MĚŘENÍ ELEKTROMOTORICKÉHO NAPĚTÍ KOMPENZAČNÍ METODOU

 

TEORIE:

        Kompenzační metoda je založena na této myšlence. Na indikátor nuly kompenzačního zařízení působí současně dvě napětí zapojené proti sobě. Jedno z těchto napětí UX je neznámé a jeho hodnotu není možno měnit.Druhé napětí je známé a jeho hodnotu UN můžeme měnit. Při měření měníme hodnotu známého napětí UN tak dlouho, až proud procházející indikátorem klesne na minimum. To nastane tehdy, když obě napětí, která působí na indikátor jsou stejné hodnoty.

UX  = UN  , (1)

        Když při rovnosti neprochází proud, porovnávají se vlastně hodnoty elektromotorických sil  a . Známé napětí UN získáme obyčejně jako úbytek napětí na přesném odporu při konstantním normálovém proudu 1mA. Základní schéma kompenzátoru tohoto typu je na obr.č.1.

obr.č.1

        Pomocná baterie B dodává přes regulační odpor RX a přes ampérmetr proud do měřícího odporu R. Neznámé napětí UX je připojené na jeden konec měřícího odporu a přes galvanometr na sběrač měřícího odporu. Známé napětí UN je úbytek napětí na části měřícího odporu RN. Posunováním sběrače po měřícím odporu se mění hodnota známého napětí, až se dosáhne rovnosti mezi napětím měřeným UX a napětím známým UN, tj. když se ručka galvanometru ustálí na nule.

        Hodnotu známého napětí UN určíme z rovnice

 , (2)

        Takto určené napětí je současně hodnotou neznámého napětí

. (3)

 

        Naměřená hodnota UX představuje elektromotorickou sílu měřeného náboje. Nedostatkem takového uspořádání je, že je možné zaručit jen takovou přesnost měření, jako je přesnost použitého ampérmetru. Aby se vyloučila chyba, kterou do měření zanáší ampérmetr, používá se zapojení podle obr.č. 2.

        Obvod zůstává zapojený jako v prvním případě, ale kromě toho je v obvodu galvanometru zařazený přepínač P, kterým je možné do tohoto obvodu zapojit zdroj měřeného napětí UX, nebo normálové napětí (Westonův článek) UN.

Obr.č.2

        V takovémto případě se obejdeme i bez ampérmetru , protože proud v obvodu je možné vyjádřit pomocí napětí normálu.

        Předpokládejme, že přepínač P je v poloze N. V tomto případě je v obvodu galvanometru zapojeno normálové napětí. Posouváním sběrače po měřícím odporu ustálíme ručku galvanometru na nulu. V tomto případě se napětí normálu, které je stálé a známé s vysokou přesností, rovná úbytku napětí na zařazené části odporu RN, tedy

, (4)

 

        Potom přepneme přepínač do polohy X. V tomto případě je do obvodu galvanometru zapojen zdroj neznámého napětí UX. Ve všeobecném případě se při přepnutí přepínače poruší rovnováha, takže ručka galvanometru se vychýlí. Na ustálení ručky galvanometru na nulu bude potřeba přemístit sběrač na odporu do nové polohy tak, aby byla zařazena hodnota odporu RX rovná elektromotorické síle měřeného zdroje, tedy

 , (5)

        Porovnáním rovnic (4) a (5) dostaneme

 , (6)

        Za předpokladu, že I je stálý bude platit

 , (7)

 

        Přesnost měření je v tomto případě dána přesností normálu napětí a měřícího odporu a je závislá na přesnosti, s jakou určíme rovnost napětí a udržíme normálový proud. Kompenzátor popsaného typu vyrábí Metra pod označením QTK (obr.viz návod k obsluze).

 

ÚKOL: Pomocí kompenzátoru proveďte graduaci termočlánku dvojkovu v teplotním rozsahu 20° - 80°C.

 

POSTUP:

  1. Regulační odpory r na kompenzátoru vytočte jemně  vlevo. Přepínač B přepněte do polohy  vnitřní. Přepínač rozsahů přetočte do polohy 1500  mV. Regulačními odpory r nastavte pomocný proud 1 mA. Připojte Westonův článek na svorky  UN a na přístroji nastavte hodnotu Westonova  článku. Přepínač G dejte do polohy "hrubě"  a měřícími odpory R vynulujte galvanometr.  Přečtěte naměřenou hodnotu UN a porovnejte  s tabulkovou hodnotou.
  2. Odpory r vytočte vlevo. Přepínač rozsahů přepněte  do polohy 15 mV. Pomocí odporu r nastavte přesnou  hodnotu I = 1 mA. Na měřících odporech /dekádě/ nastavte očekávanou hodnotu měřeného napětí  termočlánku. Přepínač G dejte do polohy "hrubě",  vynulujte galvanometr. Totéž pro G v poloze  "jemně". Odečtěte pozorně UX. Měření UX proveďte  20x v rozsahu daných teplot nahoru a dolů. Při  každém měření kontrolujte nastavení hodnoty I.
  3. Z naměřených hodnot sestavte tabulku a nakreslete  graf funkce UX = f(T).
  4. Vypočtěte hodnotu a vyhledejte v  tabulkách, pro kterou kombinaci kovů odpovídá  vaše měření. Vybírejte z těchto kovů  (Fe,Cu,Konstantan).
  5. Totéž měření proveďte s digitálním voltmetrem a  navzájem porovnejte obě měření.

 

Poznámka:

        Pro měření použijte dvou termočlánků. Jeden v kádince s teplou vodou, druhý v termosce se směsí vody a ledu. Platí .