великими струмами, коли міст ще не врівноважений, гальванометр слід вмикати натискуванням кнопки “ГРУБО”. Тоді послідовно з ним вмикається резистор опору 50 кОм. Після часткового врівноважування моста, коли стрілка гальванометра підійде близько до нуля, натиском кнопки “ТОЧНО” гальванометр включають безпосередньо в схему моста. Підбирати гальванометр до моста слід таким чином, щоб забезпечити режим його роботи близький до критичного. Цього можна досягнути при умові, що вихідний опір моста між точками c і d буде приблизно дорівнювати вказаному в паспорті або на шкалі гальванометра значенню зовнішнього критичного опору. Магнітоіндукційне заспокоєння гальванометра здійснюється при натисканні кнопки ЗАСПОКОЄННЯ, коли цей опір стає нульовим. Одинарні мости НЕ ВИКОРИСТОВУЮТЬ для вимірювання опорів менших за 100 Ом, бо при цьому виникають дуже великі похибки. Це пояснюється тим, що послідовно з вимірюваним опором Rx включені також опори зовнішніх з'єднувальних проводів (Пр), за допомогою яких він підключений до моста, а також перехідні опори затискачів моста (ЗМ) і затискачів вимірюваного опору (ЗО) (див. рис.6.1). Всі ці опори складаються, і міст вимірює суму опорів замість Rx. Тому, при вимірюванні опорів порядку 1 Ом і менших, виникають похибки, що досягають кількох відсотків і навіть десятків відсотків. Для вимірювань опорів менших за 100 Ом застосовують подвійні (шестиплечі) мости, які дозволяють уникнути похибки, викликаної впливом опорів з'єднувальних проводів і затискачів. Схема подвійного моста показана на рис.6.3. Міра опору R0 та вимірюваний опір Rx повинні мати струмові та потенціальні затискачі. Як видно зі схеми моста, опори зовнішніх з'єднувальних проводів і контактні опори струмових затискачів (С) входять лише в ланцюг джерела живлення і не входять у вимірювальну схему (резистори R1,R2, R3, R4 та НІ). Плечі моста R1, R2, R3 і R4 мають опори не менші за 10 Ом. Тому опори зовнішніх з'єднувальних проводів (Пр), контактні опори потенціальних затискачів (П) і затискачів моста (ЗМ) не впливають на результати вимірювань, бо сума цих опорів значно менша (принаймні у 100 разів) за опір кожного з плечей моста, з яким вони включені послідовно. Рис. 6.3 Спрощена схема подвійного вимірювального мостаОпори R0 і Rx, малі, і для того, щоб напруги на них значно перевищували напруги на вказаних проводах і затискачах, необхідно через R0 і Rx пропускати досить великий струм. Тому в ланцюг живлення включені реостат R і амперметр A для встановлення максимального струму, допустимого для R0 і Rx. Струмові затискачі вимірюваного опору Rx та міри опору R0 з'єднані між собою товстим мідним провідником, який має дуже малий опір. Сума опорів цього провідника і опорів струмових затискачів вимірюваного опору та міри опору не перевищує сотих часток ому. На схемі подвійного моста ця сума опорів зображена у вигляді одного резистора r. Умова рівноваги подвійного моста: Резистори R1 і R4 виконані як магазини резисторів, декади яких з'єднані таким чином, що при зміні R1 одночасно на стільки ж змінюється і R4. Тому завжди виконується рівність R1 = R4. За допомогою штепсельних перемикачів завжди встановлюють також R2=R3. Таким чином виконується умова R1/R2 = R4/R3 і множник у дужках наведеної формули дорівнює нулю. При деяких відхиленнях опорів резисторів R1, R2, R3 і R4 від розрахункових значень, вираз у дужках може дещо