Kalibrace ampérmetru, voltmetru a wattmetru pomocí potenciometru

Víme, že napětí, proud a výkon se měří ve voltech, ampérech a k měření těchto parametrů se používají watty a voltmetr, ampérmetr a wattmetr. Přestože jsou tyto měřicí přístroje vyráběny s péčí, mohou na straně zákazníka přesto poskytovat chybové hodnoty. Tyto přístroje jsou tedy kalibrovány, aby se minimalizovala chyba. Zde v tomto článku vysvětlíme, jak kalibrovat voltmetr, ampérmetr a wattmetr pomocí potenciometru.

Než začneme podrobně, pojďme nejprve probrat důležitý koncept použitý v tomto článku.

Pokud máme paralelně zapojeny dva zdroje napětí stejné hodnoty, jak je znázorněno níže, pak mezi nimi nebude proudit žádný proud. Je to proto, že potenciální hodnoty obou zdrojů jsou stejné a žádný ze zdrojů nemůže tlačit náboj na druhý. Galvanometr tedy v obvodu nevykazuje žádnou výchylku.

V procesu kalibrace použijeme stejný jev vyvážení dvou zdrojů napětí.

Kalibrace potenciometru

Výše uvedený obrázek ukazuje schéma zapojení pro kalibraci potenciometru.

Na obrázku je použit standardní článek s napětím 1,50 V, který při zatížení nevyvolává kolísání napětí ani v milivoltech. Tento druh stabilního zdroje je nezbytný pro kalibraci potenciometru bez jakékoli chyby.

Vodivá stupnice je přesně upravena, aby se zabránilo chybnému čtení během měření. Vodivá stupnice má také hladký povrch s čistými rozměry pro rovnoměrné rozložení odporu po celé své délce.

Reostat slouží k úpravě toku proudu ve smyčce obvodu a tím můžeme nastavit pokles napětí na jednotku délky podél vodivé stupnice. Je zde také připojen galvanometr pro vizualizaci defektu, ke kterému dochází v případě toku proudu mezi standardní smyčkou článku a smyčkou vodivého měřítka. Neznámý EMF je zde připojen k galvanometru pro měření po kalibraci potenciometru.

Pracovní:

Nejprve zapněte napájení a upravte reostat tak, aby v hlavní smyčce obvodu mohl proudit proud několika set miliampérů. Protože vodivá stupnice je také v hlavní smyčce, protéká přes ni stejný proud, který vytváří pokles napětí. Ačkoli se pokles napětí objeví na kovové stupnici, bude rovnoměrně rozložen po celém těle.

Po objevení poklesu napětí podél vodivé stupnice, pokud vezmeme posuvný kontakt a pohybujeme se po kovové stupnici od nuly, pak proud proudí ze sekundárního obvodu do primárního obvodu kvůli nerovnováze obvodu. A jak se posuvný kontakt pohybuje dále od nuly, velikost tohoto proudu klesá. Je to proto, že jak se kontaktní plocha zvětšuje, pokles napětí napříč škálovanou oblastí se přiblíží napětí standardního článku. Takže v určitém bodě bude pokles napětí na zmenšené ploše roven napětí standardního článku a v tomto bodě nebude mezi dvěma obvody proudit žádný proud.

Nyní, když je galvanometr připojen k sekundárnímu obvodu, bude na displeji zobrazovat odchylku z důvodu toku proudu a čím vyšší bude aktuální odchylka. Na základě toho nebude galvanometr vykazovat žádnou odchylku, pouze pokud jsou oba obvody vyvážené, a to je stav, kterého se budeme snažit dosáhnout pro kalibraci potenciometru.

Pro lepší pochopení se podívejme na obvod zobrazený níže, který ukazuje stav rovnováhy.

Pokud předpokládáme odpor kovového kontaktu od délky 0 do 100 cm jako „R“, pak pokles napětí na celém kovovém kontaktu o délce 100 cm je V = IR. Protože jsme předpokládali vyvážený obvod, musí se tento pokles napětí „V“ rovnat napětí standardního článku a při čtení galvanometru bude nulová odchylka.

Nyní měřením této přesné délky, při které galvanometr ukazuje nulu, můžeme kalibrovat stupnici potenciometru na základě standardní hodnoty napětí článku.

Délka 1cm stupnice tedy platí = 1,5v / 100cm = 0,005V = 5mV.

Poté, co víte pokles napětí na centimetr ve stupnici potenciometru, připojte neznámé napětí k sekundárnímu obvodu a posuňte kontakt, abyste změřili délku, při které budeme mít nulovou odchylku. Poté, co jsme věděli tuto délku stupnice, na které probíhá rovnováha, můžeme změřit hodnotu neznámého EMF jako, V = (délka kontaktu) x (5 mV).

Aplikace potenciometrů

Kromě měření neznámého napětí lze potenciometr použít také k měření proudu a výkonu, k jejich měření stačí jen pár dalších komponent.

Kromě měření napětí, proudu a výkonu se potenciometry používají hlavně pro kalibraci voltmetrů, ampérmetrů a wattmetrů. Protože je potenciometr stejnosměrným zařízením, musí být kalibrovanými nástroji stejnosměrné pohyblivé železo nebo elektrodynamometr.

