Что измеряет и показывает вольтметр

Такой прибор, как вольтметр, знаком каждому еще со времен изучения физики, а точнее — электродинамики. Если знать, что измеряет вольтметр, можно применять его с пользой. Главное — помнить, что подключать в сеть его нужно параллельно, иначе показания будут неточными. При работе важно соблюдать меры предосторожности, так как электрический ток любого напряжения представляет опасность для жизни.

Подробнее о приборе

Вольтметр предназначен для измерения напряжения тока в электрической цепи. Название его происходит от традиционного для измерительных приборов слова «метр» и от единицы измерения напряжения — «Вольт». Достаточно включить такой прибор в сеть, и он начнет показывать значение напряжения.

Конечно, без погрешностей не обходится, но они незначительны. Для того чтобы показания прибора были идеальными, он должен иметь бесконечное внутреннее сопротивление, в противном случае неизбежно его влияние на ту цепь, к которой он подключен. Разумеется, такое сопротивление быть не может: идеальных вольтметров не бывает, но при их производстве делается все возможное, чтобы повысить внутреннее сопротивление.

Что такое напряжение

Чтобы точно понять, как работает и что показывает вольтметр, необходимо знать, что собой представляет объект его измерения. Важно понимать, что такое напряжение и от чего зависит его величина.

Как известно, из школьного курса физики, величина вычисляется по формуле U=IR, где:

• U — это собственно и есть напряжение;
• I — сила тока;
• R — сопротивление на участке цепи.

Чтобы определить напряжение в сети, нужно умножить силу тока на сопротивление. Причем предварительно, следует узнать, чему равны две последние величины. Например, если сила тока равна 5 Ампер, а сопротивление на участке — 2 Ом, то напряжение составит 10 Вольт.

Впрочем, приведенная выше формула, хоть и максимально проста, но все же не дает представления о том, что же такое напряжение и зачем его вообще нужно измерять. Ведь это лишь цифры, не более. Сам ток, к сожалению, не виден, как, впрочем, не видны и заряженные микроскопические частицы.

Для простоты понимания можно сравнить электрический ток в проводнике с предметами, которые часто нами наблюдаются в обыденной жизни. В частности, здесь поможет сравнение с движением воды в реках и водопадах: то есть ее течением с высокого уровня на низкий. Здесь напряжение соответствует высоте: разности уровней. Иными словами напряжение в электросети — это то же самое, что напор воды в реке. Если напряжения в сети нет, то нет и тока. Также не будет и течения в том водоеме, где уровень воды всюду одинаков, например, в пруду или в озере.

На шкале прибора обычно ставят букву «V». Это делается для того, чтобы его проще можно было отличить от других электроизмерительных приборов, например, от амперметра, который показывает силу тока. Дело в том, что эти приборы внешне очень похожи друг на друга.

Диапазон вольтметра может быть различным. Те приборы, которые предназначены для включения в слабую электрическую сеть, максимум могут показать 5 Вольт. Бывают приборы и с большим диапазоном, например, в 10 или в 25 Вольт. Более мощные устройства способны показывать и тысячу Вольт. Разумеется, все зависит от предназначения вольтметра.

Разновидности вольтметров

Есть несколько видов вольтметров. В первую очередь устройства вольтметров подразделяются на две основные разновидности:

1. Стационарные. Как правило, встроены в саму сеть и отсоединение их не представляется возможным.
2. Мобильные. Их можно переносить с места на место и использовать в разных электросетях.

Выделяется также несколько видов вольтметров по принципу действия. Среди них есть множество электромеханических и пара электронных. Последние, в свою очередь, могут быть цифровыми и аналоговыми. Значение напряжения может указываться движущейся стрелкой или меняющимися электронными цифрами на дисплее.

Также вольтметры классифицируются по назначению. Среди них выделяются приборы, предназначенные для измерения постоянного тока или переменного.

Кроме того, устройства могут быть импульсными, фазочувствительными, универсальными.

Технические характеристики

Характеристики вольтметра зависят от его предназначения. Например, прибор, который измеряет напряжение постоянного тока, может обладать двумя, тремя или большим количеством диапазонов. Их число как раз и является одной из важнейших технических характеристик.

При выборе вольтметра нужно:

1. Обращать внимание на такую характеристику, как входное сопротивление. Она зависит от того, в каком диапазоне находится напряжение исследуемого участка электросети
2. Учитывать цену деления шкалы прибора и его погрешность в измерении.
3. Если был приобретен универсальный вольтметр, то обязательно учесть диапазоны величин, с которыми вольтметр может работать: сопротивления, силы тока, температуры.

Принцип работы

Как уже говорилось выше, по принципу действия вольтметры подразделяются на две разновидности — электромеханические и электронные. Строение первых представляет собой магнитную систему, которая способна реагировать на электрическое поле. Главный недостаток таких приборов состоит в том, что они, будучи подключенными к сети, способны сами на нее влиять, и поэтому их показания зачастую являются неточными.

Электронные же приборы, которые сегодня, в эпоху цифровых технологий становятся все популярнее, могут преобразовывать аналоговый сигнал в цифровой. Такие приборы недороги и очень удобны в использовании.

При подключении устройства в сеть важно соблюдать основное правило: его зажимы должны подсоединяться к тем точкам цепи, между которыми определяется напряжение. Такое подключение называется параллельным. Это требование нужно соблюдать обязательно, иначе устройство может просто-напросто перегореть.

Меры безопасности

Поскольку сам прибор имеет большое сопротивление, а в сеть он подключается параллельно, вероятность того, что при работе с ним человек получит сильный удар током, минимальна. Однако если вольтметры используются в промышленности, часто приходится иметь дело с большими значениями напряжения и других величин, характеризующих электрический ток.

Нужно быть очень осторожным, измеряя напряжение в сети посредством этого электроизмерительного прибора. Ни в коем случае нельзя прикасаться к прибору голыми руками. Избежать несчастного случая помогут перчатки из непроводящего ток материала, например, из резины.

Нельзя прикасаться к оголенным проводам, даже если уже известно, что напряжение в них не очень велико, например, Вольт или еще меньше.

Вольтметр что измеряет и в каких единицах

Приборы для измерения напряжения

Первый учёный, который сконструировал и создал достаточно мощную электрическую батарею постоянного тока, был известный итальянский физик Александро Вольта. Эта батарея получила название «вольтов столб» и состояла из нескольких тысяч кружочков из цинка и меди, которые разделялись пропитанными в соляной кислоте матерчатыми прокладками. Он использовал батареи с большим или меньшим количеством элементов. Маленькие батареи давали слабую искру, большие батареи сильную и яркую.

Учёный вплотную подошёл к количественному понятию напряжения, поэтому единицу разности потенциалов назвали его именем: «Вольт». В международной системе единиц СИ вольт обозначается буквой «V», отсюда напряжение переменного тока обозначается: VAC, а напряжение постоянного тока: VDC. У нас единица величины напряжения обозначается буквой «В» – вольт. Например, 220 В, 380 В и наиболее часто используемые производные: 10 3 -киловольт (kV), 10 6 -мегавольт, 10 -3 -милливольт (mV), 10 -6 -микровольт (μV). Другие большие или меньшие производные используются только в лабораторных условиях. Подробнее о производных величинах читайте на странице про сокращённую запись численных величин.

Для измерения напряжения или разности потенциалов используется прибор, который называется вольтметр. На снимке изображён щитовой стрелочный вольтметр, который может монтироваться на щите управления, какого либо устройства. Он используется только для измерения конкретной величины напряжения на одном из узлов данного устройства. Тот вольтметр, что изображён на фото, применяется для измерения постоянного напряжения до 15 вольт. Взгляните на его шкалу. Она ограничена 15 вольтами.

