Лабораторная работа Измерение сопротивления методом мостика Уитсона

Лабораторная работа № 29

Раздел 3. Электродинамика

Тема 3.2. Законы постоянного тока

Название практической работы: Измерение сопротивления мостиком Уитсона

Учебная цель: рассмотреть основные принципы измерения сопротивления методом мостика Уитсона

Учебные задачи: определить момент электрического равновесия мостиковой схемы, выяснить, в каком случае наступает баланс, увидеть, что в мостике Уитсона делается сравнение неизвестного сопротивления с магазином образцовых мер сопротивлений

Правила безопасности: правила проведения в кабинете во время выполнения практического занятия

Норма времени: 2 часа

Образовательные результаты, заявленные во ФГОС третьего поколения:

Студент должен

уметь: собирать схему линейного мостика Уитсона, объяснять основные принципы измерения сопротивления методом мостика Уитсона

знать: исходные требования баланса схемы, формулу определяющую момент электрического равновесия мостиковой схемы, какими способами можно получить равновесие мостика, принцип работы мостовой схемы и практическое применение

Обеспеченность занятия:

- методические указания по выполнению лабораторного занятия

- лабораторная тетрадь, карандаш. линейка

- реохорд, магазин сопротивлений, гальванометр, ключ замыкания тока, источник питания постоянного тока напряжением 2 В и неизвестного сопротивления, соединительные провода

Порядок проведения занятия:

Для выполнения практической работы учебная группа распределяется по двум вариантам.
Теоретическое обоснование 

Мост Уитстона — это одна из наиболее часто используемых мостовых схем в контрольно-измерительных приборах.

Схема моста Уитстона используется в системах измерения температуры. В этих системах устройство, называемое термометр сопротивления или терморезистор, обычно помещается в одной из ветвей схемы мостика.

Величина тока в мосте Уитстона определяется величиной разности сопротивлений: чем больше разность, тем больше будет течь ток; а если разность сопротивлений меняется, количество протекающего тока будет тоже меняться. Это свойство делает схему мосте Уитстона очень полезной в контрольно-измерительных устройствах и системах управления.

В лабораторной работе основной частью линейной

схемы является реохорд, рисунок 1.

Рисунок 1

Прибор состоит из деревянной линейки, на которой натянута тонкая калиброванная по диаметру, константановая проволока. Оба конца проволоки прикреплены к металлическим пластинками с клеммами. Клеммы предназначены для включения реохорда в электрическую цепь. Длина проволоки равна 0,5 метра. На основании нанесены пятидесятимиллиметровые деления с оцифровкой через каждые 100 мм. В нижней части имеются направляющие пазы. По направляющим пазам основания перемещается движок с клеммой, служащая для подсоединения реохорда в электрическую цепь.

Вопросы для закрепления теоретического материала к практическому занятию:

1. Что такое мостовая схема мостика Уитсона?

2. Для какой цели он используется?

3. Как называются стороны четырёхугольника в схеме?

4. Что является исходным требованием баланса схемы. В каком случае это возможно?

5. Как записывается момент электрического равновесия мостиковой схемы?

6. Что указывает формула, определяющая момент электрического равновесия?

7. Как получить значение измеряемого сопротивления?

8. Что позволяет применить мостиковую схему для измерений сопротивлений?

9. Применение мостовой схемы Уитсона.

Содержание и Последовательность выполнения практической работы:

Задачи практической работы:

Задание 1. Измерение сопротивления мостиком Уитсона

Рисунок 2

Рекомендации

1. Установить реохорд, провести все необходимые соединения

2. Учесть, что через проводник можно пропускать ток не более 2А, напряжением не более 12В.

3. При перемещении движка вдоль основания необходимо нажимать на кнопку, чтобы не истирать проводник

4. Ток включать кратковременно во избежание перегрева проводника

5. После окончания работы отключить реохорд от элементов схемы.

Мостиковая схема Уитсона, рисунок 2

Диагональ четырёхугольника АВ, образована источником постоянного токаи ключом К, замыкающим цепь питания. Диагональ БГ образована гальванометром (с «0» посередине шкалы). Стороны четырёхугольника получили название «плечи моста». На схеме эти плечи образованы электрическим сопротивлением Rx R₁ R₂ R₃. Требованием баланса схемы является отсутствие тока в диагонали БГ т.е. отсутствие напряжения на зажимах гальванометр падение напряжения. Это возможно в том случае. Если в точках Б и Г – разные потенциалы, что произойдёт, если Rx будет равно падению напряжения на R₃, а падение напряжения R₁ будет равно падению напряжения на R₂. Это условно можно записать:

Rx· I_Б = R₃· I_Г (1) Определим из уравнения (1) величину тока I

R₁· I_Б = R₂· I_Г (2) I_Б = R₃· I_Г/ Rx (3) и подставим её в уравнение (2)

= (4), сокращая уравнение получим: Rx ·R₂ = R_1· R₃ (5). Это и есть формула электрического равновесия (баланса) мостиковой схемы. Формула указывает на то, что баланс наступает при произведении сопротивлений противоположных плеч. Если сопротивления плеч таковы. Что уравнение (5) выполняется, то ток идущий через мостик (диагональ БГ), отсутствует и стрелка гальванометра будет стоять на шкале. В мостике Уитсона делается сравнение неизвестного сопротивления с магазином образцовых мер сопротивлений. Соотношение даёт коэффициент, на который нужно умножить значение образцового сопротивления. Чтобы получить значение измеряемого сопротивления. Зная величину сопротивлений трёх плеч, сопротивление четвёртого плеча можно определить простым расчётом. Это позволяет применить мостиковую схему для измерения сопротивлений. Равновесие можно получить двумя способами: либо путём измерения сопротивления R₃, либо при помощи изменения отношения сопротивлений R₁ и R₂

По окончанию практической работы студент должен представить: - Выполненную в рабочей тетради практическую работу в соответствии с вышеуказанными требованиями.
Список литературы: 

1. Р. А. Дондукова Руководство по проведению лабораторных работ М.:

«Высшая школа» 20012

1. Т. В. Ильина Методическое руководство для проведения лабораторно-

практических работ; ФОС «ПК «Энергия», Электроугли, 2018