відрізнятися від нуля. Але другий доданок в умові рівноваги все рівно практично дорівнює нулю, бо дуже малий опір r перемножується на дуже малий вираз у дужках. Тому умова рівноваги спрощується і має вигляд Опис лабораторної установки Дослідження властивостей урівноважених мостів постійного струму виконують на установці, в яку входять одинарно-подвійний міст, гальванометр, магазин резисторів, міри опору класу точності 0,01, які мають номінальні значення 10, 100, 1000, 10000 Ом, а також 0,1 Ом, резистор із невідомим вимірюваним опором Rx, реостат, амперметр, джерело живлення моста і зовнішні з'єднувальні провідники. Одинарно-подвійний міст може діяти у двох режимах: одинарного або подвійного моста. Обрання режиму здійснюють переключенням двох перемичок. Плече порівняння R1 одинарного моста має п'ять декад 10х100, 10х10, 10х1, 10х0,1, 10х0,01 Ом. Кожне з плечей відношення, тобто R2 і R3, складається з чотирьох резисторів: 10, 100, 1000 і 10000 Ом. Включення потрібного (одного із чотирьох) резистора плеча виконують за допомогою штепсельних перемикачів. У подвійному мості кожне з плечей порівняння R1 і R4 виконане як п'ятидекадний магазин,подібно до одинарного моста. Плечі відношення R2 і R3 мають ті ж значення, що і у одинарного моста і значення їх опорів встановлюють також за допомогою штепсельних перемикачів. Подвійний міст має внутрішні міри опору 0,001 та 1 Ом. Порядок виконання роботи1. Вивчіть схеми, принципи дії та будову врівноважених одинарних і подвійних мостів. 2. Увімкніть одинарно-подвійний міст за схемою одинарного моста (рис.6.4). Зверніть увагу, що затискачі N з'єднані між собою перемичкою. Рис. 6.4 Схема зовнішньої комутації лабораторної установки в режимі одинарного моста 3.Зробіть повірку чи калібрування одинарного моста та обчисліть його основні похибки. Для цього приєднайте по черзі до мосту і виміряйте опори трьох мір опору: 10, 100, 1000 або 10000 Ом. (за вказівкою викладача). Міри опору відіграють роль робочих еталонів і підключаються до моста на місце резистора невідомого опору Rx. Перед початком вимірювань, для забезпечення найбільшої чутли вості моста , установіть оптимальне співвідношення опорів плечей R2 і R3 за рекомендаціями табл.6.1. Урівноваження моста починайте включенням гальванометра в схему моста кнопкою ГРУБО. Тоді гальванометр не вийде з ладу внаслідок протікання великого струму, коли міст ще не врівноважений. Зафіксуйте кнопку ГРУБО, повертаючи її за годинниковою стрілкою. Повертайте ручки декад плеча врівноважування R1, починаючи зі старших декад (х100, х10), і добийтесь мінімальних показів гальванометра. Тільки після цього відпустіть кнопку ГРУБО, натисніть кнопку ТОЧНО і остаточно врівноважте міст, регулюючи опори молодших декад (х1; х0,1; х0,01). При рівновазі моста гальванометр покаже нуль. Рекомендується кнопку ТОЧНО не фіксувати і при зашкалюванні гальванометра миттю її відпускати. Таблиця 6.1. Одинарний міст Подвійний містRx,Ом R2,Ом R3,Ом , % 50-102 100 1000 0,05 102-103 100 100 0,05 103-104 1000 100 0,05 104-105 10000 100 0,05 0,01-0,1 10000 10000 0,05 0,1-1 100 100 0,05 1-10 100 100 0,05 10-102 10 10 0,05 % - межа допустимої основної відносної похибки моста, за якою визначається його клас точності. Після врівноважування моста запишіть номінальне значення міри опору Rо і значення опорів R1, R2 і R3 у табл.6.2. Обчисліть результат вимірювання опору міри за формулою: Rвим = R4 = R1 R2 / R3 і занесіть його в табл.6.2. 4. Обчисліть відносні похибки для всіх результатів вимірювань і занесіть їх значення в табл.6.2. Порівняйте ці похибки з допустимими значеннями відносних похибок (див. табл.6.1) і запишіть висновок у табл.6.2. Таблиця 6.2. Rо, Ом R1, Ом R2, Ом R3, Ом Rвим, Ом , % Висновок про відповідність нормі 100 1000 10000 0.1 5. Виміряйте одинарним мостом опір міри опору з номінальним значенням 0,1 Ом, що відіграє роль вимірюваного опору Rx, при опорах плечей моста R2 = 10 Ом і R3 = 10000 Ом. Результат вимірювання та значення відносної похибки занесіть у табл.6.4. Зверніть увагу, що результат суттєво перевищує номінальне значення опору міри. 6. Проведіть експериментальне дослідження впливу опорів зовнішніх з'єднувальних проводів на результати вимірювань малих опорів одинарним урівноваженим мостом: відключіть від моста міру опору Rо = 0,1 Ом, з'єднайте кінці проводів, затискаючи їх під одним із затискачів міри, та виміряйте опір з'єднувальних проводів. Обчисліть дійсне значення опору міри: R'о = Rвим - Rпр. 7. Виміряйте невідомий опір резистора Rx. Для цього встановіть опори плечей відношення R2 = R3 = 100 Ом, приєднайте до затискачів Xо моста резистор Rx, урівноважте міст, таким чином, визначте приблизно значення опору резистора Rx. Знаючи приблизно цей опір, оберіть за табл.6.1. оптимальне співвідношення опорів плечей R2 і R3, знову врівноважте міст і обчисліть точне значення опору Rx. Якщо спочатку міст не врівноважується, треба збільшити R2 і зменшити R3. 8. Проведіть дослідження залежності чутливості одинарного врівноваженого моста від співвідношення опорів плечей моста. Підключіть до затискачів Xо магазин опорів і встановіть опір магазина в межах 200...1000 Ом за вказівкою викладача. Установіть опори плечей моста R2 = R3 = 10 Ом і повністю врівноважте міст. Виміряйте опір магазину Rx і запишіть його в табл.6.3. Змініть опір магазину на величину Rx, при якій стрілка гальванометра відхилиться від нуля на ∆ = 8...10 поділок. Дані занесіть у табл.6.3. Повторіть досліди для R2 = R3 = 100 Ом і R2 = R3 = 1000 Ом. Обчисліть чутливість моста для всіх дослідів. Таблиця 6.3. Rx, Ом R2, Ом R3,Ом Rx, Ом , поділ. Sм поділ.,% 10 10 100 100 1000 1000 9. Увімкніть одинарно-подвійний міст за схемою подвійного моста (рис.6.5) і підключіть до нього міру опору номіналом 0,1 Ом, яка відіграє роль робочого еталону та приєднується до затискачів вимірюваного опору Rx. Зверніть увагу, що затискачі N повинні бути з'єднані двома перемичками з потенціальними затискачами вмонтованої в міст міри опору N. Установіть опір вмонтованої міри Rо = 1 Ом і опори плечей відношення R2 = R3 = =1000Ом. Установіть реостатом R струм I = 0,5 A, урівноважте міст, і обчисліть результат вимірювань за формулою Rвим = Rо R1/R2 Рис. 6.5 Схема зовнішньої комутації лабораторноїустановки в режимі подвійного моста Обчисліть також відносну похибку вимірювань. Результати вимірювань і обчислень занесіть у табл.6.4. Таблиця 6.4 Режим моста Rx, Oм R1, Oм R2, Oм R3,Oм R, Oм Ro, Oм ,% Уітстона одинарний 0.1 10 10000 ___ Кельвіна подвійний 0.1 1000 1000 1 10. Порівняйте результати вимірювань малого опору одинарним і подвійним мостами. Письмово у протоколі поясніть причини надмірно великих похибок при вимірюваннях одинарним мостом малих опорів і чому похибки малі при використанні для цього подвійного моста. |