На принципиальных схемах условное изображение вольтметра может выглядеть вот так.

Из рисунка видно, что условное изображение вольтметра на схеме может быть разным. Если в кружке обозначена буква «V», то это означает, что данный вольтметр рассчитан на измерения величин напряжения, составляющих единицы – сотни вольт. Изображения с обозначением «mV» и «μV» указываются в тех случаях, если вольтметр рассчитан на измерение долей вольта – милливольт (1mV = 0,001V) и микровольт (1μV = 0,000001 V). Иногда рядом с изображением вольтметра также указывается максимальная величина напряжения, которую способен измерить вольтметр. Например, вот так – 100 mV. Обычно эта величина указывается для встраиваемых стрелочных вольтметров. Превышать это напряжение не стоит, так как можно испортить прибор.

Кроме этого, рядом с выводами вольтметра могут быть проставлены знаки полярности подключения его в схему « +» и «–». Это касается тех вольтметров, которые применяются для измерения постоянного напряжения.

Следует отметить, что щитовые вольтметры это частный случай использования этих приборов. В лабораториях, на радиозаводах, в конструкторских бюро и радиолюбительской практике, вольтметры используются чаще всего в составе мультиметров, которые раньше назывались авометры, то есть ампер-вольт-омметр.

В настоящее время с развитием цифровой электроники стрелочные приборы отходят в прошлое и им на смену приходят цифровые мультиметры с удобной цифровой шкалой, автоматическим переключением предела измерения, малой погрешностью и высоким классом точности.

В радиолюбительской практике на смену «цешкам» и «авошкам» пришли компактные и удобные цифровые приборы. Работать с ними не сложно, но определённые меры безопасности применять необходимо.

Как измерить напряжение мультиметром?

Следует твёрдо помнить, что вольтметр, в отличие от амперметра подключается параллельно нагрузке.

Например, вам надо замерить напряжение на резисторе, который является частью электронной схемы. В таком случае переключаем мультиметр в режим измерения напряжения (постоянного или переменного – смотря какой ток течёт в цепи), устанавливаем наивысший предел измерения. По мере накопления опыта предел измерения вы научитесь выставлять более осознанно, порой пренебрегая данным правилом. Далее подключаем щупы мультиметра параллельно резистору. Вот как это можно изобразить в виде схемы.

Вот так плавно мы переходим к определению так называемого шунта. Как видим из схемы, вольтметр, который измеряет напряжение на резисторе R1, создаёт параллельный путь току, который протекает по электрической цепи. При этом часть тока (Iшунт) ответвляется и течёт через измерительный прибор – вольтметр PV1. Далее опять возвращается в цепь.

В данном случае вольтметр PV1 шунтирует резистор R1 – создаёт обходной путь для тока. Для электрической цепи вольтметр – это шунт – обходной путь для тока. По закону ома, напряжение на участке цепи зависит от протекающего по этой цепи тока. Но мы ведь ответвили часть тока в цепи и провели эту часть через вольтметр. Поскольку сопротивление резистора неизменно, а ток через резистор уменьшился (I_R1), то и напряжение на нём изменилось. Получается, что вольтметром мы измеряем напряжение на резисторе, которое образовалось после того, как мы подключили к схеме измерительный прибор. Из-за этого образуется погрешность измерения.

Как же уменьшить воздействие измерительного прибора на электрическую цепь при проведении измерений? Необходимо увеличить, так называемое «входное сопротивление» измерительного прибора – вольтметра. Чем оно выше, тем меньшая часть тока шунтируется измерительным прибором и более точные данные мы получаем при измерениях.

Современные цифровые мультиметры обладают достаточно большим входным сопротивлением и практически не влияют на работу схемы при проведении измерений. При этом точность измерений, естественно, достаточно высока.

Ранее все приборы были стрелочные, а для того, чтобы высоким напряжением не вывести прибор из строя применялись резистивные шунты, которые уменьшали величину измеряемого напряжения до безопасной величины. Но эти шунты вносили так называемое «паразитное сопротивление» и это сказывалось на точности измерений.

Поэтому в лабораторных условиях использовались специальные ламповые вольтметры, которые обладали большим входным сопротивлением и некоторые из них имели класс точности в доли процента.

Перейдём к практике.

Прежде всего, не забывайте, что есть переменное (англ. сокращение – VAC) и постоянное напряжение (VDC). Профессиональные приборы сами определяют, с каким напряжением вы работаете, и сами переключаются в нужный режим и на требуемый поддиапазон измерений. При работе с малогабаритными приборами все переключения нужно делать вручную.

На снимке показана часть панели управления популярного и недорогого тестера DT-830B.

Хорошо видно, что пределы измерения переменного напряжения ограничены величинами: 750 вольт (750 V

) и 200 вольт (200 V

). Понятно, что к силовым промышленным сетям с этим прибором не стоит и близко подходить. Шкала постоянного и импульсного напряжения несколько больше: от 200 милливольт (200 mV) до тысячи вольт (1000).

Как уже говорилось, чтобы замерить напряжение на участке схемы, нужно выбрать переключателем пределов измерения самый большой предел измерения и подключить щупы мультиметра параллельно тому участку цепи, на котором производится замер.

Если предел измерения подходит – то на дисплее появятся показания. Если этого не происходит, то отключаем вольтметр от схемы, уменьшаем предел измерения на один шаг. Повторяем измерение. И так далее до получения показаний.

Имейте в виду, что провода измерительных щупов со временем изнашиваются. При этом нарушается электрический контакт. Перед проведением любых измерений проверяйте целостность щупов!

Также часто бывает необходимо замерить напряжение на выходе блока питания или химического источника тока (батарейки или аккумулятора).

Выбираем ту секцию на панели прибора, которая отвечает за измерение постоянного напряжения. Выставляем предел чуть больше того напряжения, что мы хотим измерить. Далее подключаем щупы прибора в соответствии с полярностью и изменяем предел измерения в сторону уменьшения до тех пор, пока на табло не появятся данные.

На фото показан замер напряжения составной батареи из трёх батареек 1,5V с помощью мультиметра Victor VC9805A+. Для измерения выбран предел 20V.

Аналогично замеряется напряжение на герметичном свинцовом аккумуляторе.

Стоит понимать, что таким образом мы замеряем так называемую ЭДС. ЭДС или электродвижущая сила – это напряжение на клеммах аккумулятора без подключенной нагрузки. Если к аккумулятору подключить какой-либо прибор, то напряжение будет чуть меньше.

Никогда не касайтесь руками оголённых щупов! Небольшим напряжением от 1,5-вольтовой батарейки вас, конечно, не убьёт, но вот при измерении напряжений более 24 вольт могут быть серьёзные последствия от удара током.

Чтобы руки оставались свободными используйте зажимы типа «крокодил», но подключать их нужно при отключенном от сети приборе. Часто возникает необходимость измерять напряжение на рабочей плате, в разных её точках.

Если вы работаете с низковольтным устройством, бойтесь только закоротить щупами отдельные проводники. Для замеров напряжения в устройстве, как правило, применяется следующая методика.

Соедините «земляной» щуп прибора и «землю» платы как можно надёжнее. Работать одним щупом всегда удобнее. Для тех, кто не в курсе, «земляным» или «общим» щупом у прибора называется тот щуп, который подключается к разъёму COM. Обычно он чёрного цвета. Сокращение COM получено от английского слова common – «общий».

Наденьте на рабочий щуп прибора кусочек трубки ПВХ, оставив только крохотный острый кончик. Это делать не обязательно, но желательно. При случайном касании щупом соседних проводников трубка ПВХ изолирует контакты и убережёт от короткого замыкания.

По принципиальной схеме, в контрольных точках проведите нужные вам замеры по отношению к «земле» – корпусному или по-другому общему проводу. Высокое входное сопротивление тестера работу вашей схемы не нарушит.

