Калибровка амперметра, вольтметра и ваттметра с помощью потенциометра

Мы знаем, что напряжение, ток и мощность измеряются в вольтах, амперах, а для измерения этих параметров используются ватты и вольтметр, амперметр и ваттметр. Хотя эти измерительные приборы изготовлены с особой тщательностью, они все же могут давать показания ошибок на стороне клиента. Таким образом, эти инструменты откалиброваны, чтобы минимизировать ошибку. В этой статье мы объясним, как откалибровать вольтметр, амперметр и ваттметр с помощью потенциометра.

Прежде чем вдаваться в подробности, давайте сначала обсудим важную концепцию, используемую в этой статье.

Если у нас есть два источника напряжения одинакового значения, подключенные параллельно, как показано ниже, то между ними не будет тока. Это связано с тем, что потенциальные значения обоих источников одинаковы, и ни один из источников не может подтолкнуть заряд к другому. Так что в схеме гальванометр не показывает никаких отклонений.

Мы будем использовать тот же феномен уравновешивания двух источников напряжения в процессе калибровки.

Калибровка потенциометра

На приведенном выше рисунке показана принципиальная схема калибровки потенциометра.

На рисунке использован стандартный элемент с напряжением 1,50 В, который при нагрузке не дает колебаний напряжения даже в милливольтах. Такой стабильный источник необходим для безошибочной калибровки потенциометра.

Проводящая шкала точно масштабирована, чтобы избежать ошибок при измерении. Электропроводящая шкала также имеет гладкую поверхность с четко очерченными размерами для равномерного распределения сопротивления по всей ее длине.

Реостат предназначен для регулирования потока тока в контуре цепи, и, таким образом, мы можем регулировать падение напряжения на единицу длины по проводящей шкале. Сюда также подключается гальванометр для визуализации неисправности, которая возникает в случае протекания тока между стандартной петлей ячейки и токопроводящей петлей шкалы. Неизвестная ЭДС здесь подключена к гальванометру для измерения после калибровки потенциометра.

За работой:

Сначала включите питание и отрегулируйте реостат, чтобы позволить току в несколько сотен миллиампер течь в контуре основной цепи. Поскольку проводящая шкала также находится в основном контуре, через нее протекает тот же ток, что и вызывает падение напряжения. Хотя падение напряжения появляется на металлической шкале, она будет равномерно распределена по всему ее телу.

После появления падения напряжения по проводящей шкале, если мы возьмем скользящий контакт и переместимся по металлической шкале от нуля, то ток течет из вторичной цепи в первичную из-за дисбаланса цепи. По мере того, как скользящий контакт перемещается дальше от нуля, величина этого тока уменьшается. Это связано с тем, что по мере увеличения площади контакта падение напряжения на масштабированной площади приближается к напряжению стандартной ячейки. Таким образом, в определенный момент падение напряжения на масштабируемой области будет равно напряжению стандартной ячейки, и в этот момент между двумя цепями не будет протекать ток.

Теперь, когда гальванометр подключен к вторичной цепи, он покажет отклонение на своем дисплее из-за протекания тока, и чем больше ток, тем больше будет отклонение. Исходя из этого, гальванометр не будет показывать отклонения только тогда, когда обе цепи сбалансированы, и это состояние, которого мы будем пытаться достичь при калибровке потенциометра.

Для лучшего понимания, давайте посмотрим на схему, показанную ниже, которая показывает состояние баланса.

Если принять сопротивление металлического контакта длиной от 0 до 100 см как «R», то падение напряжения на всем металлическом контакте длиной 100 см составит V = IR. Поскольку мы использовали симметричную схему, это падение напряжения «V» должно быть равно напряжению стандартной ячейки, и в показаниях гальванометра будет нулевое отклонение.

Теперь, измерив точную длину, на которой гальванометр показывает ноль, мы можем откалибровать шкалу потенциометра на основе стандартного значения напряжения ячейки.

Таким образом, длина шкалы составляет 1 см = 1,5 В / 100 см = 0,005 В = 5 мВ.

Зная падение напряжения на сантиметр на шкале потенциометра, подключите неизвестное напряжение ко вторичной цепи и сдвиньте контакт, чтобы измерить длину, при которой у нас будет нулевое отклонение. Зная этот масштаб, на котором имеет место баланс, мы можем измерить значение неизвестной ЭДС как:

V = (длина контакта) x (5 мВ).

Применение потенциометров

Помимо измерения неизвестного напряжения, потенциометр также можно использовать для измерения силы тока и мощности, для их измерения требуется всего лишь пара дополнительных компонентов.

Помимо измерения напряжения, тока и мощности, потенциометры в основном используются для калибровки вольтметров, амперметров и ваттметров. Кроме того, поскольку потенциометр является устройством постоянного тока, калибруемые инструменты должны быть типа подвижного железа постоянного тока или электродинамометра.

Калибровка вольтметра с помощью потенциометра

В схеме наиболее важным компонентом процесса калибровки является подходящий стабильный источник постоянного напряжения. Это связано с тем, что любые колебания напряжения питания вызовут ошибку в калибровке вольтметра, что приведет к полному провалу эксперимента. Таким образом, стандартный элемент напряжения со стабильным конечным значением берется в качестве источника и подключается параллельно с вольтметром, который необходимо откалибровать. Две потенциометры «RV1» и «RV2» используются для регулировки напряжения, которое должно появляться на вольтметре, как показано на рисунке.

Коробка соотношения напряжений также подключается параллельно вольтметру, чтобы разделить напряжение на вольтметре и получить соответствующее значение, подходящее для подключения потенциометра.

После установки всей установки мы готовы к проверке точности вольтметра. Итак, для начала просто подайте питание на схему, чтобы получить показания вольтметра и неизвестное напряжение на выходе коробки соотношения напряжений. Теперь мы будем использовать откалиброванный потенциометр для измерения этого неизвестного напряжения.

После получения показаний потенциометра проверьте, совпадают ли показания потенциометра с показаниями вольтметра. Поскольку потенциометр измеряет истинное значение напряжения, если показание потенциометра не совпадает с показанием вольтметра, то отображается отрицательная или положительная ошибка. А для коррекции можно построить калибровочную кривую с помощью показаний вольтметра и потенциометра.

Также для точности измерений необходимо, насколько это возможно, измерять напряжения вблизи максимального диапазона потенциометра.

Калибровка амперметра с помощью потенциометра

Как упоминалось выше, мы будем использовать подходящее стабильное напряжение питания постоянного тока, чтобы избежать ошибок при калибровке, которые не вызывают колебаний напряжения в течение всего эксперимента. Реостат используется для регулировки величины тока, протекающего по всей цепи. Кроме того, стандартное сопротивление «R» подходящего значения с достаточной допустимой нагрузкой по току подключается последовательно с амперметром (который находится в процессе калибровки) для получения параметра напряжения, который относится к току, протекающему в цепи.

Теперь после включения питания через всю цепь протекает ток «I», и вместе с этим показание тока будет генерироваться амперметром, присутствующим в контуре. Кроме того, из-за протекания тока на стандартном сопротивлении «R» произойдет падение напряжения.

Теперь мы воспользуемся потенциометром для измерения напряжения на стандартном резисторе, а затем воспользуемся законом Ом для расчета тока через стандартное сопротивление.

Это ток I = V / R, где V = напряжение на стандартном резисторе, измеренное потенциометром, а R = сопротивление стандартного резистора.

Поскольку мы используем стандартный резистор, сопротивление будет точно известно, а напряжение на стандартном резисторе измеряется потенциометром. Рассчитанное значение будет точным значением тока, протекающего через контур. Затем сравните это рассчитанное значение с показаниями амперметра, чтобы проверить точность амперметра. Если есть какие-либо ошибки, мы можем внести необходимые корректировки в амперметр, чтобы исправить ошибки.

Калибровка ваттметра с помощью потенциометра

Как упоминалось выше, для точной калибровки мы будем использовать два подходящих источника постоянного напряжения постоянного тока в качестве источников. Обычно источник низкого напряжения подключается последовательно к катушке тока ваттметра, а источник умеренного напряжения подключается к катушке потенциала ваттметра. Реостат в верхней цепи используется для регулировки величины тока, протекающего через токовую катушку, а регулировочный потенциометр в нижней цепи используется для регулировки напряжения на катушке потенциала.

Помните, что регулировочный потенциометр предпочтительнее для регулировки напряжения, а реостат предпочтительнее для регулировки тока в цепи.

Кроме того, стандартное сопротивление R подходящего значения и достаточной допустимой нагрузки по току подключается последовательно с токовой катушкой ваттметра. И это стандартное сопротивление будет вызывать падение напряжения на нем, когда ток течет в цепи катушки тока.

После включения питания мы получим два неизвестных значения напряжения, одно на выходе делителя напряжения, а другое на стандартном сопротивлении «R». Теперь, если потенциометр используется для измерения напряжения на стандартном резисторе, мы можем использовать закон Ома для расчета тока через стандартное сопротивление. Поскольку токовая катушка включена последовательно со стандартным сопротивлением, расчетное значение также представляет ток, протекающий через токовую катушку. Аналогичным образом используйте потенциометр второй раз, чтобы измерить напряжение на катушке потенциала ваттметра.

Теперь, когда мы измерили ток через токовую катушку и напряжение на потенциальной катушке с помощью потенциометра, мы можем рассчитать мощность как

Мощность P = значение напряжения x значение тока.

После расчета мы можем сравнить это рассчитанное значение с показаниями ваттметра, чтобы проверить наличие ошибок. Как только ошибки будут обнаружены, внесите необходимые изменения в ваттметр, чтобы скорректировать ошибки.

Вот как можно использовать потенциометр для калибровки вольтметра, амперметра и ваттметра для получения точных показаний.