Подключение прибора к электрической цепи

Кафедра общей и технической физики

(лаборатория электромагнетизма)

Исследование метрологических возможностей мультиметра

Методические указания к лабораторной работе № 16

Для студентов всех специальностей

 

 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

-2016-

 

 

Цель работы: измерение электрических величин и температуры с помощью мультиметра

 

Теоретические основы лабораторной работы

Мультиметр (или тестер) – это прибор, который служит для измерения основных электрических величин: силы тока, напряжения, сопротивления, электроёмкости, индуктивности, частоты электрического тока и др., а также для измерения температуры с использованием термопары. Виды измерений, которые доступны в мультиметре, зависят от его модели. Мультиметры могут быть простыми и, соответственно, дешевыми, однако в этом случае они позволяют измерять, в основном, только напряжение, ток и сопротивление.

Внешний вид современного мультиметра, позволяющего осуществлять гораздо больше различных измерений, показан на рис.1.

 

 

Рис. 1. Внешний вид мультиметра (продукция фирмы PeakTech, модель 2010 DMM).

На передней панели мультиметра имеются: цифровой экран, четыре функциональные кнопки, ручка переключателя вида и пределов измеряемой величины и четыре разъема для подключения к прибору проводов.

Для использования мультиметра необходимо знать назначение его кнопок и переключателей.

Функциональные кнопки

Включение мультиметра производится левой верхней кнопкой с надписью «Power». Отметим, что прибор питается от батареек, поэтому при низком заряде в целях экономии энергии он автоматически выключается, если в течение минуты над ним не производится никаких действий (например, нажатие кнопок или поворот ручки переключателя). Индикатором разряда батареек является изображение батарейки в верхней части экрана.

Кнопка «PK HOLD» служит для фиксации результата на экране.

Кнопка с изображением жёлтого солнышка включает подсветку экрана.

Имеется возможность измерения как постоянных, так и переменных сигналов. Для переключения между этими режимами работы используется кнопка «DС/AС» (direct current / alternative current). При включении режима переменного тока на экране слева вверху высвечиваются буквы «AC». В связи с указанным, перед началом измерений следует выяснить, какой тип тока протекает на измеряемом участке цепи, постоянный или переменный, иначе возможно получение неверных данных.

Переключение видов и пределов измерений

Переключение вида и пределов измеряемой величины осуществляется круглым переключателем в центре мультиметра.

Виды измерений: символ, расположенный рядом с цифрами, на которые указывает ручка (указателем служит конец, помеченный выступом), должен соответствовать измеряемой величине: A – силе тока, V – напряжению, Ω – сопротивлению, C – электроёмкости, L – индуктивности и т.д.

Пределы измерений

Цифра, на которую направлен указатель, означает предел измерений, то есть максимально возможное значение данной физической величины, которое мультиметр может измерить на этом пределе. Например, предел «200 mА» означает, что ток, превышающий по величине 200 мА, измеряться прибором не будет, а вместо его значения на экране появится индикатор переполнения - надпись «OL» (over limits). Поэтому начинать измерения следует, установив самый грубый предел, то есть повернуть указатель на максимальную цифру.

Единицы измерения величины (размерность) отображаются внизу экрана.

Если перед первой цифрой на экране стоит точка, то эта цифра - в разряде десятых («ноль» единиц не показывается).

Абсолютная погрешность измерений мультиметра принимается равной единице последнего надежно индицируемого (не мигающего) разряда.

Если точность измерений недостаточна (на экране только одна значащая цифра либо прибор показывает только нули), следует, поворачивая ручку переключателя, увеличить чувствительность прибора, то есть уменьшить предел. Недостаточная точность может возникнуть при уменьшении измеряемого сигнала.

С другой стороны, если предел выбран настолько чувствительный, что нестабильность сигнала затрудняет снятие показаний, то есть цифра (в младшем разряде) постоянно меняет своё значение, может быть целесообразно повышение значения предела.

 

Подключение прибора к электрической цепи

Для измерения нужного параметра электрической цепи мультиметром недостаточно только установить на нём подходящие пределы измерений. Необходимо также правильно подключить его к этой цепи. Отметим, что перед подключением (или переподключением) мультиметра к цепи, его необходимо выключить.

Подключение мультиметра производится включением в него двух проводов(не больше!), один из которых должен обязательно быть подсоединён к разъёму с надписью «СОМ». Второй провод подключается к разъему соответствующему измеряемой величине. Если измеряются большие токи (до 20 А), второй провод следует включить в самый левый разъём, обозначенный надписью «20А». При измерении малых токов (до 200 мА) следует использовать второй разъём, обозначенный «mA». Напряжение, сопротивление и частота электрических колебанийизмеряются при подключении провода к четвёртому разъёму «VΩHz». Остальные величины: электроёмкость (C), индуктивность (L), температура (˚С) и коэффициент усиления транзистора (h_FE) измеряются путём подключения второго провода к разъёму «mA».