Измерение переменного напряжения производится аналогичным образом. Можно для пробы измерить переменное напряжение электросети в собственной квартире.

На снимке видно, что установлен максимальный предел 750 вольт (напряжение переменное – V

). При установке этого предела на индикаторе высвечиваются две буквы: HV – высокое напряжение (сокращение от англ. – High Voltage). Поскольку напряжение переменное, то полярность не имеет значения. В данном случае величина напряжения сети – 217 вольт.

Как уже говорилось, при работе с высоким напряжением следует соблюдать правила электробезопасности.

03 Ноя 2016г | Раздел: Электрика

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Основной единицей измерения электрического напряжения является вольт. В зависимости от величины напряжение может измеряться в вольтах (В), киловольтах (1 кВ = 1000 В), милливольтах (1 мВ = 0,001 В), микровольтах (1 мкВ = 0,001мВ = 0,000001 В). На практике, чаще всего, приходится сталкиваться с вольтами и милливольтами.

Существует два основных вида напряжений – постоянное и переменное. Источником постоянного напряжения служат батареи, аккумуляторы. Источником переменного напряжения может служить, например, напряжение в электрической сети квартиры или дома.

Для измерения напряжения используют вольтметр. Вольтметры бывают стрелочные (аналоговые) и цифровые.

На сегодняшний день стрелочные вольтметры уступают пальму первенства цифровым, так как вторые более удобны в эксплуатации. Если при измерении стрелочным вольтметром показания напряжения приходится вычислять по шкале, то у цифрового результат измерения сразу высвечивается на индикаторе. Да и по габаритам стрелочный прибор проигрывает цифровому.

Но это не значит, что стрелочные приборы совсем не применяются. Есть некоторые процессы, которые цифровым прибором увидеть нельзя, поэтому стрелочные больше применяются на промышленных предприятиях, лабораториях, ремонтных мастерских и т.п.

На электрических принципиальных схемах вольтметр обозначается кружком с заглавной латинской буквой «V» внутри. Рядом с условным обозначением вольтметра указывается его буквенное обозначение «PU» и порядковый номер в схеме. Например. Если вольтметров в схеме будет два, то около первого пишут «PU 1», а около второго «PU 2».

При измерении постоянного напряжения на схеме указывается полярность подключения вольтметра, если же измеряется переменное напряжение, то полярность подключения не указывается.

Напряжение измеряют между двумя точками схемы: в электронных схемах между плюсовым и минусовым полюсами, в электрических схемах между фазой и нулем. Вольтметр подключают параллельно источнику напряжения или параллельно участку цепи — резистору, лампе или другой нагрузке, на которой необходимо измерить напряжение:

Рассмотрим подключение вольтметра: на верхней схеме напряжение измеряется на лампе HL1 и одновременно на источнике питания GB1. На нижней схеме напряжение измеряется на лампе HL1 и резисторе R1.

Перед тем, как измерить напряжение, определяют его вид и приблизительную величину. Дело в том, что у вольтметров измерительная часть рассчитана только для одного вида напряжения, и от этого результаты измерений получаются разными. Вольтметр для измерения постоянного напряжения не видит переменное, а вольтметр для переменного напряжения наоборот, постоянное напряжение измерить сможет, но его показания будут не точными.

Знать приблизительную величину измеряемого напряжения также необходимо, так как вольтметры работают в строго определенном диапазоне напряжений, и если ошибиться с выбором диапазона или величиной, прибор можно повредить. Например. Диапазон измерения вольтметра составляет 0…100 Вольт, значит, напряжение можно измерять только в этих пределах, так как при измерении напряжения выше 100 Вольт прибор выйдет из строя.

Помимо приборов, измеряющих только один параметр (напряжение, ток, сопротивление, емкость, частота), существуют многофункциональные, в которых заложено измерение всех этих параметров в одном приборе. Такой прибор называется тестер (в основном это стрелочные измерительные приборы) или цифровой мультиметр.

На тестере останавливаться не будем, это тема другой статьи, а сразу перейдем к цифровому мультиметру. В основной своей массе мультиметры могут измерять два вида напряжения в пределах 0…1000 Вольт. Для удобства измерения оба напряжения разделены на два сектора, а в секторах на поддиапазоны: у постоянного напряжения поддиапазонов пять, у переменного — два.

У каждого поддиапазона есть свой максимальный предел измерения, который обозначен цифровым значением: 200m, 2V, 20V, 200V, 600V. Например. На пределе «200V» измеряется напряжение, находящееся в диапазоне 0…200 Вольт.

Теперь сам процесс измерения.

1. Измерение постоянного напряжения.

Вначале определяемся с видом измеряемого напряжения (постоянное или переменное) и переводим переключатель в нужный сектор. Для примера возьмем пальчиковую батарейку, постоянное напряжение которой составляет 1,5 Вольта. Выбираем сектор постоянного напряжения, а в нем предел измерения «2V», диапазон измерения которого составляет 0…2 Вольта.

Измерительные щупы должны быть вставлены в гнезда, как показано на нижнем рисунке:

красный щуп принято называть плюсовым, и вставляется он в гнездо, напротив которого изображены значки измеряемых параметров: «VΩmA»;
черный щуп называют минусовым или общим и вставляется он в гнездо, напротив которого стоит значок «СОМ». Относительно этого щупа производятся все измерения.

Плюсовым щупом касаемся положительного полюса батарейки, а минусовым — отрицательного. Результат измерения 1,59 Вольта сразу виден на индикаторе мультиметра. Как видите, все очень просто.

Теперь еще нюанс. Если на батарейке щупы поменять местами, то перед единицей появится знак минуса, сигнализирующий, что перепутана полярность подключения мультиметра. Знак минуса бывает очень удобен в процессе наладке электронных схем, когда на плате нужно определить плюсовую или минусовую шины.

Ну а теперь рассмотрим вариант, когда величина напряжения неизвестна. В качестве источника напряжения оставим пальчиковую батарейку.

Допустим, мы не знаем напряжение батарейки, и чтобы не сжечь прибор измерение начинаем с самого максимального предела «600V», что соответствует диапазону измерения 0…600 Вольт. Щупами мультиметра касаемся полюсов батарейки и на индикаторе видим результат измерения, равный «001». Эти цифры говорят о том, что напряжения нет или его величина слишком мала, или выбран слишком большой диапазон измерения.

Опускаемся ниже. Переключатель переводим в положение «200V», что соответствует диапазону 0…200 Вольт, и щупами касаемся полюсов батарейки. На индикаторе появились показания равные «01,5». В принципе этих показаний уже достаточно, чтобы сказать, что напряжение пальчиковой батарейки составляет 1,5 Вольта.

Однако нолик, стоящий впереди, предлагает снизиться еще на предел ниже и точнее измерить напряжение. Снижаемся на предел «20V», что соответствует диапазону 0…20 Вольт, и снова производим измерение. На индикаторе высветились показания «1,58». Теперь можно с точностью сказать, что напряжение пальчиковой батарейки составляет 1,58 Вольта.

Вот таким образом, не зная величину напряжения, находят ее, постепенно снижаясь от высокого предела измерения к низкому.

Также бывают ситуации, когда при измерении в левом углу индикатора высвечивается единица «1». Единица сигнализирует о том, что измеряемое напряжение или ток выше выбранного предела измерения. Например. Если на пределе «2V» измерить напряжение равное 3 Вольта, то на индикаторе появится единица, так как диапазон измерения этого предела всего 0…2 Вольта.

Остался еще один предел «200m» с диапазоном измерения 0…200 mV. Этот предел предназначен для измерения совсем маленьких напряжений (милливольт), с которыми иногда приходится сталкиваться при наладке какой-нибудь радиолюбительской конструкции.

