Калібрування амперметра, вольтметра та ватметра за допомогою потенціометра

Ми знаємо, що напруга, сила струму та потужність вимірюються у вольтах, амперах, а для вимірювання цих параметрів використовуються вати та вольтметр, амперметр та ватметр. Хоча ці вимірювальні прилади виготовляються з обережністю, вони все одно можуть давати показники помилок на кінці замовника. Отже, ці прилади відкалібровані для мінімізації похибки. У цій статті ми пояснимо, як відкалібрувати вольтметр, амперметр і ватметр за допомогою потенціометра.

Перш ніж вдаватися до деталей, спершу обговоримо важливу концепцію, використаною в цій статті.

Якщо у нас є два джерела напруги однакового значення, підключені паралельно, як показано нижче, то між ними не буде протікати струм. Це пояснюється тим, що потенційні значення обох джерел однакові, і жодне з них не може перенести заряд на інше. Отже, в ланцюзі гальванометр не демонструє жодного прогину.

Ми будемо використовувати той самий феномен балансування двох джерел напруги в процесі калібрування.

Калібрування потенціометра

На наведеному малюнку представлена ​​принципова схема калібрування потенціометра.

На малюнку використовується стандартна комірка напругою 1,50 В, яка не створює коливань напруги навіть у мілівольтах при навантаженні. Цей тип стабільного джерела необхідний для калібрування потенціометра без помилок.

Провідна шкала точно масштабується, щоб уникнути пропуску показань під час вимірювань. Провідна шкала також має гладку поверхню з чітко вирізаними розмірами для рівного розподілу опору по всій довжині.

Реостат присутній для регулювання потоку струму в ланцюзі ланцюга, і таким чином ми можемо регулювати падіння напруги на одиницю довжини вздовж провідної шкали. Сюди також підключений гальванометр для візуалізації дефекту, який відбувається у разі протікання струму між стандартною петлею комірки та контуром електропровідного накипу. Тут невідома ЕРС підключена до гальванометра для вимірювання після калібрування потенціометра.

Робоча:

Спочатку увімкніть живлення та відрегулюйте реостат, щоб струм у кілька сотень міліампер протікав у головному контурі ланцюга. Оскільки провідна шкала також знаходиться в головній петлі, через неї протікає однаковий струм, що виробляє падіння напруги. Хоча падіння напруги на металевій шкалі буде розподілено по всьому тілу рівномірно.

Після появи падіння напруги вздовж провідної шкали, якщо взяти ковзний контакт і рухатися вздовж металевої шкали від нуля, то струм перетікає від вторинного контуру до первинного контуру через дисбаланс ланцюга. І коли ковзний контакт віддаляється від нуля, величина цього потоку струму зменшується. Це пов’язано з тим, що зі збільшенням площі контакту падіння напруги на масштабованій ділянці наближатиметься до напруги стандартної комірки. Отже, у певній точці падіння напруги на масштабованій ділянці буде дорівнює напрузі стандартної комірки, і в цій точці не буде протікати струм між двома ланцюгами.

Тепер, коли гальванометр підключений до вторинного контуру, він покаже на своєму дисплеї відхилення через поточний струм, і чим вище, тим більше буде відхилення струму. Виходячи з цього, гальванометр не буде показувати відхилень лише тоді, коли обидві схеми збалансовані, і саме такий стан ми намагатимемося досягти для калібрування потенціометра.

Для кращого розуміння давайте подивимося схему, показану нижче, яка показує стан рівноваги.

Якщо ми приймаємо опір металевого контакту довжиною від 0 до 100 см як 'R', то падіння напруги на всьому металевому контакті довжиною 100 см становить V = IR. Оскільки ми припустили збалансовану схему, це падіння напруги 'V' повинно дорівнювати напрузі стандартної комірки, і при зчитуванні гальванометра буде відхилення нуля.

Тепер, вимірявши цю точну довжину, при якій гальванометр показує нуль, ми можемо відкалібрувати шкалу потенціометра на основі стандартного значення напруги комірки.

Отже, довжина шкали становить 1 см = 1,5 в / 100 см = 0,005 В = 5 мВ.

Дізнавшись падіння напруги на сантиметр у шкалі потенціометра, підключіть невідому напругу до вторинного контуру і посуньте контакт, щоб виміряти довжину, на якій ми матимемо нульове відхилення. Знаючи цю довжину шкали, на якій відбувається баланс, ми можемо виміряти значення невідомої ЕРС як, V = (довжина контакту) x (5 мВ).

Застосування потенціометрів

На додаток до вимірювання невідомої напруги, потенціометр також може використовуватися для вимірювання струму та потужності, для його вимірювання потрібна лише пара додаткових компонентів.

Крім вимірювання напруги, струму та потужності, потенціометри в основному використовуються для калібрування вольтметрів, амперметрів та ватметрів. Окрім того, оскільки потенціометр є пристроєм постійного струму, прилади, що підлягають калібруванню, повинні мати тип чавуну, що рухається постійним струмом, або електродинамічний тип.

