Kalibracja amperomierza, woltomierza i watomierza za pomocą potencjometru

Wiemy, że napięcie, prąd i moc są mierzone w woltach, amperach i watach, a do pomiaru tych parametrów używa się woltomierza, amperomierza i watomierza. Chociaż te przyrządy pomiarowe są produkowane z dbałością, nadal mogą dawać odczyty błędów po stronie klienta. Dlatego te instrumenty są kalibrowane, aby zminimalizować błąd. W tym artykule wyjaśnimy, jak skalibrować woltomierz, amperomierz i watomierz za pomocą potencjometru.

Zanim przejdziemy do szczegółów, omówmy najpierw ważną koncepcję zastosowaną w tym artykule.

Jeśli mamy dwa źródła napięcia o tej samej wartości połączone równolegle, jak pokazano poniżej, nie będzie między nimi przepływu prądu. Dzieje się tak, ponieważ potencjalne wartości obu źródeł są takie same i żadne ze źródeł nie może przerzucić ładunku na drugie. Tak więc w obwodzie galwanometr nie wykazuje żadnego ugięcia.

Wykorzystamy to samo zjawisko równoważenia dwóch źródeł napięcia w procesie kalibracji.

Kalibracja potencjometru

Powyższy rysunek przedstawia schemat obwodu do kalibracji potencjometru.

Na rysunku zastosowano standardowe ogniwo o napięciu 1,50 V, które podczas ładowania nie powoduje wahań napięcia nawet w miliwoltach. Ten rodzaj stabilnego źródła jest niezbędny do kalibracji potencjometru bez żadnego błędu.

Skala przewodzenia jest dokładnie wyskalowana, aby uniknąć pomyłek podczas pomiarów. Przewodząca podziałka ma również gładką powierzchnię o czystych wymiarach zapewniających równy rozkład oporu na całej jej długości.

Reostat służy do regulacji przepływu prądu w pętli obwodu, dzięki czemu możemy regulować spadek napięcia na jednostkę długości wzdłuż skali przewodzenia. Podłączono tu również galwanometr do wizualizacji defektu, który ma miejsce w przypadku przepływu prądu między standardową pętlą ogniwa a przewodzącą pętlą skali. Nieznana EMF jest tutaj podłączona do galwanometru w celu pomiaru po kalibracji potencjometru.

Pracujący:

Najpierw włącz zasilanie i wyreguluj reostat, aby umożliwić przepływ prądu o wartości kilkuset miliamperów w pętli obwodu głównego. Ponieważ skala przewodząca znajduje się również w głównej pętli, przepływa przez nią ten sam prąd, co powoduje spadek napięcia. Chociaż spadek napięcia pojawi się na metalowej łusce, będzie równomiernie rozłożony na całym ciele.

Po pojawieniu się spadku napięcia wzdłuż skali przewodzenia, jeśli weźmiemy styk ślizgowy i poruszamy się po metalowej skali od zera, to prąd płynie z obwodu wtórnego do obwodu pierwotnego z powodu nierównowagi obwodu. Gdy styk ślizgowy oddala się od zera, wielkość tego przepływu prądu maleje. Dzieje się tak, ponieważ wraz ze wzrostem obszaru styku spadek napięcia na skalowanym obszarze zbliży się do napięcia standardowego ogniwa. Tak więc w pewnym momencie spadek napięcia na skalowanym obszarze będzie równy napięciu standardowego ogniwa iw tym momencie nie będzie przepływu prądu między dwoma obwodami.

Teraz, gdy galwanometr jest podłączony do obwodu wtórnego, pokaże odchylenie na wyświetlaczu z powodu przepływu prądu, a im wyższy prąd, tym większe będzie odchylenie. Na tej podstawie galwanometr nie pokaże żadnego odchylenia tylko wtedy, gdy oba obwody są zbalansowane i jest to stan, który będziemy starać się osiągnąć dla kalibracji potencjometru.

Aby lepiej zrozumieć, zobaczmy obwód pokazany poniżej, który pokazuje stan równowagi.

Jeśli przyjmiemy jako „R” rezystancję styku metalowego o długości od 0 do 100 cm, to spadek napięcia na całym styku metalowym o długości 100 cm wynosi V = IR. Ponieważ założyliśmy obwód zrównoważony, ten spadek napięcia „V” musi być równy napięciu standardowego ogniwa, a odczyt galwanometru będzie zerowy.

Teraz mierząc tę ​​dokładną długość, przy której galwanometr wskazuje zero, możemy skalibrować skalę potencjometru w oparciu o standardową wartość napięcia ogniwa.

Tak więc 1 cm długości skali utrzymuje = 1,5 V / 100 cm = 0,005 V = 5 mV.

Znając procentowy spadek napięcia na skali potencjometru, podłączamy nieznane napięcie do obwodu wtórnego i przesuwamy styk, aby zmierzyć długość, przy której będziemy mieli odchylenie zerowe. Znając długość skali, w której zachodzi równowaga, możemy zmierzyć wartość nieznanego pola elektromagnetycznego jako, V = (długość styku) x (5mV).

Zastosowania potencjometrów

Oprócz pomiaru nieznanego napięcia potencjometr można również wykorzystać do pomiaru prądu i mocy, do ich pomiaru wystarczy kilka dodatkowych elementów.

Oprócz pomiaru napięcia, prądu i mocy potencjometry służą głównie do kalibracji woltomierzy, amperomierzy i watomierza. Ponadto, ponieważ potencjometr jest urządzeniem prądu stałego, przyrządy do kalibracji muszą być typu żelaznego poruszającego się prądu stałego lub elektrodynamometru.