2. Измерение переменного напряжения.

Процесс измерения переменного напряжения ни чем не отличается от измерения постоянного. Отличие состоит лишь в том, что для переменного напряжения соблюдать полярность щупов не требуется.

Сектор переменного напряжения разбит на два поддиапазона 200V и 600V.
На пределе «200V» можно измерять, например, выходное напряжение вторичных обмоток понижающих трансформаторов, либо любое другое находящееся в диапазоне 0…200 Вольт. На пределе «600V» можно измерять напряжения 220 В, 380 В, 440 В или любое другое находящееся в диапазоне 0…600 Вольт.

В качестве примера измерим напряжение домашней сети 220 Вольт.
Переводим переключатель в положение «600V» и щупы мультиметра вставляем в розетку. На индикаторе сразу появился результат измерения 229 Вольт. Как видите, все очень просто.

И еще один момент.
Перед измерением высоких напряжений ВСЕГДА лишний раз убеждайтесь в исправности изоляции щупов и проводов вольтметра или мультиметра, а также дополнительно проверяйте выбранный предел измерения. И только после всех этих операций производите измерения. Этим Вы убережете себя и прибор от неожиданных сюрпризов.

А если что осталось не понятно, то посмотрите видеоролик, где показано измерение напряжения и силы тока с помощью мультиметра.

Как Вы убедились, измерить напряжение мультиметром не так уж и сложно. Главное понимать что, где и как. И в заключении хочу предложить Вам прочитать статью прибор для измерения силы тока, как измерить силу тока мультиметром.
Удачи!

В этом посте вы узнаете, что такое вольтметр, его принцип работы, чувствительность к напряжению, различные типы вольтметров и их применение.

С момента своего изобретения вольтметр всегда был основой измерений силовых цепей. Чтобы убедиться, что ваша схема была спроектирована и собрана правильно, вам понадобятся измерительные приборы на основе измерителя напряжения для ее проверки.

Что такое вольтметр

Вольтметр — это измерительный прибор, который измеряет напряжение между двумя узлами в электрической цепи. В аналоговых вольтметрах указатель перемещается по шкале пропорционально напряжению цепи. Цифровые вольтметры имеют цифровое отображение напряжения с использованием аналого-цифрового преобразователя.

Постоянно установленные вольтметры используются для контроля генераторов или других стационарных устройств. Портативные приборы оснащены мультиметром для измерения тока и сопротивления. Это стандартные измерительные приборы, используемые в электротехнике и электронике.

Принцип работы вольтметра

Его работа основана на принципе закона Ома. Закон Ома гласит: «Напряжение на сопротивлении прямо пропорционально току, проходящему через него». Любой базовый счетчик имеет разность потенциалов на своих клеммах, когда через него протекает полномасштабный ток. Символом для обозначения вольтметра является круг с вложенной буквой V.

Вольтметр всегда подключается параллельно к нагрузке в цепи, для которой должно измеряться напряжение. Вольтметр постоянного тока имеет знаки полярности. Поэтому необходимо подключить клемму плюса (+) вольтметра к верхней точке потенциала, а клемму минуса (-) к нижней точке потенциала, чтобы получить отклонение вольтметра.

В вольтметре переменного тока нет знаков полярности, и его можно подключить в любом случае. Однако в этом случае также вольтметр все еще подключен параллельно к нагрузке, для которого измеряется напряжение. Вольтметр с диапазоном высокого напряжения создается путем последовательного соединения сопротивления с измерительным механизмом, который имеет полную шкалу напряжения, как показано на рисунке ниже.

Рис. 3 — Полная шкала напряжения

Типы вольтметров

Аналоговые вольтметры

Включает отклоняющий тип индикаторных измерителей напряжения. Аналоговый вольтметр можно разделить на три категории.

• Инструменты с подвижной катушкой
• Движущиеся железно
• Электростатический вольтметр

Инструменты с подвижной катушкой

Тип измерительных приборов с подвижной катушкой Аналоговые вольтметры доступны в двух типах. Они есть:

• Инструменты с подвижной катушкой с постоянным магнитом
• Инструменты с подвижной катушкой

Инструменты с подвижной катушкой с постоянным магнитом

Инструменты с постоянными магнитами с подвижной катушкой реагируют только на постоянный ток. Эти инструменты имеют постоянный магнит для создания магнитного поля. Катушка намотана на кусок мягкого железа и вращается вокруг собственной вертикальной оси. Когда ток течет через катушку, отклоняющий крутящий момент генерируется в соответствии с уравнением силы Лоренца.

Приборы с подвижной катушкой типа «Динамо» состоят из двух катушек. Одна катушка зафиксирована, а другая катушка вращается вокруг нее. Взаимодействие двух полей создает отклоняющий момент.

Инструменты с подвижным железом

Инструменты с подвижным железом используются в цепях переменного тока и подразделяются на инструменты с простым подвижным железом, типом динамометра и индукционным. Он состоит из мягкого железа, содержащего подвижные и неподвижные катушки.

Взаимодействие потоков, создаваемых этими элементами, создает отклоняющий момент. Диапазоны расширены за счет удержания резисторов последовательно с катушкой.

Электростатический вольтметр

Он работает по электростатическому принципу, когда отталкивание между двумя зарядовыми пластинами отклоняется от указателя, прикрепленного к пружине.

Эти приборы используются для измерений переменного и постоянного тока высокого напряжения. Это высокочувствительные приборы, способные измерять минимальное напряжение заряда, а также напряжение высокого диапазона почти 200 кВ.

Вакуумный ламповый вольтметр

Эти типы инструментов могут работать как с переменным / постоянным напряжением, так и с измерениями сопротивления. Эти устройства используют электронный усилитель между входом и счетчиком.

Если это устройство использует вакуумную лампу в усилителе, то это называется вакуумным ламповым вольтметром (VTVM). VTVM используются в измерениях переменного тока высокой мощности.

Полевой транзистор (FET) — это транзистор, который использует электрическое поле для управления электрическим поведением устройства. Они также известны как униполярные транзисторы. Вольтметр на основе полевых транзисторов использует это свойство полевых транзисторов при измерении напряжения.

Цифровой вольтметр (DVM)

DVM отображает напряжение с помощью светодиодов или ЖК-дисплеев для отображения результата. Прибор должен содержать аналого-цифровой преобразователь. Устройство содержит запрограммированный микроконтроллер, АЦП и ЖК-дисплей для обеспечения точного цифрового отображения аналоговых значений от 0 до 15 вольт постоянного тока.

Они используются из-за таких свойств, как точность, долговечность и уменьшают ошибки параллакса.

Применения вольтметра

Приложения вольтметра включают в себя:

• Это очень полезно для определения напряжения устройства накопления заряда, например, для проверки напряжения батареи. Например, новая ячейка ААА будет иметь около 1,6 В. Свинцово-кислотный автомобильный аккумулятор 12 В будет показывать 12,5 В при полной зарядке или 14 В при зарядке от генератора в автомобиле. Если он показывает 10 В, значит, с генератором что-то не так.
• Его можно использовать просто для того, чтобы узнать, есть ли в цепи питание или нет, например, в сетевой розетке.
• Убедитесь, что питание включено или выключено на приборах.
• Мы можем рассчитать ток путем измерения напряжения на известном сопротивлении. Это полезно, когда у вас нет амперметра.
• Они используются для построения проверки непрерывности с последовательным аккумулятором.
• Они используются для построения омметра с помощью делителя напряжения с неизвестным резистором.
• Они используются для построения амперметра путем измерения напряжения на шунтирующем резисторе.

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

Вольтметр. Измерение напряжения

Для измерения напряжения используют вольтметр. Вольтметр внешне похож на амперметр, но, в цепь он включается иначе.

Поскольку напряжение может существовать только между какими-то точками, для включения вольтметра в цепь используют параллельное подключение. Как и у амперметра, у вольтметра есть две клеммы, одна из которых помечена знаком «+». Эту клемму следует соединять с положительным полюсом, чтобы прибор работал правильно.

Напряжение, как таковое не может существовать в одной точке, поскольку теряется смысл самого понятия «напряжение». Поэтому когда мы говорим о напряжении на участке цепи, мы имеем ввиду, напряжение между двумя конкретными точками. Чтобы измерить напряжение между полюсами источника, клеммы подключают непосредственно к источнику. Так, если подключить вольтметр к полюсам стандартной пальчиковой батарейки, мы увидим, что напряжение составляет от одного до полутора вольт.

Упражнения.

Задача 1. На рисунке показана цепь, в которой ток в лампочке измеряется с помощью амперметра. В цепь включается вольтметр так, как показано на рисунке. Амперметр показывает 500 мА, а вольтметр — 5 В. Что покажут приборы при нажатии на включатель?

При нажатии на выключатель, лампочка будет выключена из цепи, т.е. по ней перестанет проходить ток. Поэтому амперметр покажет 0 А. Вольтметр же измеряет напряжение между полюсами источника, а выключение лампочки на это напряжение никак не влияет. Поэтому вольтметр по-прежнему будет показывать 5 В.

Задача 2.  Одна клемма вольтметра подключена к выключателю. Вольтметр показывает 12 В. Что будет показывать вольтметр при нажатии на выключатель?

Конечно, он будет показывать 0 В, потому что при нажатии на выключатель, подключенная к нему клемма тоже выключится из цепи, и фактически, вольтметр не будет подключен.

Задача 3.  У вас есть рубильник, с помощью которого вы можете контролировать силу тока в цепи. У рубильника есть 5 положений: 0, 1, 2, 3 и 4 А. К цепи подключена лампочка и вольтметр. На данный момент напряжение составляет 4 В, а ток — 2 А. Сможете ли вы поддерживать постоянную яркость лампочки, если напряжение может увеличиться вдвое, уменьшиться в полтора раза или уменьшиться на 2 В?

Нужно подумать, от чего зависит яркость лампочки. Мы уже говорили, что яркость лампочки менялась при скачках напряжения из-за того, что ток совершал различную работу. Но, в данной ситуации у нас есть возможность изменять силу тока. Значит, надо попытаться изменениями силы тока компенсировать изменения напряжения, чтобы работа тока была постоянной. Именно в этом и состоит вопрос в нашей задаче: сможем ли мы удерживать работу постоянной.

назначение, принцип работы, типы, схема подключения

Вольтметр – это прибор, назначение которого измерять электродвижущую силу (ЕДС) на определенном участке электрической цепи, или проще – прибор для измерениянапряжения (разность электрических потенциалов). Этот прибор всегда подключается параллельно элементу питания или нагрузке. Измеренное значение вольтметр показывает в Вольтах.

Если говорить об идеальном вольтметре, то он должен обладать бесконечным внутренним сопротивлением, чтобы точно измерять напряжение и не оказывать побочного воздействия на цепь. Именно поэтому в приборах высокого класса стараются сделать максимально возможным внутреннее сопротивление, от которого зависит точность измерения и помехи, создаваемые вольтметром в электрической цепи.

---

Рисунок — Формулы измерения напряжения

Если говорить о способе монтажа, то вольтметры подразделяют на три основные группы:

• Стационарные;

• Щитовые;

• Переносные;

Как становится ясно из названия, стационарные приборы используются там, где необходим постоянный контроль, щитовые – в распределительных щитках и на приборных панелях, а переносные – в компактных приборах, которые можно использовать в любом месте.

Рисунок — Схема подключения вольтметра

Посмотрите видео о подключении вольтметра:

По назначению все вольтметры делятся

• Переменного тока;

• Постоянного тока;

• Селективные;

• Фазочувствительные;

• Импульсные.

Вольтметры переменного тока, как и постоянного используются для измерений в сетях с соответствующим типом тока, а вот селективные – могут отделять гармоническую составляющую сложного сигнала, и определять среднеквадратическое значение напряжения.

Импульсный вольтметр обычно используют для измерений амплитуды постоянных импульсных сигналов, а также они способны точно определить амплитуду одиночного импульса.

Фазочувствительные приборы могут измерять изменения составляющих комплексных напряжений, благодаря чему становится возможным точное исследование амплитудно-фазовой характеристики усилителей, и прочих подобных схем.

По принципу действия различают электронные (цифровые или аналоговые), и электромеханические вольтметры (электромагнитные, термоэлектрические, а также магнитоэлектрические, электродинамические и электростатические).

Все электромеханические приборы, за исключением термоэлектрических, по сути, являются обычным измерительным механизмом с показывающим устройством. Во всех них для расширения пределов измерений применяются дополнительные сопротивления.

Приборы данной категории, не смотря на довольно высокое внутреннее сопротивление, имеют относительно большую погрешность, что делает невозможным их использование в ходе экспериментов и исследований, где требуется повышенная точность данных.

Термоэлектрический вольтметр использует для замеров электродвижущую силу одной или нескольких термопар, которые греются из-за тока входящего сигнала. Они более точны и компактны, в сравнении с электромеханическими измерителями напряжения.

Электронные вольтметры в свою очередь подразделяются на цифровые и аналоговые.

Цифровой вольтметр преобразует постоянное значение напряжения в цифровой сигнал, который и выводится на табло прибора. Делается это при помощи аналого-цифрового преобразователя.

В аналоговых вольтметрах помимо магнитоэлектрического измерителя и дополнительных резисторов в обязательном порядке присутствует измерительный усилитель, позволяющий в несколько раз повысить внутреннее сопротивление прибора, и соответственно – улучшить точность показаний.

Рассмотрим несколько вольтметров разных производителей

1. В3-57 — микровольтметр

Измерительное устройство модели В3-57 — вольтметр-преобразователь среднеквадратич. показаний. Разработан для замеров среднеквадратич. значения напряжений произвольной формы и их линейного преобразован. в напряжение постоян. тока. Шкала прибора промаркирована в среднеквадратич. значениях напряжения и децибелах (от 0 дБ и до 0,775 В). Используется при контроле и наладке разнообразных радиотелетехнических устройств и средств связи, вычислении частотных характеристик широкополосных аппаратов, обследованиях шумовых устойчивых сигналов и т. д.

Основные техданные:

— Пределы замеров напряжений 10 мкВ — 300 В с граничными зонами: 0,03-0,1-0,3-1-3-10-30-100-300мВ 1-3-10-30-100-300В

— Границы частот 5 Гц — 5 МГц

— Допустимая погрешность, %: ±1 (30-300 мВ), ±1,5 (1-10 мВ), ±2,5 (0,1-0,3 мВ и 1-300 В), ±4 (0,03 мВ)

— Входное сопротивл.5 МОм ±20%

— Входная емкость: 27пФ (0,03-300 мВ) и 12 пФ (1-300 В)

— Напряжение на выходе линейного преобразоват. 1 В

— Сопротивление на выходе линейного преобразоват. 1 кОм ±10%

— Предельный коэфф. амплитуды сигнала 6*(Uk/Ux)

---

2.Вольтметры переменного напряжения АКИП-2401

— Измерение ср.квадратического значения переменного напряжения

— Диапазон частот: 5 Гц…5 МГц

— Диапазон измерения напряжения: 50 мкВ…300 В (6 пределов)

— Два измерительных ВЧ входа: Кан1 / Кан2

— Максимальное разрешение: 0,0001 мВ

— Отображение уровня входного сигнала в дБн, дБм, Uпик

— Автоматический или ручной выбор пределов измерений, удержание результата (Hold)

— Двухстрочный VDF-дисплей

— Интерфейс RS-232

---

3. Вольтметр В7-40/1

Высококачественный цифровой универсальный прибор, предназначенный для измерения постоянного и переменного напряжений, силы токов и сопротивления постоянному току. вольтметр В7-40/1 применяется при производстве радиоаппаратуры и электрорадиоэлементов, при научных и экспериментальных исследованиях, в лабораторных и цеховых условиях. Встроенный в вольтметр В7-40/1 интерфейс IEEE 488 позволяет успешно использовать его в составе автоматизированных информационно — измерительных систем.

