Расчёт шунтов и добавочных сопротивлений

Цель работы: научиться расширять пределы измерения гальванометра по току и напряжению.

 

Приборы и принадлежности: гальванометр, источник тока, микроамперметр, магазины сопротивлений, соединительные провода, вольтметр.

 

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Гальванометр служит для измерения малых токов, малых напряжений и зарядов. Для расширения пределов измерения гальванометра применяются шунты и добавочные сопротивления.

Шунтом называется сопротивление (R_ш), включаемое в цепь параллельно гальванометру, вследствие чего на гальванометр ответвляется только часть измеряемого тока.

При параллельном соединении:

                                           ,                                (1)

                                         .                                (2)

 

На основании закона Ома для участка цепи:

                                            ,                            (3)

                                             .                             (4)

Используя (1) – (4), можно получить:

                                , или     ,         (5)

где  – коэффициент шунтирования.

Таким образом, чтобы измерить гальванометром ток в n раз больший предельного значения тока, необходимо взять сопротивление шунта в (n – 1) раз меньше сопротивления гальванометра (например, если при помощи гальванометра, рассчитанного на 10 мА, нужно измерить ток 100 мА, то сопротивление шунта должно быть равным 1/9 сопротивления гальванометра).

При этом цена деления гальванометра увеличивается в n раз (например, если без шунта отклонение стрелки соответствовало силе тока 1 мА и сопротивление шунта в 4 раза меньше сопротивления гальванометра, то при наличии шунта то же отклонение соответствует силе тока в цепи, равной уже 5 мА).

Добавочное сопротивление () применяют, если необходимо измерить гальванометром большее напряжение. Для этого добавочное сопротивление включают последовательно с гальванометром.

При последовательном соединении:

                                         ,                               (7)

                                           .                                 (8)

На основании закона Ома для участка цепи:

                                           ,                                (9)

                                           .                                   (10)  

Используя (7) – (10), можно получить:

                                  , или                        (11)      

                                   ,                              (12)  

где .

Таким образом, чтобы измерить гальванометром напряжение в n раз большее предельного напряжения, необходимо взять добавочное сопротивление в (n - 1) раз большее сопротивления гальванометра.

 

ХОД РАБОТЫ

ЗАДАНИЕ 1. Измерение сопротивления гальванометра.

1. Собрать электрическую цепь по предложенной схеме.

 

 

На магазине сопротивлений МС2 установить нулевое сопротивление, на МС1 – максимальное значение сопротивления (магазин МС2 является шунтом).

2. При помощи МС1 и МС2 установить ток через микроамперметр в 2 раза больший, чем через гальванометр.

В соответствии с формулой (5) , т. е. сопротивление МС2 будет равно сопротивлению гальванометра.

3. Провести измерения сопротивления гальванометра при других значениях сил тока, но при выполнении условия: .

4. Заполнить таблицу 1.

 

Таблица 1.

№

 

ЗАДАНИЕ 2. Измерения тока гальванометром.

1. Рассчитать сопротивление шунта для заданных преподавателем значений сил тока  по формуле (5).

2. С помощью МС1 и МС2 установить на микроамперметре ток, указанный преподавателем  и предельное значение тока, проходящего через гальванометр . Сравнить сопротивление на МС2 с расчётным значением сопротивления шунта .

3. Заполнить таблицу 2.

 

Таблица 2.

№

 

ЗАДАНИЕ 3. Измерение напряжения гальванометром.

Задание даётся для самостоятельной разработки. Значение напряжения, которое необходимо измерить, задаётся преподавателем.