Kalibrace voltmetru pomocí potenciometru

V obvodu je nejdůležitější součástí kalibračního procesu vhodný stabilní zdroj stejnosměrného napětí. Je to proto, že jakékoli kolísání napájecího napětí způsobí chybu v kalibraci voltmetru, což povede k úplnému selhání experimentu. Jako zdroj se tedy bere standardní napěťový článek se stabilní hodnotou svorky a paralelně se připojuje k voltmetru, který je třeba kalibrovat. Dva trimovací hrnce „RV1“ a „RV2“ se používají k nastavení napětí, které se má objevit na voltmetru, jak je znázorněno na obrázku.

K voltmetru je paralelně připojena také skříňka s poměrem napětí, která rozdělí napětí na voltmetr a získá vhodnou hodnotu vhodnou pro připojení potenciometru.

Po dokončení celého nastavení jsme připraveni otestovat přesnost voltmetru. Chcete-li začít, stačí poskytnout energii obvodu, abyste získali čtení na voltmetru a neznámé napětí na výstupu boxu poměru napětí. Nyní použijeme kalibrovaný potenciometr k měření tohoto neznámého napětí.

Po získání hodnoty potenciometru zkontrolujte, zda se hodnota potenciometru shoduje s hodnotou voltmetru. Protože potenciometr měří skutečnou hodnotu napětí, pokud se hodnota potenciometru neshoduje s hodnotou voltmetru, je indikována záporná nebo kladná chyba. A pro korekci lze kalibrační křivku nakreslit pomocí odečtů voltmetru a potenciometru.

Pro přesnost měření je také nutné měřit napětí v blízkosti maximálního rozsahu potenciometru, pokud je to možné.

Kalibrace ampérmetru pomocí potenciometru

Jak bylo uvedeno výše, použijeme vhodné stabilní stejnosměrné napájecí napětí, abychom se vyhnuli chybám při kalibraci, které během celého experimentu nevyvolávají kolísání napětí. Reostat se používá k nastavení velikosti proudu protékajícího celým obvodem. Rovněž je do série s ampérmetrem (který je v kalibraci) umístěn standardní odpor „R“ vhodné hodnoty s dostatečnou proudovou zatížitelností pro získání parametru napětí, který souvisí s proudem protékajícím obvodem.

Nyní po zapnutí napájení protéká proudem „I“ celým obvodem a pomocí tohoto proudu bude odečet proudu generován ampérmetrem přítomným ve smyčce. Kvůli tomuto proudu proudu také dojde k poklesu napětí přes standardní odpor „R“.

Nyní použijeme potenciometr k měření napětí na standardním rezistoru a poté pomocí ohmového zákona vypočítáme proud přes standardní odpor.

To je proud I = V / R, kde V = napětí na standardním rezistoru měřené potenciometrem, A R = odpor standardního rezistoru.

Protože používáme standardní rezistor, bude odpor přesně znám a napětí na standardním rezistoru se měří potenciometrem. Vypočítaná hodnota bude přesná hodnota proudu protékajícího smyčkou. Poté porovnejte tuto vypočítanou hodnotu s odečtem ampérmetru a zkontrolujte přesnost ampérmetru. Pokud se vyskytnou nějaké chyby, můžeme provést nezbytné úpravy ampérmetru, abychom chyby opravili.

Kalibrace wattmetru pomocí potenciometru

Jak bylo uvedeno výše pro přesný proces kalibrace, jako zdroje použijeme dva vhodné stabilní zdroje stejnosměrného napětí. Nízkonapěťové napájení je obvykle zapojeno do série s proudovou cívkou wattmetru a mírné napájecí napětí je připojeno k potenciální cívce wattmetru. Reostat v horním obvodu se používá k nastavení velikosti proudu protékajícího proudovou cívkou a trimovací nádoba ve spodním obvodu se používá k nastavení napětí na potenciální cívce.

Nezapomeňte, že pro nastavení napětí je preferována trimovací nádoba a pro nastavení proudu v obvodu je preferován reostat.

Standardní odpor „R“ s vhodnou hodnotou a dostatečnou proudovou zatížitelností je také umístěn v sérii s proudovou cívkou wattmetru. A tento standardní odpor bude generovat pokles napětí na něm, když bude proud proudit v obvodu aktuální cívky.

Po zapnutí napájení dostaneme dvě neznámé hodnoty napětí, jedno je na výstupu děliče napětí a druhé je přes standardní odpor „R“. Nyní, pokud se k měření napětí na standardním rezistoru používá potenciometr, můžeme použít zákon ohmů k výpočtu proudu přes standardní odpor. Protože aktuální cívka je v sérii se standardním odporem, vypočítaná hodnota také představuje proud procházející aktuální cívkou. Podobným způsobem použijte potenciometr podruhé k měření napětí na potenciální cívce wattmetru.

Nyní, když jsme změřili proud proudovou cívkou a napětí na potenciální cívce pomocí potenciometru, můžeme vypočítat výkon jako

Výkon P = odečet napětí x aktuální hodnota.

Po výpočtu můžeme tuto vypočítanou hodnotu porovnat s odečtem wattmetru a zkontrolovat chyby. Jakmile jsou chyby nalezeny, proveďte nezbytné úpravy wattmetru, abyste chyby upravili.

Takto lze použít potenciometr ke kalibraci voltmetru, ampérmetru a wattmetru pro získání přesných údajů.