Вольтметр В7-40/1 соответствует жестким условия эксплуатации.

— Точность измерения по постоянному току вольтметра В7-40/1 — 0,05 %

— Максимальная разрешающая способность В7-40/1 — 1 мкВ; 10 мкА; 1 мОм

— Диапазоны 0,2; 20; 200; 1000 (2000) В

— Разрешение 1, 10, 100 мкВ; 1; 10 мВ

— Основная погрешность измерения ±(0,04 %+ 5 ед. мл. р)

Входное сопротивление:

— на диапазоне 0,2 В не менее 1 ГОм

— на диапазоне 2 В не менее 2 ГОм

— на диапазонах 200….1000 В, не менее 10 МОм

Ещё одно видео о способе подключения вольтметра:

Вольтметры и амперметры

Физика > Вольтметры и амперметры

 

Изучите показания, схемы и сопротивление вольтметра и амперметра в цепи – устройства измерения напряжения и тока: рисунки, цифровой вольтметр и амперметр.

Вольтметры и амперметры в цепи используют для вычисления напряжения и тока.

Задача обучения

• Сравнить подключение цепей амперметра и вольтметра.

Основные пункты

• Вольтметр – устройство, с чьей помощью удается вычислить разность электрических потенциалов между двумя точками в электрической цепи.
• Амперметр – устройство для вычисления тока в цепи.
• Вольтметр связывается с устройством параллельно, а амперметр – последовательно.
• В основе большинства аналоговых счетчиков лежит гальванометр – измеряет ток при помощи движения или отклонения иглы. На прогиб влияет магнитная сила, воздействующая на токопроводящую проволоку.

Термины

• Шунтирующее сопротивление – небольшое сопротивление (R), расположенное параллельно гальванометру (G) для изготовления амперметра.
• Гальванометр – аналоговый измерительный прибор (G), который для вычисления тока использует отклонение иглы.
• Вольтметры и амперметры вычисляют напряжение и ток в цепи.

Вольтметры

Вольтметр – устройство для вычисления разницы в электрическом потенциале между двумя точками в электрической цепи. Аналоговый вольтметр смещает указатель по шкале пропорционально напряжению в цепи, в цифровом присутствует цифровой дисплей. Любое измерение вольтметра, которое можно трансформировать в напряжение, будет отображаться на счетчике. Здесь зафиксируется давление, температура и поток.

Демонстрационный прибор, используемый на уроках по физике

Чтобы вольтметр смог вычислить напряжение, он должен подключаться параллельно. Это важно, так как параллельные объекты ощущают единое различие потенциалов. Ниже представлена схема вольтметра и показания.

(а) – Чтобы вычислить отличие потенциалов в этом потоке, вольтметр (V) расположен параллельно по отношению к источнику напряжения или любому из резисторов. Отметьте, что напряжение клеммы вычисляется между точками а и b. Нельзя подключить вольтметр через ЭДС без добавления внутреннего сопротивления. (b) – Применение цифрового вольтметра

Амперметры

Амперметр измеряет электрический ток, а его наименование происходит из единицы измерения – Ампер. Чтобы прибор смог определить ток, его нужно присоединить последовательно. Это важно, так как объекты в последовательной цепи ощущают единый ток. Они не должны подключаться к источнику напряжения – амперметры функционируют при минимальной нагрузке. Можете рассмотреть схему амперметра.

Амперметр установлен в последовательной связи для определения тока. Весь ток в цепи проходит сквозь счетчик. Если амперметр находится между точками d и e или f и a, то приобретет такое же значение

Гальванометры (аналоговые счетчики)

Аналоговые счетчики располагают иглами, которые поворачиваются, чтобы отмечать на шкале цифры. Это и отличает их от цифровых приборов, выводящих цифровые символы прямо на экран. В центре большинства аналоговых приборов находится гальванометр (G). Ток проходит сквозь него и приводит к пропорциональному перемещению (отклонение иглы).

Гальванометр характеризуется сопротивлением и текущей чувствительностью. Последнее – ток, осуществляющий значительное отклонение иглы гальванометра (максимальный ток). К примеру, гальванометр, чья токовая чувствительность составляет 50 мкА достигает максимального прогиба в 50 мкА.

Если подобный прибор обладает сопротивлением в 20 Ом, то только напряжение V = IR = (50 мкА) (25 Ом) = 1.25 мВ создает полномасштабное считывание. Объединив с ним резисторы, можно рассматривать его в качестве вольтметра или амперметра.

Гальванометры в качестве вольтметров

Катушка гальванометра способена функционировать как вольтметр, когда расположена в последовательной связи с серьезным сопротивлением (R). Это значение вычисляется максимальным напряжением. Допустим, вам нужно, чтобы 10В создавало полномасштабное отклонение вольтметра, вмещающего гальванометр с 25 Ом и чувствительностью 50 мкА. Полное сопротивление:

R_полное = R + r = V/I = 10В/50мкA = 200кОм,

или

R = R_полное — R = 200кОм – 25 ОМ ≈ 200кОм (R настолько велико, что сопротивление гальванометра почти незначительное).

Заметьте, что приложенные 5В создают отклонение в половину шкалы, отправляя ток всего в 25 мкА сквозь счетчик, так как показание вольтметра располагается пропорционально. В случае с другими диапазонами, напряжение устанавливают последовательно с гальванометром.

Гальванометр в качестве амперметра

Гальванометр можно использовать как амперметр, если прибор установлен в параллельной связи с небольшим сопротивлением, именующимся шунтирующим. Дело в том, что сопротивления шунта маленькое, из-за чего амперметр может вычислять ток намного четче.

Допустим, нам нужен амперметр, фиксирующий полномасштабное отклонение для 1 А и содержит тот же гальванометр на 25 Ом с чувствительностью 50 мкА. Так как R и r параллельны, напряжение на них одинаково.

IR = I_Gr

Так что: IR = I_G/I = R/r.

Решая для R и отмечая, что I_G составляет 50 мкА, а I – 0.999950 А, получим:

---

Вольтметр. Измерение напряжения (Перышкин, 8 класс)

ТЕСТ ПО ФИЗИКЕ: ВОЛЬТМЕТР. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ (ПЕРЫШКИН, 8 КЛАСС) 1. Каким прибором измеряют напряжение?

1. Амперметром

2. Вольтметром

3. Ваттметром

2. На что похожи вольтметры по внешнему виду?

1. На амперметры

2. На омметры

3. На термометры

3. Какое обозначение наносится на вольтметр?

1. Буква W в окружности

2. Буква V в окружности

3. Буквы Wm в окружности

4. Какие знаки стоят на клеммах вольтметра?

1. Плюс и минус

2. Плюс и плюс

3. Минус и минус

5. Что будет, если плюс вольтметра соединить с минусом источника тока?

1. Стрелка вольтметра будет отклоняться в другую сторону

2. Стрелка вольтметра будет показывать минимальное значение

3. Стрелка вольтметра будет показывать максимальное значение

6. Как включается вольтметр в электрическую сеть?

1. Параллельно

2. Последовательно

3. Как угодно

7. Выберите правильное утверждение.

