Wskazówkowe przyrządy pomiarowe śluzą do wskazywania za

Wskazówkowe przyrządy pomiarowe śluzą do wskazywania za pomocą wskazówki wartości
wielkości mierzonej z określoną dokładnością. Odczyt wartości mierzonej umożliwia
podziałka umieszczona na tarczy podziałowej przyrządu. Wskazówkowy elektryczny
przyrząd pomiarowy (miernik elektryczny) jest przetwornikiem elektromechanicznym, w
którym następuje zamiana doprowadzonej energii elektrycznej na energię mechaniczną ruchu
obrotowego organu ruchowego przyrządu.
Układ elektryczny zapewnia odpowiednie właściwości przetwarzania wielkości elektrycznej
na kąt odchylenia wskazówki.
Dokładność miernika charakteryzuje tzw. Klasa dokładności. Klasa dokładności to liczba
określająca w procentach wartości błędu granicznego danego miernika. Polskie normy
przewidują następujące klasy dokładności: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 5.
Tarcza podziałkowa przyrządu wskazówkowego oprócz podziali zawiera oznaczenie partii,
rodzaj przyrządu, nazwę firmy i typ. Na tarczy podziałowej przyrządu znajdują się również
inne oznaczenia określające bliżej jego specjalne właściwości, przeznaczenie, niektóre dane
znamionowe.
Do pomiarów bezpośrednich prądu stosuje się amperomierze. Do pomiarów prądu stałego są
przeznaczone głównie amperomierze (miliamperomierze, mikroamperomierze)
magnetometryczne.
Prąd można mierzyć także metodą pośrednią. Pośrednie pomiary prądu polegają na pomiarze
spadku napięcia wywołanego przepływem mierzonego prądu na rezystorze o znanej wartości
rezystancji.
Celem ćwiczenia jest poznanie różnych układów nastawiania żądanych wartości prądu,
poznanie róznych metod pomiaru prądu stałego oraz wyrobienie umiejętności posługiwania
się amperomierzem.
Prąd stały mierzy się amperomierzem magnetoelektrycznym.
Prąd w układzie możemy regulować za pomocą opornicy suwakowej w układzie
jednostopniowym i dwu stopniowym jak pokazane na rysunku. Rezystor nastawny włącza się
w obwód szeregowo a jego rezystancja zależy od położenia suwaka (styku ruchomego). W
obwodzie elektrycznym w którym rezystancja ulega mianie zmienia się również natężenia
prądu. Związek między prądem i napięciem w obwodzie wyrażamy prawem Ohma umożliwia
pośredni pomiar prądu I=U/R. Jednostopniowe układy nastawiania prądu umożliwiają
nastawienie żądanej wartości prądu w szerokim zakresie. Nie zezwalają jednak na precyzyjne
nastawienie żądanej wartości prądu. Stosuje się wtedy dwustopniowe układy nastawiania
prądu.
Napięcie elektryczne mierzymy woltomierzem, a do pomiaru napięcia stałego używamy
woltomierza a budowie magnetoelektrycznej. Przyrząd ten może mieć budowę analogową lub
cyfrową. Chcąc zmierzyć napięcie ogniwa (baterii) należy + baterii połączyć z zaciskiem +
woltomierza, a biegun ujemny z zaciskiem ujemnym.
Woltomierze analogowe Va i Vc podłączamy równolegle.
W wielu przypadkach zachodzi konieczność pomiaru napięcia o wartości większej niż
napięcie odpowiadające największemu zakresowi woltomierza. Stosuje się wtedy dzielnik
napięcia. Dzielnik napięcia jest złożony z dwóch rezystorów połączonych szeregowo.
Dołącza się ich do zacisków źródła napięcia U1. Napięcie U1 wymusza przepływ prądu
I1=U1/R1=R2. Prąd ten wywołuje na rezystorze R2 spadek napięcia U2=I1R1=R2/R1+R2 *U1.
Pod warunkiem że pomiar napięcia U2 odbywa się bez poboru prądu (I2=0) lub gdy prąd ten
jest pomijalnie mały. Znając wartość rezystancji R1, R2 i napięcia U2 można określić wartość
napięcia U1 U1=R1+R2/R2 *U2.
Często zachodzi potrzeba budowania układów w których można nastawić żądaną wartość
napięcia (w zadanych granicach). Stosuje się wtedy źródło napięcia i rezystor nastawny.
Układ taki nazywamy potencjometrycznym.
Końce rezystora R łączy się z biegunami ogniw za pośrednictwem wyłącznika. Do jednego z
zacisków rezystora dołączony jest woltomierz magnetoelektryczny Va lub cyfrowy Vc. Na
zaciskach woltomierza występuje napięcie U2 którego wartość zależy od położenia suwaka
rezystora R. Jeżeli wykorzysta się ruch postępowy suwaka to U2=I2/I *U1 a przy ruchu
obrotowym U2=γ2/ γ *U1 przy czym γ2 jest kątem obrotu, a γ całkowitym kątem obrotu.
Potencjometr R umożliwia nastawienie napięcia w zakresie od 0 do U max. Napięcie U max
jest zbliżone do napięcia (U max>-U1). W układzie przedstawionym na rysunku należy
zmierzyć napięcie U2 woltomierzem magnetoelektrycznym i woltomierzem cyfrowym dla
kilku położeń suwaka rezystora R.
W celu dokładniejszego nastawienia napięcia stosuje się dwa rezystory nastawne łączone
szeregowo. Układ rezystorów połączonych szeregowo zasila się ze źródła napięcia stałego lub
baterii akumulatora. Woltomierz magnetoelektryczny Va lub woltomierz cyfrowy Vc służą do
pomiaru napięcia między stykami ruchomymi tych rezystorów. Rezystor o większej
rezystancji znamionowej służy do zgrubnego nastawienia napięcia, a rezystor o mniejszej
rezystancji znamionowej służy do precyzyjnego nastawienia napięcia.
Najbardziej rozpowszechnioną metodą pomiaru rezystancji jest metoda pośrednia za pomocą
amperomierza i omomierza. Sposób pomiaru wynika wprost z prawa Ohma. Stosowane są
dwa układy pomiarowe –do pomiaru rezystancji małych i do pomiaru rezystancji dużych.
Wartość mierzonej rezystancji zostaje wyznaczona za wskazań obu mierników. Pomiar jest
obarczony błędem (uchybem). Jest to tzw błąd metody pomiarowej. Nienależny on od
dokładności użytych przyrządów, przyrządów tylko konfiguracji obwodu. Wartość błędu
można obliczyć w procentach. W przypadku pierwszego układu ze wzoru: δ1=l/1+Rv/Rx *100.
Ze wzoru wynika że błąd spowodowany niedokładnością metody pomiarowej jest mniejszy
gdy zastosujemy woltomierz o dużej rezystancji wewnętrznej Rv do pomiaru rezystancji Rx o
małej wartości.
Dla drugiego układu pomiar jest obarczony błędem metody który wyraża się wzorem :
δ2=Ra/Rx *100. Błąd spowodowany niedokładnością metody jest mniejszy w przypadku
stosowania amperomierza o małej rezystancji wewnętrznej Ra do pomiaru rezystancji Rx o
dużej wartości.
Pomiar rezystancji omomierzem. Omomierze są miernikami służącym do szybkiego pomiaru
rezyatcji. Cechują się niezbyt dużą dokładnością pomiaru. Stosuje się do sprawdzania
wartości rezystancji różnych elementów aparatury i sprzętu elektrycznego oraz do
wyszukiwania miejsc przerw lub zwarć w obwodach elektrycznych.