Калібрування вольтметра за допомогою потенціометра

У схемі найважливішим компонентом для процесу калібрування є відповідне стабільне живлення постійної напруги. Це пояснюється тим, що будь-які коливання напруги живлення спричинять помилку в калібруванні вольтметра, що призводить до повного провалу експерименту. Отже, стандартна комірка напруги зі стабільним значенням клем приймається за джерело і підключається паралельно вольтметру, який потрібно відкалібрувати. Два регулювальні горщики 'RV1' і 'RV2' використовуються для регулювання напруги, яка повинна з'являтися на вольтметрі, як показано на малюнку.

Паралельно з вольтметром також підключається блок відношення напруги, щоб розділити напругу на вольтметрі і отримати відповідне значення, придатне для підключення потенціометра.

Поклавши всю установку, ми готові до тестування точності вольтметра. Отже, для початку достатньо подати живлення на ланцюг, щоб отримати показання вольтметра і невідому напругу на виході коробки відношення напруги. Тепер ми будемо використовувати калібрований потенціометр для вимірювання цієї невідомої напруги.

Отримавши показники потенціометра, перевірте, чи відповідає показник потенціометра показанням вольтметра. Оскільки потенціометр вимірює справжнє значення напруги, якщо показання потенціометра не збігаються з показаннями вольтметра, то вказується негативна або позитивна похибка. А для корекції калібрувальну криву можна намалювати за допомогою показань вольтметра та потенціометра.

Крім того, для точності вимірювань необхідно максимально вимірювати напруги поблизу максимального діапазону потенціометра.

Калібрування амперметра за допомогою потенціометра

Як зазначалося вище, ми використовуватимемо відповідну стабільну напругу живлення постійного струму, щоб уникнути помилок при калібруванні, які не спричиняють коливань напруги протягом усього експерименту. Для регулювання величини струму, що протікає по всьому контуру, використовується реостат. Крім того, стандартний опір 'R' відповідного значення з достатньою пропускною здатністю струму розміщується послідовно з амперметром (який знаходиться на стадії калібрування) для отримання параметра напруги, який відноситься до струму, що протікає в ланцюзі.

Тепер після включення живлення через всю ланцюг протікає струм `` I '', і з цим показником поточного струму генерується амперметр, присутній у контурі. Крім того, падіння напруги відбуватиметься на стандартному опорі 'R' через цей струм потоку.

Тепер ми використаємо потенціометр для вимірювання напруги на стандартному резисторі, а потім за законом Ом для обчислення струму через стандартний опір.

Це струм I = V / R, де V = напруга на стандартному резисторі, виміряне потенціометром, а R = опір стандартного резистора.

Оскільки ми використовуємо стандартний резистор, опір буде точно відомий, а напруга на стандартному резисторі вимірюється потенціометром. Розраховане значення буде точним значенням струму, що протікає через петлю. Потім порівняйте це розраховане значення з показаннями амперметра, щоб перевірити точність амперметра. Якщо є якісь помилки, ми можемо внести необхідні корективи для амперметра, щоб виправити помилки.

Калібрування ватметра за допомогою потенціометра

Як вже згадувалося вище, для точного калібрування ми використовуватимемо два підходящих джерела постійної напруги постійного струму як джерела. Зазвичай джерело живлення низької напруги підключається послідовно до котушки струму ватметра, а живлення помірної напруги - до потенційної котушки ватметра. Для регулювання величини струму, що протікає через котушку струму, використовується реостат у верхній схемі, а в нижній - для регулювання напруги на потенційній котушці.

Пам’ятайте, що для регулювання напруги кращим є регулювальний горщик, а для регулювання струму в ланцюзі - реостат.

Крім того, стандартний опір 'R' відповідної величини та достатньої струмопровідності розміщується послідовно з котушкою струму ватметра. І цей стандартний опір призведе до падіння напруги на ньому, коли струм протікає в ланцюзі котушки струму.

Після увімкнення живлення ми отримаємо два невідомих показання напруги, одне з яких знаходиться на виході дільника напруги, а інше - через стандартний опір 'R'. Тепер, якщо для вимірювання напруги на стандартному резисторі використовується потенціометр, ми можемо використовувати закон Ом для розрахунку струму через стандартний опір. Оскільки поточна котушка послідовно зі стандартним опором, розраховане значення також представляє струм, що проходить через поточну котушку. Подібним чином використовуйте потенціометр вдруге для вимірювання напруги на потенційній котушці ватметра.

Тепер, коли ми виміряли струм через котушку струму та напругу на потенційній котушці за допомогою потенціометра, ми можемо розрахувати потужність як

Потужність P = Показання напруги x Поточне значення.

Після обчислення ми можемо порівняти це розраховане значення з показанням ватметра, щоб перевірити наявність помилок. Як тільки помилки будуть виявлені, зробіть необхідні налаштування ватметра, щоб виправити помилки.

Ось як потенціометр може бути використаний для калібрування вольтметра, амперметра та ватметра для отримання точних показань.