1. Сила тока, проходящая через вольтметр, мала по сравнению с силой тока в цепи

2. Сила тока, проходящая через вольтметр, равна с силой тока в цепи

3. Сила тока, проходящая через вольтметр, велика по сравнению с силой тока в цепи

8. Изменяет ли вольтметр напряжение между точками, в которых он подключен?

1. Почти не изменяет

2. Вообще не изменяет

3. Изменяет существенно

9. Можно ли подключить вольтметр к источнику тока?

1. Можно

2. Нет, сломается вольтметр

3. Нет, сломается источник тока

10. Можно ли 13 Вольт сложить с 6 Вольтами?

1. Да, можно

2. Нет, только умножить

3. Нет, только отнять

Ответы

1.

Каким прибором измеряют напряжение?

Вольтметром

2.

На что похожи вольтметры по внешнему виду?

На амперметры

3.

Какое обозначение наносится на вольтметр?

Буква V в окружности

4.

Какие знаки стоят на клеммах вольтметра?

Плюс и минус

5.

Что будет, если плюс вольтметра соединить с минусом источника тока?

Стрелка вольтметра будет отклоняться в другую сторону

6.

Как включается вольтметр в электрическую сеть?

Параллельно

7.

Выберите правильное утверждение.

Сила тока, проходящая через вольтметр, мала по сравнению с силой тока в цепи

8.

Изменяет ли вольтметр напряжение между точками, в которых он подключен?

Почти не изменяет

9.

Можно ли подключить вольтметр к источнику тока?

Можно

10.

Можно ли 13 Вольт сложить с 6 Вольтами?

Да, можно

что измеряет, виды, характеристики, устройство вольтметра, строение и принцип работы

Инструкция и меры безопасности

Вольтметр — простейший и узкоспециализированный инструмент для определения параметров электрической цепи. Его основная и единственная задача — определение напряжения на определенном участке цепи. К сожалению, не все знают, как пользоваться таким простым прибором.

Важно! Стоит помнить, что прибор должен подключаться параллельно к сети. В противном случае показания будут неточными

Это не зависит от его типа и размеров.

Цифровой стационарный прибор

Порядок измерения следующий:

• Проверить стрелку, если аппарат аналоговый. Делается это путем вставки плоской отвертки в задний шлиц прибора. Поворот в разные стороны будет поворачивать и стрелку. Ноль измерений всегда выставляется пред каждым измерением, особенно, если прибор старый;
• Присоединить провода к контактам. Находятся они на тыльной стороне прибора. Если он рассчитан на постоянный ток, то там будут «+» и «-». У электронных аппаратов они уже присутствуют и не нуждаются в переподключении;
• Произвести измерение, присоединив «щупы» параллельно к сети.

Важно! Если известно, что напряжение больше 60 Вольт, то нужно пользоваться резиновыми диэлектрическими перчатками или другой изоляцией. Корректировка стрелки аналогового прибора

Корректировка стрелки аналогового прибора

При измерении показателей электрической сети вольтметром следует соблюдать простейшие меры безопасности:

• Не проводить измерение высоковольтных сетей без средств защиты;
• Не проводить изменение влажными или мокрыми руками и предотвращать попадание влаги в прибор;
• Не использовать вольтметр в агрессивных средах по типу кислот, щелочей и масел;
• Соблюдать требования ГОСТ 12.3.019-80, описывающего правила эксплуатации электроизмерительных приборов.

Схема 10-диапазонного вольтметра постоянного тока

Конструкция

Простейший амперметр или вольтметр состоит из нескольких блоков:

• ЭЛМП — электромеханического преобразователя;
• ИМ — измерительный механизм;
• СМ — стрелочный механизм.

Процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой для отображения

Первый предназначен для того, чтобы преобразовывать энергии. Магнитного поля в механическую энергию. Второй механизм включает в себя подвижные и неподвижные части для проведения изменений. Происходит это так: под действием силы тока, который протекает через обмотку ИМ, создается вращающий момент, воздействующий на подвижную часть. Силы механики пропорциональны электрическим силам и ИМ отклоняется на угол, равный этим силам. Данные передаются стрелочному механизму, который и показывает в цифрах количество Вольт.

Если прибор содержит усилители, то он называется электронным. Его отличие заключается в том, что входное устройство помогает поддерживать высокое сопротивление вольтметра и увеличить предел измерений в большую сторону. Далее следует усилитель постоянного тока, который увеличивает значение сигнала до тех величин, которые необходимы для эффективных измерений. Следующие его компоненты идентичны аналоговому инструменту.

Встраиваемое портативное устройство

Преимуществами электромагнитных вольтметров стают:

• высокая точность измерений;
• высокая чувствительность;
• практически полное отсутствие влияние внешних полей;
• практически полное отсутствие влияние атмосферных факторов.

Недостатки тоже имеются: непригодность использовать при переменном токе и чувствительность к перегрузкам в сети.

USB-вольтметр

Принцип работы вольтметра

Его работа основана на принципе закона Ома. Закон Ома гласит: «Напряжение на сопротивлении прямо пропорционально току, проходящему через него». Любой базовый счетчик имеет разность потенциалов на своих клеммах, когда через него протекает полномасштабный ток. Символом для обозначения вольтметра является круг с вложенной буквой V.

Вольтметр всегда подключается параллельно к нагрузке в цепи, для которой должно измеряться напряжение. Вольтметр постоянного тока имеет знаки полярности. Поэтому необходимо подключить клемму плюса (+) вольтметра к верхней точке потенциала, а клемму минуса (-) к нижней точке потенциала, чтобы получить отклонение вольтметра.

В вольтметре переменного тока нет знаков полярности, и его можно подключить в любом случае. Однако в этом случае также вольтметр все еще подключен параллельно к нагрузке, для которого измеряется напряжение. Вольтметр с диапазоном высокого напряжения создается путем последовательного соединения сопротивления с измерительным механизмом, который имеет полную шкалу напряжения, как показано на рисунке ниже.

Рис. 3 — Полная шкала напряжения

Принцип работы

Первыми были созданы измерители электромеханического типа. В их работе используется магнитоэлектрический принцип. Постоянный магнит закреплен неподвижно, а между его полюсами установлен стальной сердечник. Монтаж этого элемента конструкции выполняется так, чтобы в кольцеобразном воздушном зазоре могло формироваться постоянное электромагнитное поле.

В зазор на полуосях установлена рамка, изготовленная из алюминия. Она способна свободно перемещаться. На рамке также есть катушка из тонкой проволоки. Указательная стрелка прибора крепится с помощью пружин к рамке. Как только через прибор начинает проходить электроток, в обмотке возникает электромагнитное поле. Рамка вступает с ним во взаимодействие и отклоняется вместе со стрелкой на расстояние, соответствующее величине напряжения.

Конструкция измерителя также содержит индукционный демпфер — пластинку из алюминия, закрепленную на раме со стрелкой. В соответствии с правилом Ленца, вихревые токи, возникающие в демпфере, вступают во взаимодействие с породившим их магнитным полем и замедляют колебания указателя прибора. Чтобы добиться необходимой точности измерения, прибор во время работы не должен подвергаться воздействию силы тяжести.

Для решения поставленной задачи подвижная часть измерителя оснащается системой грузиков, передвигающихся на стержнях. Кроме этого, для обеспечения точного измерения необходимо снизить силу трения стальных наконечников. Это достигается благодаря использованию специальных износостойких сталей. Изготовленные из них детали подвергаются полировке.

Для этого в конструкции прибора предусмотрен специальный корректировочный винт, соединенный с пружиной. Это классическая конструкция, но сегодня встречаются приборы, содержащие магниты разной формы. При этом в некоторых конструкциях магнит является подвижным.

