如果直接连接到6伏的电池上,这个表的移动会发生什么?
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可能会发生两件事:首先,移动极有可能因电流过大而受损。其次,针会移动到左边而不是右边(因为它通常应该),因为极性是向后的。
当机电表的运动过于强大,导致指针“砰砰”地一直到运动的一个极端,这通常被称为“钉住”表。我曾见过电表的运动被“钉住”得很厉害,以至于针头弯曲停止!
基于你的学生对仪表运动设计的了解,请他们告诉你他们认为在类似这样的严重过载事件中可能会损坏什么。告诉他们的回答要具体。
我们知道,将一个灵敏的仪表运动直接串联到一个大电流电路是一件坏事。因此,我想让你确定哪些其他组件必须连接到仪表的运动,以限制通过其线圈的电流,以便将电路与1安培电路串联起来,使仪表的指针精确地移动到全尺寸位置。
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在你的图表中,显示额外的组件和仪表组件将连接到电池/电阻电路以测量电流的方式。
确定此电流表的测量范围:
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范围= 500 mA
确定电流表的量程只是欧姆定律的一个练习。非常重要的是,您的学生应认识到并联电阻器的值处于正常状态毫欧姆和非欧姆巨大的欧姆!是的,小写字母“m”和大写字母“m”是有区别的!
如果图中所示的导线不能打开,这条电流表电路的功能将会怎样?
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如果电阻故障断开,电流表电路的功能会发生什么变化?
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如果电阻器故障断开,安培计将变得更加灵敏。
有些学生可能认为电流表在电阻断开时根本无法响应,因为他们将“断开”故障与电流不足联系在一起,而电流不足则与电流表运动的零响应联系在一起。然而,仔细检查电路,会发现恰恰相反的情况发生。
图中所示的电流表电路带有一种特殊类型的选择开关,称为先接后断选择器:
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在如上所示的电流表电路中,这种特殊类型的选择开关非常重要。如果我们要用一个普通的(先断后通)选择开关,仪表在正常使用时容易损坏:
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解释为什么第一种电路设计优于第二种电路设计,以及什么形式的使用会对第二种电路设计(而不是第一种)造成损害。
在测量电流时改变量程会损坏第二个仪表而不是第一个仪表。
另一个解决先破后补问题的方法是使用环并联电路的每个电流测量范围都有一个独立的电阻量程。
理想情况下,安培计应该有一个非常低的输入电阻,还是一个非常高的输入电阻(输入电阻是仪表固有的电阻,就像在测试导线之间测量的那样)?解释你的答案。
理想情况下,安培计应具有尽可能少的输入电阻。当用它来测量小电阻电路中的电流时,这一点很重要。
这个问题的答案与一个非常重要的原则有关计加载.特别是技术人员,必须非常清楚仪表的负载情况,以及由此可能导致的错误测量。答案也与电流表与被测电路的连接方式有关:总是在系列!
对于任何给定的电流测量范围,机电式安培计的哪些设计参数会影响其输入电阻?换句话说,要接近安培计的“理想”输入电阻,在任何给定范围内,哪些元件值是最佳的?
为了在不改变安培计量程的情况下获得尽可能低的输入电阻,您需要一个具有最小满标度额定电流和最小线圈电阻的仪表移动。
有挑战性的问题:是否有可能按照这里给出的建议,通过增加电阻器来改善安培计的运动性能?如果是这样,如何?
如果你的学生已经学习过电压表在设计中,您可能想让他们将机电电压表中影响灵敏度的(单一)设计因素(“欧姆/伏特”)与这个问题的答案中列出的两个因素进行比较。为什么表运动线圈电阻不是伏特计灵敏度的一个因素,而是安培计灵敏度的一个因素?用这个问题来挑战你的学生,让他们提出一些不同线圈电阻的电压表电路和电流表电路的例子。让他们自己去解决问题,而不是你自己去为他们解决问题!
一些学生可能会建议,仪表运动的有效线圈电阻可以通过在运动内部增加分流电阻而降低。如果有人提出这个解决方案,在白板上用一个例子计算电流表电路,看看效果如何!
