Kalibrácia ampérmetra, voltmetra a wattmetra pomocou potenciometra

Vieme, že napätie, prúd a výkon sa merajú vo voltoch, ampéroch a na meranie týchto parametrov sa používajú watty a voltmetr, ampérmeter a wattmeter. Aj keď sú tieto meracie prístroje vyrobené s opatrnosťou, na konci zákazníka môžu stále poskytovať chybové hodnoty. Takže tieto prístroje sú kalibrované tak, aby sa minimalizovala chyba. Tu v tomto článku vysvetlíme, ako kalibrovať voltmetr, ampérmeter a wattmeter pomocou potenciometra.

Predtým, ako sa pustíme do podrobností, najskôr sa pozrime na dôležitý koncept použitý v tomto článku.

Ak máme paralelne zapojené dva zdroje napätia rovnakej hodnoty, ako je to znázornené nižšie, potom medzi nimi nebude prúdiť žiadny prúd. Je to preto, že potenciálne hodnoty oboch zdrojov sú rovnaké a žiadny zo zdrojov nemôže preniesť náboj na druhý. Galvanometer teda v obvode nevykazuje žiadnu výchylku.

V procese kalibrácie použijeme rovnaký jav vyváženia dvoch zdrojov napätia.

Kalibrácia potenciometra

Vyššie uvedený obrázok zobrazuje schému zapojenia pre kalibráciu potenciometra.

Na obrázku je použitý štandardný článok s napätím 1,50 V, ktorý po načítaní neprodukuje kolísanie napätia ani v milivoltoch. Tento druh stabilného zdroja je potrebný na kalibráciu potenciometra bez akýchkoľvek chýb.

Vodivá váha je upravená presne, aby sa zabránilo vynechaniu údajov počas meraní. Vodivá váha má tiež hladký povrch s rozmermi čistého rezu pre rovnaké rozloženie odporu po celej svojej dĺžke.

Reostat slúži na nastavenie toku prúdu v obvodovej slučke, a tým môžeme upraviť pokles napätia na jednotku dĺžky pozdĺž vodivej stupnice. Je tu tiež pripojený galvanometer na vizualizáciu defektu, ku ktorému dochádza v prípade toku prúdu medzi štandardnou slučkou bunky a slučkou vodivého stupnice. Neznámy EMF je tu pripojený na galvanometer na meranie po kalibrácii potenciometra.

Pracovné:

Najskôr zapnite napájanie a nastavte reostat tak, aby v hlavnej slučke obvodu mohol prúdiť prúd niekoľko stoviek miliampérov. Pretože vodivá váha je tiež v hlavnej slučke, preteká cez ňu rovnaký prúd, ktorý spôsobuje pokles napätia. Aj keď sa pokles napätia objaví na kovovej stupnici, bude distribuovaný rovnomerne po celom tele.

Po objavení sa poklesu napätia pozdĺž vodivej stupnice, ak vezmeme posuvný kontakt a pohybujeme sa po kovovej stupnici od nuly, potom prúd prúdi zo sekundárneho obvodu do primárneho obvodu z dôvodu nevyváženosti obvodu. A keď sa posuvný kontakt pohybuje ďalej od nuly, veľkosť tohto prúdového toku klesá. Je to preto, že s rastúcou kontaktnou plochou sa pokles napätia v zmenšenej oblasti priblíži k napätiu štandardného článku. Takže v určitom bode sa pokles napätia v zmenšenej oblasti bude rovnať napätiu štandardného článku a v tomto bode nebude medzi dvoma obvodmi prúdiť žiadny prúd.

Teraz, keď je do sekundárneho obvodu pripojený galvanometer, bude na svojom displeji zobrazovať odchýlku z dôvodu prietoku prúdu a čím vyšší bude prúd, tým bude odchýlka vyššia. Na základe toho galvanometer neukáže žiadnu odchýlku, iba ak sú obidva obvody vyvážené, a to je stav, ktorý sa pokúsime dosiahnuť pri kalibrácii potenciometra.

Pre lepšie pochopenie sa pozrime na obvod zobrazený nižšie, ktorý zobrazuje stav rovnováhy.

Ak predpokladáme odpor kovového kontaktu od dĺžky 0 do 100 cm ako „R“, potom pokles napätia na celom kovovom kontakte s dĺžkou 100 cm je V = IR. Pretože sme predpokladali vyvážený obvod, tento pokles napätia „V“ sa musí rovnať napätiu štandardného článku a pri čítaní galvanometra bude nulová odchýlka.

Teraz zmeraním tejto presnej dĺžky, pri ktorej galvanometer ukazuje nulu, môžeme kalibrovať stupnicu potenciometra na základe štandardnej hodnoty napätia článku.

Dĺžka stupnice teda platí 1 cm = 1,5 V / 100 cm = 0,005 V = 5 mV.

Po znalosti poklesu napätia na centimeter v stupnici potenciometra pripojte neznáme napätie k sekundárnemu obvodu a posuňte kontakt, aby ste zmerali dĺžku, v ktorej budeme mať nulovú odchýlku. Potom, čo poznáme túto dĺžku stupnice, pri ktorej prebieha vyváženie, môžeme zmerať hodnotu neznámeho EMF ako, V = (dĺžka kontaktu) x (5 mV).

Aplikácie potenciometrov

Okrem merania neznámeho napätia je možné potenciometer použiť aj na meranie prúdu a výkonu, na ich meranie stačí niekoľko ďalších komponentov.

Potenciometre sa okrem merania napätia, prúdu a výkonu používajú hlavne na kalibráciu voltmetrov, ampérmetrov a wattmetrov. Pretože je potenciometer jednosmerným prúdom, musia byť kalibrované prístroje jednosmerného prúdu alebo elektrodynamometra.