Следует знать, в каком случае мультиметр подключается последовательно в цепь, а в каком – параллельно. Неправильное подключение может вывести прибор из строя. Так в режиме амперметра мультиметр нужно подключать к исследуемому участку цепи последовательно, при этом через него будет течь ток. В режиме вольтметра мультиметр подключается к участку цепи параллельно, при этом ток через него, практически, не идёт.

Режимы омметра, измерителя емкости и индуктивности требуют отключения исследуемого участка цепи от источников питания и подключения мультиметра к этому участку. При этом используется внутренний источник тока мультиметра, величина тока которого зависит от выбранного предела.

Температуру мультиметр измеряет при подключении к его разъёмам термопары, которая должна быть подведена к исследуемому объекту.

В режиме омметра существует предел, используемый для тестирования полупроводниковых диодов, то есть проверки их целостности и определения их полярности.

Для тестирования цепи на наличие низкоомного контакта имеется режим «звонка».

 

Порядок выполнения

1. Ознакомиться с кнопками и переключателями мультиметра

2. По указанию преподавателя измерить различные электрические величины, записав их числовые значения, абсолютную погрешность прямого измерения и размерности в табл.1

 

Таблица 1.Результаты измерений электрических величин мультиметром

 

Измеряемая величина	Сопротивление	Емкость	……………….	Индуктивность
Положение переключателей и соединительных проводов (фото или рисунок)
Абсолютная погрешность прямого измерения
Относительная погрешность прямого измерения,%

 

2. Собрать и зарисовать электрическую схему, предложенную преподавателем. Если не указано иначе, то в качестве такой схемы можно соединить параллельно два различных резистора и и последовательно подключить к ним еще один резистор . Измерить и записать в табл.2 токи и напряжения в каждом элементе схемы. Также записать указанное на резисторах значения их сопротивлений.

 

Таблица 2.Результаты измерений токов и напряжений мультиметром в электрической схеме

Элемент схемы Физическая величина	=	=	……………….	=
Сила тока
Напряжение
Расчетное значение сопротивленй

 

3. Определить внутреннее сопротивление мультиметра в режиме вольтметра.

Для этого измерить мультиметром в режиме вольтметра напряжение источника напряжения, установленное преподавателем. Затем подключить последовательно с вольтметром известное высокоомное сопротивление (1 Мом при первом измерении и 10 Мом – при втором) и также измерить напряжение на источнике. Показания вольтметра в этом случае будут меньше и составят некоторую величину , меньшую, чем , т.к. часть напряжения источника будет падать на подключенном сопротивлении за счет протекания небольшого тока.

Искомое сопротивление вольтметра рассчитать по формуле:

 

4. Измерить с помощью термопары температуру объекта, указанного преподавателем. В качестве примера может быть предложено измерить зависимость температуры поверхности электроплитки от времени, табл.3

Таблица 3. Результаты измерения температуры

Время, с
Температура, 0С

 

 

Обработка результатов

1. Представить заполненную таблицу 1.

2. Представить заполненную таблицу 2. Расчетные значения сопротивлений получить на основании закона Ома для участка цепи как отношения напряжения к силе тока для данного резистора. Сравнить записанные и расчетные значения сопротивлений резисторов. Также рассчитать теоретические значения токов и напряжений в схеме, считая известным поданное на нее напряжение и значения сопротивлений резисторов. Сравнить рассчитанные токи и напряжения с измеренными.

3. По результатам измерений и расчетов по приведенной в п.3 формуле определить два значения входного сопротивление вольтметра (при использовании резисторов 1 МОм и 10 Мом. Вычислить среднее значение и оценить его погрешность.

4. Представить результаты измерения температур в виде графика.

Контрольные вопросы

1. Дайте определения и укажите размерности физических величин, измеряемых мультиметром.

2. Сформулируйте закон Ома для участка цепи и для полной цепи.

3. Внутреннее сопротивление источника равно 10 МОм. Можно ли непосредственно исследованным мультиметром в режиме вольтметра измерить эдс данного источника? Как можно с помощью данного мультиметра определить эту эдс?

4. Необходимо снять вольт-амперную характеристику (ВАХ) элемента с большим (порядка десятков МОм) сопротивлением. Изобразите электрическую схему подключения при снятии ВАХ амперметра и вольтметра, позволяющую минимизировать влияние внутренних сопротивлений проборов на результаты измерений.

5. Измерьте с помощью мультиметра электрические характеристики, предоставленные преподавателем элементов.

6. Каковы достоинства метода измерения температуры с помощью термопары? На чем основаны ее физические основы работы?

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: