Kalibrierung von Amperemeter, Voltmeter und Wattmeter mit Potentiometer

Wir wissen, dass Spannung, Strom und Leistung in Volt, Ampere und Watt und Voltmeter, Amperemeter und Wattmeter gemessen werden, um diese Parameter zu messen. Obwohl diese Messgeräte mit der Sorgfalt hergestellt werden, können sie beim Kunden dennoch Fehlerwerte liefern. Daher werden diese Instrumente kalibriert, um den Fehler zu minimieren. Hier in diesem Artikel erklären wir, wie Voltmeter, Amperemeter und Wattmeter mit einem Potentiometer kalibriert werden.

Bevor wir ins Detail gehen, wollen wir zunächst das wichtige Konzept diskutieren, das in diesem Artikel verwendet wird.

Wenn zwei Spannungsquellen mit demselben Wert wie unten gezeigt parallel geschaltet sind, fließt kein Strom zwischen ihnen. Dies liegt daran, dass die potenziellen Werte beider Quellen gleich sind und keine der Quellen die Ladung auf die andere übertragen kann. In der Schaltung zeigt das Galvanometer also keine Auslenkung.

Wir werden das gleiche Phänomen des Ausgleichs zweier Spannungsquellen im Kalibrierungsprozess verwenden.

Kalibrierung des Potentiometers

Die obige Abbildung zeigt den Schaltplan für die Potentiometerkalibrierung.

In der Abbildung wird eine Standardzelle mit einer Spannung von 1,50 V verwendet, die beim Laden selbst in Millivolt keine Spannungsschwankungen erzeugt. Diese Art von stabiler Quelle ist erforderlich, um das Potentiometer fehlerfrei zu kalibrieren.

Die Leitskala wird genau skaliert, um Fehlablesungen während der Messungen zu vermeiden. Die leitfähige Skala hat auch eine glatte Oberfläche mit sauberen Abmessungen für eine gleichmäßige Widerstandsverteilung über ihre gesamte Länge.

Der Rheostat ist vorhanden, um den Stromfluss in der Schaltungsschleife einzustellen, und dadurch können wir den Spannungsabfall pro Längeneinheit entlang der Leitskala einstellen. Hier ist auch ein Galvanometer angeschlossen, um den Defekt zu visualisieren, der im Falle eines Stromflusses zwischen der Standardzellenschleife und der leitenden Skalenschleife auftritt. Die unbekannte EMF wird hier zur Messung nach der Kalibrierung des Potentiometers an das Galvanometer angeschlossen.

Arbeiten:

Schalten Sie zuerst die Stromversorgung ein und stellen Sie den Rheostat so ein, dass ein Strom von einigen hundert Milliampere in der Hauptschleife fließt. Da sich die leitende Skala auch in der Hauptschleife befindet, fließt derselbe Strom durch sie und erzeugt einen Spannungsabfall. Obwohl der Spannungsabfall auf der Metallskala auftritt, wird er gleichmäßig über den gesamten Körper verteilt.

Wenn wir nach dem Auftreten des Spannungsabfalls entlang der leitenden Skala den Gleitkontakt nehmen und uns entlang der Metallskala von Null bewegen, fließt aufgrund eines Ungleichgewichts des Stromkreises Strom vom Sekundärkreis zum Primärkreis. Und wenn sich der Gleitkontakt weiter von Null entfernt, nimmt die Größe dieses Stromflusses ab. Dies liegt daran, dass mit zunehmender Kontaktfläche der Spannungsabfall über der skalierten Fläche nahe an die Spannung der Standardzelle heranreicht. An einem bestimmten Punkt ist der Spannungsabfall über den skalierten Bereich gleich der Spannung der Standardzelle, und an diesem Punkt fließt kein Strom zwischen zwei Schaltkreisen.

Nachdem ein Galvanometer im Sekundärkreis angeschlossen ist, zeigt es aufgrund des Stromflusses eine Abweichung auf dem Display an. Je höher der Strom, desto größer die Abweichung. Auf dieser Grundlage zeigt das Galvanometer nur dann keine Abweichung, wenn beide Schaltkreise ausgeglichen sind, und dies ist der Zustand, den wir für die Kalibrierung des Potentiometers erreichen wollen.

Zum besseren Verständnis sehen wir uns die unten gezeigte Schaltung an, die den Gleichgewichtszustand zeigt.

Wenn wir den Widerstand des Metallkontakts von 0 bis 100 cm als "R" annehmen, beträgt der Spannungsabfall über den gesamten 100 cm langen Metallkontakt V = IR. Da wir von einer symmetrischen Schaltung ausgegangen sind, muss dieser Spannungsabfall 'V' gleich der Spannung der Standardzelle sein und es wird keine Abweichung beim Galvanometerwert geben.

Indem wir nun genau diese Länge messen, bei der das Galvanometer Null anzeigt, können wir die Potentiometerskala basierend auf dem Standardwert der Zellenspannung kalibrieren.

1 cm Skalenlänge gilt also = 1,5 V / 100 cm = 0,005 V = 5 mV.

Nachdem Sie den Spannungsabfall pro Zentimeter in der Potentiometerskala kennen, schließen Sie die unbekannte Spannung an den Sekundärkreis an und schieben Sie den Kontakt, um die Länge zu messen, bei der wir eine Abweichung von Null haben. Nachdem wir diese Skalenlänge kennen, bei der das Gleichgewicht stattfindet, können wir den Wert unbekannter EMF messen als:

V = (Kontaktlänge) x (5 mV).

Anwendungen von Potentiometern

Neben der Messung unbekannter Spannungen kann das Potentiometer auch zur Messung von Strom und Leistung verwendet werden. Es werden lediglich einige zusätzliche Komponenten zur Messung benötigt.

Neben der Messung von Spannung, Strom und Leistung werden die Potentiometer hauptsächlich zur Kalibrierung von Voltmetern, Amperemeter und Wattmeter verwendet. Da es sich bei dem Potentiometer um ein Gleichstromgerät handelt, müssen die zu kalibrierenden Instrumente Gleichstrom-Eisen- oder Elektrodynamometertypen sein.

Kalibrierung des Voltmeters mit dem Potentiometer

In der Schaltung ist die wichtigste Komponente für den Kalibrierungsprozess eine geeignete stabile Gleichspannungsversorgung. Dies liegt daran, dass Schwankungen der Versorgungsspannung einen Fehler bei der Voltmeter-Kalibrierung verursachen und somit zu einem vollständigen Ausfall des Experiments führen. Daher wird eine Standardspannungszelle mit stabilem Klemmenwert als Quelle verwendet und parallel zum Voltmeter geschaltet, das kalibriert werden muss. Die beiden Trimmtöpfe 'RV1' und 'RV2' dienen zum Einstellen der Spannung, die am Voltmeter auftreten soll, wie in der Abbildung gezeigt.

Parallel zum Voltmeter ist auch eine Spannungsverhältnisbox angeschlossen, um die Spannung über das Voltmeter zu verteilen und einen geeigneten Wert für den Anschluss des Potentiometers zu erhalten.

Mit dem gesamten Setup sind wir bereit, die Genauigkeit des Voltmeters zu testen. Versorgen Sie den Stromkreis zunächst mit Strom, um einen Messwert am Voltmeter und eine unbekannte Spannung am Ausgang der Spannungsverhältnisbox zu erhalten. Jetzt werden wir ein kalibriertes Potentiometer verwenden, um diese unbekannte Spannung zu messen.

Überprüfen Sie nach dem Ablesen des Potentiometers, ob der Potentiometerwert mit dem Voltmeterwert übereinstimmt. Da das Potentiometer den wahren Spannungswert misst, wird ein negativer oder positiver Fehler angezeigt, wenn der Potentiometerwert nicht mit dem Voltmeterwert übereinstimmt. Zur Korrektur kann mit Hilfe der Messwerte von Voltmeter und Potentiometer eine Kalibrierkurve erstellt werden.

Für die Genauigkeit der Messungen ist es außerdem erforderlich, Spannungen so weit wie möglich in der Nähe des maximalen Bereichs des Potentiometers zu messen.

Kalibrierung des Amperemeter mit Potentiometer

Wie oben erwähnt, verwenden wir eine geeignete stabile DC-Versorgungsspannung, um Fehler bei der Kalibrierung zu vermeiden, die während des gesamten Experiments keine Spannungsschwankungen verursachen. Ein Rheostat dient zum Einstellen der Größe des durch den gesamten Stromkreis fließenden Stroms. Außerdem wird ein Standardwiderstand 'R' mit einem geeigneten Wert und ausreichender Stromtragfähigkeit in Reihe mit dem Amperemeter (das kalibriert wird) geschaltet, um einen Spannungsparameter zu erhalten, der sich auf den im Stromkreis fließenden Strom bezieht.

Nachdem die Stromversorgung eingeschaltet wurde, fließt ein Strom 'I' durch den gesamten Stromkreis und mit diesem Stromflusswert wird von dem in der Schleife vorhandenen Amperemeter erzeugt. Aufgrund dieses Stromflusses findet auch ein Spannungsabfall über dem Standardwiderstand 'R' statt.

Jetzt werden wir ein Potentiometer verwenden, um die Spannung am Standardwiderstand zu messen, und dann das Ohmsche Gesetz verwenden, um den Strom durch den Standardwiderstand zu berechnen.

Dies ist der Strom I = V / R, wobei V = Spannung über dem vom Potentiometer gemessenen Standardwiderstand und R = Widerstand eines Standardwiderstands.

Da wir den Standardwiderstand verwenden, ist der Widerstand genau bekannt und die Spannung am Standardwiderstand wird vom Potentiometer gemessen. Der berechnete Wert ist der genaue Wert des durch die Schleife fließenden Stroms. Vergleichen Sie dann diesen berechneten Wert mit dem Amperemeter-Messwert, um die Genauigkeit des Amperemeter zu überprüfen. Wenn Fehler auftreten, können wir die erforderlichen Einstellungen für das Amperemeter vornehmen, um die Fehler zu beheben.

Kalibrierung des Wattmeters mit Potentiometer

Wie oben für einen genauen Kalibrierungsprozess erwähnt, werden wir zwei geeignete stabile Gleichspannungsnetzteile als Quellen verwenden. Normalerweise ist die Niederspannungsversorgung in Reihe mit der Stromspule eines Wattmeters geschaltet, und eine moderate Spannungsversorgung ist mit der Potentialspule des Wattmeters verbunden. Ein Rheostat im oberen Stromkreis wird zum Einstellen der Größe des durch die Stromspule fließenden Stroms verwendet, und ein Trimmtopf im unteren Stromkreis wird zum Einstellen der Spannung über der Potentialspule verwendet.

Denken Sie daran, dass zum Einstellen der Spannung ein Trimmtopf und zum Einstellen des Stroms in einem Stromkreis ein Rheostat bevorzugt wird.

Außerdem wird ein Standardwiderstand 'R' mit geeignetem Wert und ausreichender Strombelastbarkeit in Reihe mit der Stromspule des Wattmeters geschaltet. Und dieser Standardwiderstand erzeugt einen Spannungsabfall, wenn Strom im Stromspulenkreis fließt.

Nach dem Einschalten erhalten wir zwei unbekannte Spannungswerte, einer am Spannungsteilerausgang und der andere über dem Standardwiderstand 'R'. Wenn nun ein Potentiometer verwendet wird, um die Spannung am Standardwiderstand zu messen, können wir das Ohmsche Gesetz verwenden, um den Strom durch den Standardwiderstand zu berechnen. Da die Stromspule in Reihe mit dem Standardwiderstand liegt, repräsentiert der berechnete Wert auch den Strom, der durch die Stromspule fließt. Verwenden Sie in ähnlicher Weise das Potentiometer zum zweiten Mal, um die Spannung an der Potentialspule des Wattmeters zu messen.

Nachdem wir den Strom durch die Stromspule und die Spannung über der Potentialspule mit einem Potentiometer gemessen haben, können wir die Leistung als berechnen

Leistung P = Spannungsablesung x Stromwert.

Nach der Berechnung können wir diesen berechneten Wert mit dem Wattmeter vergleichen, um nach Fehlern zu suchen. Sobald die Fehler gefunden wurden, nehmen Sie die erforderlichen Anpassungen am Wattmeter vor, um die Fehler zu korrigieren.

Auf diese Weise kann ein Potentiometer verwendet werden, um Voltmeter, Amperemeter und Wattmeter zu kalibrieren, um genaue Messwerte zu erhalten.