Тема: Види і методи електричних вимірювань

План - конспект уроку з електротехніки групи ЕГЗ

Тема: Види і методи електричних вимірювань.

Мета: - Дати поняття учням професії ЕГЗ про електричні вимірювання та їх види. Розглянути класифікацію вимірювань.

- Виховувати в учнів наполегливість у досягненні мети, цікавість до предмету.

- Розвивати в учнів політехнічний кругозір з професійною спрямованістю; мислення, увагу, вміння працювати самостійно в поєднанні з колективною працею;

План уроку:

I. Організаційна частина.

II. Вивчення нового матеріалу:

1. Класифікація вимірювань.

2. Вимірювання сили струму.

3. Вимірювання напруги.

III. Підсумок.

IV. Домашнє завдання.

Тип уроку: Урок вивчення нового матеріалу.

Структура уроку:

I. Організаційна частина.

Вчитель вітається з класом, перевіряє готовність класу до уроку, відмічає відсутніх, записує на дошці тему і повідомляє мету уроку.

II. Вивчення нового матеріалу.

1. Класифікація вимірювань.

Знаходження фізичної величини дослідним шляхом, за допомогою спеціальних технічних засобів називають вимірюванням. Розрізняють такі види вимірювань: прямі, непрямі та сукупні.

До прямих належать такі вимірювання, при яких шукане значення величини знаходять безпосередньо з основних даних вимірювання. При прямих вимірюваннях шукане числове значення величини визначається шляхом безпосереднього порівняння її з мірами або за допомо­гою вимірювальних приладів, відградуйованих у вибра­них одиницях.

Непрямі вимірювання — це такі, при яких шукане значення величини знаходять на основі відомої залеж­ності між цією величиною і величинами, що вимірюють­ся безпосередньо (за допомогою прямих вимірювань). Наприклад, опір провідника постійному струмові можна обчислити, вимірявши, безпосередньо напругу на кінцях провідника та силу струму в ньому і скориставшись фор­мулою закону Ома для однорідної ділянки кола, яка зв'язує згадані величини. До цього класу вимірювань належить більшість вимірювань, які виконуються на практиці.

Сукупні — це виконувані одночасно вимірювання кількох однойменних величин, при яких шукані значення величини знаходять шляхом розв'язування системи рів­нянь, одержаних при прямих вимірюваннях різних комбі­націй цих величин. Простим прикладом сукупних вимі­рювань може бути визначення внутрішнього опору та електрорушійної сили джерела струму за виміряною на­пругою на навантаженні (реостаті ) і силою струму в ньому.

Вимірюванням якої-небудь фізичної величини вва­жається дія, в результаті якої ми дізнаємось, у скіль­ки разів вимірювана величина більша або менша відповідної величини, яку прийнято за одиницю. Резуль­тати вимірювань виражаються числами.

В наш час важко знайти галузь діяльності людини, де б вимірювання електричних величин не мали першо­рядного значення. Для вимірювання електричних величин промисловість випускає велику кількість різноманітних приладів: амперметри — для вимірювання сили струму, вольтметри — для вимірювання напруги, омметри — для вимірювання опорів і т. п. Методи вимірювання різних фізичних величин мають багато спільного, і якщо навчи­тись вимірювати добре якусь одну величину, то потім порівняно легко можна користуватись вимірювальними приладами і для вимірювання інших величин.

Слід мати на увазі, що в завдання вимірювання вхо­дить не лише знаходження самої величини, а й встанов­лення точності її вимірювання. Якщо мати це на увазі, то процес вимірювання можна уявити собі у вигляді та­ких послідовно виконуваних операцій:

1) встановити, для вимірювання якої фізичної величини використовується даний прилад; 2) встановити, на яке максимальне зна­чення вимірюваної величини розраховано прилад; 3) встановити, для якого струму (постійного або змін­ного) можна використовувати прилад; 4) визначити ціну поділки шкали приладу; 5) встановити клас точності приладу;

6) визначити абсолютну похибку вимірювань, виконуваних за допомогою даного приладу; 7) визначити значення вимірюваної величини, яке показує прилад; 8) визначити відносну похибку даного вимірювання.

2. Вимірювання сили струму.

Розглянемо на конкретно­му прикладі згадані вище етапи виконання вимірюваль­них операцій за допомогою даного вимірювального при­ладу (рис. 1).

Максимальна сила струму, яку можна виміряти цим амперметром, 20 А. Амперметр можна використовувати для вимірювань лише в колах постійного струму, про що свідчить риска на його шкалі.