移走电阻器常被用作电流测量设备,因为当大电流通过它们时,它们被设计成降低非常精确的电压。通过测量分流电阻的电压下降量,你将能够确定通过它的电流量:
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假设一个分流电阻标有以下额定值:150 A, 50 mV.这个分流器的电阻是多少,用欧姆表示?用公制记数法、科学记数法和纯十进制记数法来表达你的答案。
公制表示法:333.3 μΩ
科学符号:3.333 ×10−4Ω
纯十进制:0.0003333 Ω
问你的学生,他们认为电阻是如何用如此低的电阻(一个欧姆的一小部分!)制造出来的。他们认为分流电阻器在现实生活中是什么样子的?如果你碰巧在教室里有一个分流电阻器,给你的学生看看后他们对其建设发表了意见。
移走用于精密电流测量的电阻总是有四个接线端子,即使普通电阻只有两个:
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解释将电压表直接连接到通过分流电阻器传导大电流的相同两个端子上会有什么问题,如下所示:
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由于电线和分流电阻体之间的螺栓连接中的杂散电阻,两线分流电阻的连接不会像四线分流电阻那样精确。
挑战性的问题:画一个原理图,显示所有杂散电阻在两线分流连接电路,以阐明概念。
尽管一小部分欧姆的“杂散”电阻看起来并不多,但与分流电阻器本身(非常)低的电阻相比,它们是重要的。
我在很多情况下遇到的学生概念上的困难之一就是困惑有多少电阻、电压、电流等构成“显著”量。例如,我曾经有学生告诉我,296,342.5欧姆和296,370.9欧姆之间的差异“非常大”,而实际上它还不到基电阻值的千分之一。学生只需将两个电阻相减,得到28.4欧姆,然后认为“28.4”是一个重要的数字,因为它与他们习惯处理的一些其他值(100欧姆、500欧姆、1000欧姆,等等)具有可比性。
相反,当分流电阻本身的整个电阻只有百分之几欧姆时,学生可能看不到分流电阻电路中百分之几欧姆的寄生电阻的重要性。在准确性问题中最重要的是百分比或者误差,而不是误差本身的绝对值。这是另一个实际应用评估技能你应该抓住每一个机会加以加强。
分路电阻器由于电阻很低,通常由相对大块的金属制成。它们的精确电阻是通过一个叫做修剪,技术人员用金属锉刀从分流导体上“修剪”金属,直到电阻达到其正确值。当然,这只有在分流电阻器的电阻太低的情况下才会起作用。就像老木匠的笑话说的那样,“我把电路板切了两次,它还是太短了!”
分流电阻的电阻值低得令人难以置信,我们如何在“微调”过程中高精度测量分流电阻?分流器的电阻太低了,一般手持式甚至台式欧姆计都无法精确测量,专门的低电阻欧姆计如开尔文双桥是很昂贵的。如果你的任务是为安培计调整一个分流电阻,而你只有一般的测试设备,你怎么做呢?
