Описание экспериментальной установки

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Методы измерений

В работе реализуют три метода измерения сопротивления проводника:

1) технический метод – по измеренным значениям тока и напряжения;

2) с использованием омметра;

3) с помощью моста Уитстона.

Технический метод можно осуществить по схеме рис. 5. При этом точно измеряется ток I через сопротивление R и суммарное напряжение

.

Это позволяет рассчитать неизвестное сопротивление R, если известно сопротивление амперметра :

. (25)

Использование омметра является наиболее простым методом: достаточно подключить измеряемое сопротивление к входам омметра.

 

Рис. 5. Электрическая схема:

1 – регулируемый источник постоянного напряжения «0…+15 В»;

2 – мультиметр (режим , входы

COM, );

3 – мультиметр (режим , входы

COM, mA);

4 – миниблок «Сопротивление проводника» с сопротивлением R

 

В основе работы омметров обычно лежит приближенный технический метод: шкалу прибора градуируют с использованием формулы (25) при фиксированном напряжении U батареи элементов. Этот метод используют, когда не нужна высокая точность измерений.

Наиболее точным является метод измерений с помощью моста постоянного тока. Измерительные мосты – это высокоточные приборы, предназначенные для измерения электрических сопротивлений, емкостей, индуктивностей и других параметров методом уравновешенных мостовых цепей. На рис. 6 приведена схема простейшего моста Уитстона, который используется для измерения величин сопротивлений.

 

 

Рис. 6. Электрическая схема простейшего моста Уитстона:

1 – магазин сопротивлений с сопротивлением ; 2 – миниблок «Сопротивление проводника» с сопротивлением R; 3 – мультиметр (режим , входы COM, mA); 4 – миниблок «Сопротивление» с сопротивлением ; 5 – миниблок «Сопротивление» с сопротивлением ; 6 – миниблок «Сопротивление» с сопротивлением ; 7 – источник стабилизированного постоянного напряжения «+15 В»

 

Подбирая значение сопротивления , добиваются равенства потенциалов точек и , при этом ток , текущий через амперметр, обращается в нуль. В таком уравновешенном состоянии для моста можно записать:

.

Используя эти соотношения, получаем расчетную формулу

. (26)

Для ограничения тока, протекающего через мост, используют ограничительное сопротивление .

 

 

Описание экспериментальной установки

2.1. Технический метод и метод измерения с помощью омметра

 

Электрическая схема технического метода показана на рис. 5, монтажная – на рис. 7.

Рис. 7. Монтажная схема: 2,3,4 – см. на рис. 5

 

2.2. Метод измерения с помощью моста Уитстона

 

Электрическая схема моста Уитстона показана на рис. 6, монтажная – на рис. 8.

 

Рис. 8. Монтажная схема: 1, 2, 3, 4, 5, 6 – см. рис. 6

Выполнение измерений

Технический метод

 

1. Соберите электрическую цепь (см. рис. 5) по монтажной схеме, приведенной на рис. 7.

2. Включите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжений и блока мультиметров. Нажмите кнопку «Исходная установка».

3. Кнопками установки напряжения «0…15 В» установите ток . Значения тока и напряжения запишите в таблицу.

4. Проведите аналогичные измерения, увеличивая ток на до .

5. Выключите кнопкой «Сеть» питание блока генераторов напряжений.

 

Таблица. Значения сопротивления миниблока «Сопротивление проводника», измеренные разными методами.

Геометрические параметры проводника
Технический метод	Измерение омметром	Мостовой метод
Среднее сопротивление

 

Измерение омметром

6. Подключите омметр к миниблоку «Сопротивление проводника». В качестве омметра используют мультиметр: режим 200 Ом, входы COM, V.

7. Установите требуемый режим измерения.

8. Запишите показания прибора в таблицу.

 

 

Измерение мостом Уитстона

 

9. Соберите монтажную схему (см. рис. 8) по схеме (см. рис. 6).

10. Включите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжений и блока мультиметров. Нажмите кнопку «Исходная установка».

11. Установите все декады магазина сопротивлений в нулевое положение.

12. Подберите такое сопротивление магазина , при котором показания амперметра будут находиться вблизи нуля:

а) начните с декады с наибольшим сопротивлением;

б) увеличьте сопротивление декады на одно значение;

в) если ток, текущий через амперметр, уменьшился, но не изменил знак, то продолжайте увеличивать сопротивление декады;

г) как только знак тока изменился на противоположный, то это значит, что сопротивление магазина стало больше сопротивления исследуемого проводника и переключатель следует вернуть в предыдущее положение, после чего перейти к подбору сопротивления следующей декады;

д) подбирайте сопротивление на декадах магазина до тех пор, пока показание амперметра не будет равно нулю;

е) увеличьте чувствительность мультиметра, переведя его в режим , и вновь добейтесь магазином сопротивлений того, чтобы показания мультиметра (амперметра) стали равными нулю;

ж) добейтесь того же самого при наибольшей чувствительности мультиметра (режим ) и после этого показание магазина запишите в таблицу.

13. Выключите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжения и блока мультиметров.