Kalibrácia voltmetra pomocou potenciometra

V obvode je najdôležitejšou súčasťou procesu kalibrácie vhodný stabilný zdroj jednosmerného napätia. Je to tak preto, lebo akékoľvek kolísanie napájacieho napätia spôsobí chybu v kalibrácii voltmetra, čo povedie k úplnému zlyhaniu experimentu. Štandardný napäťový článok so stabilnou koncovou hodnotou sa teda považuje za zdroj a paralelne sa pripojí k voltmetru, ktorý je potrebné kalibrovať. Dva trimovacie hrnce „RV1“ a „RV2“ sa používajú na nastavenie napätia, ktoré sa má objaviť na voltmetri, ako je to znázornené na obrázku.

Paralelne s voltmetrom je pripojená skrinka s pomerovým napätím, aby sa napätie rozdelilo na voltmetr a získala vhodná hodnota vhodná na pripojenie potenciometra.

Po vytvorení celého nastavenia sme pripravení na testovanie presnosti voltmetra. Ak chcete začať, stačí poskytnúť napájanie obvodu, aby ste získali hodnotu na voltmetri a neznáme napätie na výstupe skrinky napätia. Teraz použijeme kalibrovaný potenciometer na meranie tohto neznámeho napätia.

Po získaní hodnoty potenciometra skontrolujte, či sa hodnota potenciometra zhoduje s hodnotou voltmetra. Pretože potenciometer meria skutočnú hodnotu napätia, ak sa údaj potenciometra nezhoduje s údajom voltmetra, zobrazí sa záporná alebo kladná chyba. A na korekciu možno kalibračnú krivku nakresliť pomocou údajov z voltmetra a potenciometra.

Pre presnosť meraní je tiež potrebné čo najviac merať napätie v blízkosti maximálneho rozsahu potenciometra.

Kalibrácia ampérmetra pomocou potenciometra

Ako už bolo spomenuté vyššie, použijeme vhodné stabilné jednosmerné napájacie napätie, aby sme sa vyhli chybám pri kalibrácii, ktoré nevyvolávajú kolísanie napätia počas celého experimentu. Na nastavenie veľkosti prúdu pretekajúceho celým obvodom sa používa reostat. Tiež je do série s ampérmetrom (ktorý je v kalibrácii) vložený štandardný odpor „R“ s vhodnou hodnotou s dostatočnou kapacitou prúdu na získanie parametra napätia, ktorý sa vzťahuje na prúd pretekajúci obvodom.

Teraz po zapnutí napájania preteká prúdom „I“ celým obvodom as týmto prúdom sa bude čítať prúd pomocou ampérmetra prítomného v slučke. K poklesu napätia dôjde tiež cez štandardný odpor „R“ kvôli tomuto prúdeniu.

Teraz použijeme potenciometer na meranie napätia na štandardnom rezistore a potom pomocou ohmovho zákona vypočítame prúd cez štandardný odpor.

To je prúd I = V / R, kde V = napätie na štandardnom rezistore merané potenciometrom, A R = odpor štandardného rezistora.

Pretože používame štandardný rezistor, odpor bude presne známy a napätie cez štandardný rezistor sa meria potenciometrom. Vypočítaná hodnota bude presná hodnota prúdu pretekajúceho slučkou. Potom porovnajte túto vypočítanú hodnotu s odčítaním ampérmetra a skontrolujte presnosť ampérmetra. Ak sa vyskytnú nejaké chyby, môžeme urobiť nevyhnutné úpravy ampérmetra, aby sme chyby odstránili.

Kalibrácia wattmetra pomocou potenciometra

Ako už bolo spomenuté vyššie pre presný kalibračný proces, ako zdroje použijeme dva vhodné stabilné zdroje jednosmerného napätia. Spravidla je nízkonapäťový zdroj zapojený do série s prúdovou cievkou wattmetra a mierny zdroj napätia je pripojený k potenciálnej cievke wattmetra. Reostat v hornom obvode sa používa na nastavenie veľkosti prúdu pretekajúceho prúdovou cievkou a trimovacia nádoba v spodnom obvode sa používa na nastavenie napätia na potenciálnej cievke.

Pamätajte, že na nastavenie napätia je vhodný trimer a na nastavenie prúdu v obvode reostat.

Do série s prúdovou cievkou wattmetra je tiež zapojený štandardný odpor „R“ vhodnej hodnoty a dostatočnej kapacity prúdu. A tento štandardný odpor bude generovať pokles napätia na ňom, keď prúd bude prúdiť v obvode súčasnej cievky.

Po zapnutí napájania dostaneme dve neznáme hodnoty napätia, jedno je na výstupe deliča napätia a druhé je cez štandardný odpor „R“. Teraz, ak sa na meranie napätia na štandardnom rezistore použije potenciometer, môžeme pomocou ohmovho zákona vypočítať prúd cez štandardný odpor. Pretože prúdová cievka je v sérii so štandardným odporom, vypočítaná hodnota predstavuje aj prúd prechádzajúci prúdovou cievkou. Podobným spôsobom použite druhýkrát potenciometer na meranie napätia na potenciálnej cievke wattmetra.

Teraz, keď sme pomocou potenciometra zmerali prúd cez prúdovú cievku a napätie cez potenciálnu cievku, môžeme vypočítať výkon ako

Výkon P = Odčítanie napätia x Aktuálna hodnota.

Po výpočte môžeme túto vypočítanú hodnotu porovnať s odčítaním wattmetra a skontrolovať chyby. Akonáhle sú chyby nájdené, urobte nevyhnutné úpravy wattmetra, aby ste chyby upravili.

Takto je možné použiť potenciometer na kalibráciu voltmetra, ampérmetra a wattmetra na získanie presných údajov.