安装电流表,就地调整分流电阻器,使其通过校准的电流量。
这个问题的答案看似简单,但却非常实用。当然,在我们自己的实验室里任何时候都能有最好的测试和校准设备是很好的,但我们必须现实一点。对于你的学生来说,从实践的角度来参与这样的问题的讨论是极其重要的。作为他们的导师,你的任务和特权就是把你自己的经验带到这样的讨论中,用现实的障碍来挑战学生(通常)理想主义的期望。
建立任何模拟电压表或电流表的一个重要步骤是准确地确定表运动的线圈电阻。在电气计量学中,获得极其精确的(“标准”)电阻值往往比获得同样精确的电压或电流测量值要容易。下面是一种不需要精确测量电压或电流就可以用来确定电表运动线圈电阻的技术。
首先,连接一个十盒类型可变电阻串联与调节直流电源,然后对仪表运动进行测试。调整十进盒的电阻,使仪表移动到其刻度上的某个精确点,最好是全尺寸(100%)标记。将十进盒的电阻设定记录为R1:
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然后,将一个已知电阻与仪表运动的终端平行连接。这个电阻叫做R年代,分流器阻力。当你这样做时,仪表移动偏转将会减少。重新调整十进盒的电阻,直到仪表运动偏转回到原来的位置。将十进盒的电阻设定记录为R2:
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仪表运动的线圈电阻(R线圈)可按下列公式计算:
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你的任务是展示这个公式从何而来,从欧姆定律和任何你可能熟悉的电路分析方程中推导出来。
提示:在这两种情况下(十进制框设置为R1设为R2),通过仪表运动线圈电阻的电压相同,通过仪表运动的电流相同,电源电压相同。
我们可以从分压器方程V开始R= VTR / RT适用于每个电路方案:
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由于我们知道在两种情况下电表的电压是相同的,我们可以设这些方程彼此相等:
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注:上述等式中的双栏表示平行相当于R线圈和R年代,你可以用相应的数学表达式代替。
这个问题实际上不过是代数上的一个练习,尽管它也说明了如何通过使用标准电阻器而不是精确的电压表或电流表来获得精确的电气测量。
别光坐在那儿!构建的东西! ! |
学习数学分析电路需要大量的研究和实践。通常,学生通过练习大量的样例问题,并对照课本或老师提供的答案进行检查。虽然这很好,但还有更好的方法。
你会学到更多建立和分析实际电路让你的测试设备来提供“答案”,而不是书本或其他人。对于成功的电路构建练习,遵循以下步骤:
避免电阻值过高或过低,避免仪表“负载”造成的测量误差。我推荐电阻在1 kΩ和100 kΩ之间,除非,当然,电路的目的是说明仪表负载的效果!
节省时间和减少出错可能性的一种方法是,从一个非常简单的电路开始,在每次分析后逐步添加元件以增加其复杂性,而不是为每个练习问题构建一个全新的电路。另一种节省时间的技术是在各种不同的电路配置中重复使用相同的组件。这样,您就不必多次测量任何组件的值。
让电子自己给你自己的“实践问题”答案吧!
我的经验是,学生需要大量的电路分析练习才能熟练。为此,教师通常会给他们的学生提供大量的练习问题,让他们完成,并提供答案,让学生检查他们的作业。虽然这种方法使学生精通电路理论,但它未能充分教育他们。
学生们不仅仅需要数学练习。他们还需要实际的、动手实践构建电路和使用测试设备。因此,我建议学生采取以下替代方法:学生应该构建自己用实际元件“实践问题”,并尝试用数学方法预测各种电压和电流值。这样,数学理论就“活了起来”,学生们就能熟练地运用数学,而不仅仅是解方程。
遵循这种练习方法的另一个原因是教学生科学的方法:通过执行真实的实验来检验假设(在本例中是数学预测)的过程。学生也将发展真正的故障排除技能,因为他们偶尔会做出电路构造错误。
在开始构建电路之前,花一些时间与全班同学一起复习一些构建电路的“规则”。与学生以通常讨论工作表问题的苏格拉底式方式讨论这些问题,而不是简单地告诉他们应该做什么和不应该做什么。当以典型的讲座(讲师独白)形式呈现时,学生们对指导的理解是多么糟糕,我对此从未停止过惊讶!
对于那些抱怨让学生构建真实电路而不仅仅是数学分析理论电路的“浪费”时间的老师,我要提醒他们:
学生上这门课的目的是什么?
如果您的学生将使用真实的电路,那么他们应该尽可能地在真实的电路中学习。如果你的目标是培养理论物理学家,那么务必坚持抽象分析!但我们大多数人都计划让我们的学生在现实世界中做一些事情,利用我们给他们的教育。raybet电子竞技竞猜当他们将知识应用于实际问题时,花在构建真实电路上的“浪费”时间将带来巨大的回报。
此外,让学生构建自己的实践问题可以教会他们如何执行主要研究,从而使他们能够自主地继续电气/电子教育。雷竞技最新appraybet电子竞技竞猜
在大多数科学中,建立真实的实验比建立电路要困难和昂贵得多。核物理、生物、地质和化学的教授们会很乐意让他们的学生将高等数学应用到真正的实验中,而不会造成任何安全隐患,而且成本低于教科书。他们不能,但你可以。利用你的科学固有的便利,而且让你的学生在许多真实的电路上练习他们的数学!
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