Щоб визначити ціну поділки приладу, максимальне значення вимірюваної величини ділимо на кількість най­менших інтервалів між поділками на шкалі. На шкалі цього амперметра, розрахованого на 20 А, маємо 40 ін­тервалів. Таким чином, ціна поділки Ціну поділки можна визначити і простіше. Можна не рахувати всіх найменших інтервалів на шкалі, а взяти який-небудь великий інтервал і визначити кількість най­менших інтервалів у ньому.

Якщо, наприклад, взяти ін­тервал від 15 до 20 А, в якому зупинилась стрілка ампер­метра, то в ньому маємо 10 найменших інтервалів, і ціна поділки: Цей метод визначення ціни поділки не тільки зруч­ний, а в багатьох випадках і єдино можливий, бо є такі прилади, в яких ціна поділки в різних ділянках шкали неоднакова. Так, наприклад, у амперметра, зображеного на рис. 2, ціна поділки в інтервалі від 0 до 0,5 А до­рівнює 0,25 А/под, а в інших інтервалах — 0,1 А/под.

Клас точності приладу 2,5. Це означає, що абсолютна похибка виконаних даним амперметром вимірювань ста­новить 2,5% від максимального значення величини, яку можна виміряти приладом (в даному випадку від 20 А).

Електровимірювальним приладам і допоміжним ча­стинам можуть присвоюватись класи точності, а саме: для приладів — 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4; для допоміжних частин — 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0 (згідно ГОСТ 1845—69 та ГОСТ 13600—68).

Абсолютна похибка приладу при будь-якому від­хиленні стрілки приладу однакова. Лише в деяких приладах абсолютна похибка в різних ділянках шкали різна (це обумовлюється в паспортах приладів).

За класом точності даного амперметра знаходимо абсолютну похибку вимірювань, виконуваних за його допомогою:

При зніманні показань з приладу можна користува­тись такими методами:

1) методом заокруглення резуль­тату до найближчої поділки шкали; 2) методом відліку десятих часток інтервалу між двома поділками на око; 3) методом визначення середнього арифметичного поло­ження стрілки на шкалі.

В даному випадку найзручніше скористатись мето­дом заокруглення відліку, оскільки стрілка зупинилась поблизу 32 поділки на шкалі (див. рис. 1.). Щоб знай­ти вимірювану силу струму, треба ціну поділки приладу помножити на кількість інтервалів, на яку відхилилась стрілка. Таким чином, в даному випадку:

Щоб з певністю можна було судити про точність виконаних вимірювань, вводять поняття про відносну похибку вимірювання. Відношення абсолютної похибки до виміряної величини називається відносною похибкою вимірювання. Відносну похибку звичайно виражають у процентах.

Для виконаного нами вимірювання відносна похибка становить:

3. Вимірювання напруги.

Аналогічно виконуються зні­мання показань та обчислення похибок і при прямому ви­мірюванні інших електричних величин. Розглянемо для прикладу вимірювання напруги за допомогою вольтмет­ра, зображеного на рис. 3. Вольтметри, як і інші при­лади для вимірювання напруги, приєднуються паралель­но до ділянки, на якій визначається напруга. Щоб вольт­метри вносили меншу похибку у вимірювання, їх опір по мож­ливості роблять великим, в той час як опір амперметрів намагаються зробити якомога меншим. У точних вимірю­ваннях все ж доводиться вра­ховувати опір вимірювальних приладів, про що мова йтиме нижче.

Оскільки раніше ми вже оз­найомились з визначенням ці­ни поділки приладу, зніман­ням показань та обчисленням похибок, то тепер можна самостійно виконати ці дії на вольтметрі.

Задача №1: Зняти показання та обчислити абсолютну й відносну похибки вимірювання напруги за допомогою вольтметра (див. рис. 3).

Роз в'язання.

Ціна поділки шкали вольтметра:

Напруга, яку показує вольтметр: . За класом точності вольтметра (2,5) та максимальним значенням вимірюваної напруги (3 В) знаходимо абсолютну похибку, яку дає цей вольтметр при ви­мірюваннях:

Відносна похибка виконаного вимірювання:

В деяких особливо точних приладах абсолютні похиб­ки виконуваних вимірювань у різних інтервалах шкали приладу можуть бути різними. Це обумовлюється в пас­портах до таких приладів.

III.Підсумок: Вимірюванням якої-небудь фізичної величини вва­жається дія, в результаті якої ми дізнаємось, у скіль­ки разів вимірювана величина більша або менша відповідної величини, яку прийнято за одиницю. Резуль­тати вимірювань виражаються числами. Для вимірювань необхідно вибирати прилади не лише за класом точності, але й за границею вимірювання, на яку прилад розрахований.

IV. Домашнє завдання: Опрацювати та вивчити конспект.