Kalibracja woltomierza za pomocą potencjometru

W obwodzie najważniejszym elementem procesu kalibracji jest odpowiednio stabilne zasilanie napięciem stałym. Dzieje się tak, ponieważ wszelkie wahania napięcia zasilania spowodują błąd w kalibracji woltomierza, co prowadzi do całkowitego niepowodzenia eksperymentu. Tak więc jako źródło przyjmuje się standardowe ogniwo napięciowe o stabilnej wartości zacisku i połączone równolegle z woltomierzem, który wymaga kalibracji. Dwa potencjometry „RV1” i „RV2” służą do regulacji napięcia, które ma pojawić się na woltomierzu, jak pokazano na rysunku.

Równolegle z woltomierzem podłączona jest skrzynka przekładni napięciowych, która rozdziela napięcie na woltomierzu i uzyskuje odpowiednią wartość odpowiednią do podłączenia potencjometru.

Po przygotowaniu całej konfiguracji jesteśmy gotowi do przetestowania dokładności woltomierza. Aby rozpocząć, wystarczy podłączyć zasilanie do obwodu, aby uzyskać odczyt na woltomierzu i nieznane napięcie na wyjściu skrzynki. Teraz użyjemy skalibrowanego potencjometru do pomiaru tego nieznanego napięcia.

Po uzyskaniu odczytu potencjometru sprawdź, czy odczyt potencjometru zgadza się z odczytem woltomierza. Ponieważ potencjometr mierzy prawdziwą wartość napięcia, jeśli odczyt potencjometru nie zgadza się z odczytem woltomierza, wskazywany jest błąd ujemny lub dodatni. W celu korekty krzywą kalibracji można narysować za pomocą odczytów woltomierza i potencjometru.

Ponadto dla dokładności pomiarów konieczne jest mierzenie napięć w pobliżu maksymalnego zakresu potencjometru tak daleko, jak to możliwe.

Kalibracja amperomierza za pomocą potencjometru

Jak wspomniano powyżej, użyjemy odpowiedniego stabilnego napięcia zasilania DC, aby uniknąć błędów w kalibracji, które nie powodują wahań napięcia podczas całego eksperymentu. Reostat służy do regulacji wielkości prądu przepływającego przez cały obwód. Ponadto standardową rezystancję „R” o odpowiedniej wartości i wystarczającej obciążalności prądowej umieszcza się szeregowo z amperomierzem (który jest kalibrowany) w celu uzyskania parametru napięcia odnoszącego się do prądu płynącego w obwodzie.

Teraz po włączeniu zasilania prąd „I” przepływa przez cały obwód i przy tym przepływie prądu odczyt zostanie wygenerowany przez amperomierz obecny w pętli. Spadek napięcia wystąpi również na standardowej rezystancji „R” z powodu tego przepływu prądu.

Teraz użyjemy potencjometru do pomiaru napięcia na standardowym rezystorze, a następnie wykorzystamy prawo omowe do obliczenia prądu przez standardową rezystancję.

To jest prąd I = V / R gdzie V = napięcie na standardowym rezystorze mierzone potencjometrem, A R = rezystancja standardowego rezystora.

Ponieważ używamy rezystora standardowego, rezystancja będzie dokładnie znana, a napięcie na rezystorze standardowym jest mierzone potencjometrem. Obliczona wartość będzie dokładną wartością prądu przepływającego przez pętlę. Następnie porównaj tę obliczoną wartość z odczytem amperomierza, aby sprawdzić dokładność amperomierza. Jeśli wystąpią jakiekolwiek błędy, możemy dokonać niezbędnych regulacji amperomierza w celu skorygowania błędów.

Kalibracja watomierza za pomocą potencjometru

Jak wspomniano powyżej, aby uzyskać dokładny proces kalibracji, jako źródła użyjemy dwóch odpowiednich, stabilnych zasilaczy prądu stałego. Zwykle zasilanie niskonapięciowe jest połączone szeregowo z cewką prądową watomierza, a zasilacz umiarkowanego napięcia jest podłączany do cewki potencjału watomierza. Reostat w górnym obwodzie służy do regulacji wielkości prądu przepływającego przez cewkę prądową, a potencjometr w dolnym obwodzie służy do regulacji napięcia na cewce potencjału.

Pamiętaj, że potencjometr trymera jest preferowany do regulacji napięcia, a opornik jest preferowany do regulacji prądu w obwodzie.

Ponadto standardowa rezystancja „R” o odpowiedniej wartości i wystarczającej obciążalności prądowej jest umieszczona szeregowo z cewką prądową watomierza. Ta standardowa rezystancja spowoduje spadek napięcia na nim, gdy prąd płynie w obwodzie cewki prądowej.

Po włączeniu zasilania otrzymamy dwa nieznane odczyty napięcia, jeden na wyjściu dzielnika napięcia, a drugi na standardowej rezystancji „R”. Teraz, jeśli do pomiaru napięcia na standardowym rezystorze używany jest potencjometr, możemy użyć prawa omowego do obliczenia prądu przez standardową rezystancję. Ponieważ cewka prądowa jest połączona szeregowo ze standardową rezystancją, obliczona wartość reprezentuje również prąd przepływający przez cewkę prądową. W podobny sposób użyj potencjometru po raz drugi, aby zmierzyć napięcie na cewce potencjału watomierza.

Teraz, gdy zmierzyliśmy prąd płynący przez cewkę prądową i napięcie na cewce potencjalnej za pomocą potencjometru, możemy obliczyć moc jako

Moc P = odczyt napięcia x wartość prądu.

Po obliczeniu możemy porównać tę obliczoną wartość z odczytem watomierza, aby sprawdzić błędy. Po znalezieniu błędów dokonaj niezbędnych korekt na watomierzu, aby skorygować błędy.

W ten sposób można użyć potencjometru do kalibracji woltomierza, amperomierza i watomierza, aby uzyskać dokładne odczyty.