Отличие от тестера

Люди, особенно те, кто далек от техники, часто путают два этих устройства. Они немного похожи и даже обладают похожими функциями, но мультиметр — более многофункциональное устройство, способное изменять различные параметры системы и выполнять прозвонки. Обычный тестер содержит в себе всего пару диодов, способным указать значение напряжения и целостности цепи.

Важно! Тестеры, как и мультиметры, вольтметры и амперметры также бывают стрелочными, то есть аналоговыми и цифровыми. Последние в любых являются более точными и определяют величины с минимальными погрешностями

Тестер очень похож на мультиметр, но обладает меньшим функционалом

Инструкция по использованию

Теперь поговорим о том, как пользоваться рассматриваемым прибором. Первое правило заключается в том, что устройство подключается исключительно параллельно. Второе действие, которое необходимо совершить, – это проверить, что измерительный диапазон полностью соответствует предполагаемому напряжению, присутствующему в электроцепи. Если он имеет большое значение, например, в киловольтах, то точность может страдать. Но если диапазон маленький, то прибор может показывать неточные данные или вообще выйти из строя.

Если перед вами находится вольтметр электромеханического типа, то следует осуществить его настройку перед использованием. О правильной настройке устройства можно почитать в инструкции к эксплуатации конкретной модели. Каждая модель имеет свои особенности настройки и подготовки к эксплуатации.

В случае если устройство предназначается для замеров постоянного напряжения, ни в коем случае не стоит пытаться делать им замер переменного тока. Оно просто поломается. Если же перед вами универсальный прибор, то для его работы необходимо просто переключить устройство в определенный режим.

Кроме того, следует знать, что стрелочный прибор нуждается в периодической корректировке стрелки в нулевое положение. Это можно сделать при помощи спецручки, которая располагается на корпусе устройства. Если ее там нет, то это можно осуществить при помощи отвертки.

Еще одним важным моментом будет то, что не следует браться за оголенные области щупов руками. Особенно этого не следует делать, если напряжение в сети будет составлять более 60 вольт, так как такой удар током может уже быть не только неприятен, но и опасен для здоровья человека. С высокими напряжениями следует работать исключительно в перчатках и никак иначе.

Еще одним важным аспектом работы с такими устройствами будет то, что закрепление щупов-проводков приспособления к проводнику цепи следует осуществлять исключительно при помощи электродов или специальных зажимов, которые обычно идут в комплекте с устройством.

Также смотрите видео о том, как пользоваться мультиметром.

Как пользоваться вольтметром?

Казалось бы, чего проще – подключай и меряй. На самом деле есть несколько правил, которые мы рекомендуем выполнять.

Надо знать диапазон измерений. Вольтметр – достаточно чувствительный прибор, при перегрузке обмотка рамки или электронная схема моментально выйдет из строя. Если у вас милливольтметр – не следует совать проверочные провода в розетку бытовой сети 220 вольт;
Механические приборы должны быть размещены в соответствие с инструкцией

На корпусе есть обозначение вертикального или горизонтального положения корпуса;
Включается в цепь вольтметр независимо от наличия нагрузки или рабочего напряжения;
Внимание! Если вы измеряете напряжение более 60 вольт – пользуйтесь проводами с увеличенным изолирующим покрытием.
По возможности используйте диэлектрические перчатки, особенно при измерении величин от 400 вольт и выше.

Прибор в целом достаточно примитивный. При наличии старой базы деталей, доставшейся от СССР, можно изготовить неплохой вольтметр своими руками.

Какой мультиметр выбрать для автомобиля

Мультиметр — портативное устройство, которое содержит в себе вольтметр, амперметр и другие функции. Он стает незаменимым для радиолюбителей и автовладельцев. Для последних он стал важным прибором, способным проверить и отремонтировать большее количество современной автоэлектроники и проводку.

Для автомобиля подойдет любой специализированный мультиметр, обладающий дополнительными функциями, которые отличают его от обычного. Чтобы разобраться с этим лучше, нужно понять, какие задачи он чаще всего решает.

Схема цифрового вольтметра постоянного тока для определенного диапазона

Наиболее часто прибор применяют для определения утечек из аккумулятора. Такой проверке должны быть подвержены все аккумуляторы, обладающие сильными потерями заряда за короткие промежутки времени. Минимальное значение утечки должно составлять 70 мА. Большее значение свидетельствует о том, что какой-то прибор является проблемным или в цепи проводки есть поврежденный участок.

Для диагностики проделывают следующее:

• Выключить все элементы автомобиля, которые используют энергию аккумулятора;
• Настроить прибор на измерение постоянного тока и выбрать максимальное значение;
• Ослабить провод на минусовой клейме и подсоединить туда щупы;
• Отключить провод от клеймы так, чтобы ток протекал через мультиметр;
• Замерить значения, которые не должны превышать 70 миллиампер.

Устройство для автомобиля

В случае, когда значения не ниже 70, стоит искать участок с проблемами. Для этого аппарата подключается так же, как и в способе выше, поочередно отключаются предохранители и снимаются показания. Если один из предохранителей показал значение ноль при его отключении, то проблема в нем.

Если же все узлы были проверены и оказались исправны, то проблема кроется в самой проводке. Она также проверяется мультимером для поиска неисправного кабеля. Этот процесс состоит из следующих этапов:

• На глаз оценить состояние проводов;
• Определить проблемный участок;
• Один конец мультиметра присоединяется к клейме аккумулятора, а другой — к прибору, который находится на другой стороне кабеля;
• Установить прибор в нужное состояние и устроить прозвонку участка провода;
• При наличии звукового сигнала провод исключается из проблемных, так как с ним все хорошо.

Проверка аккумулятора мультиметром

Важно! При изменении параметров низковольтных сетей иногда может потребоваться специальный инструмент — милломметр. Еще одна важная функция мультиметра — прозввон мотора авто и измерение его параметров

Любой автомобильный мультиметр должен уметь проводить диагностику двигателя на минимальном уровне

Еще одна важная функция мультиметра — прозввон мотора авто и измерение его параметров. Любой автомобильный мультиметр должен уметь проводить диагностику двигателя на минимальном уровне.

Прозвон отсоединенных кабелей авто

Особенности и технические характеристики

Основным применением цифровых вольтметров является проверка напряжения в электрической цепи. Главной особенностью такого прибора является удобство и простота эксплуатации. Также он отличается высокими показателями внутреннего сопротивления, что обеспечивает точность измерений.

К главным техническим характеристикам вольтметра относятся следующие.

• Диапазон измерений: у цифровых моделей он составляет от 1мВ до 1 кВ. Этого вполне достаточно для проведения большинства замеров. Однако бывает и такое, что необходимо измерить крайне низкое напряжение или слишком высокое. Для этих целей требуются более сложные вольтметры.
• Допустимая погрешность: чем меньше этот показатель, тем точнее получаемые результаты. Данная характеристика устанавливается производителем после первых испытаний и обычно указывается в процентах.
• Внутреннее сопротивление: чем оно выше, тем точнее вольтметр. Аппараты с высоким сопротивлением практически не влияют на электроцепь.
• Диапазон частот переменного напряжения.

Сердцем аппарата, которое отвечает за вычисления, является структурная схема. О принципе ее работы мы поговорим далее. Для визуализации полученных данных многие цифровые вольтметры используют индикатор.

Разновидности

Помимо технических параметров, которые определяют назначение прибора и его характеристики, вольтметры обладают и физическими, а именно — разновидностями. Видов современных вольтметров большое количество. Так по принципу действия они разделяются на электромеханические и электронные. По назначению на вольтметров для постоянного, переменного, импульсного тока, универсальные и фазовые.

Наиболее часто людей интересует классификация по виду исполнения, который может быть мобильным и стационарным.

Карманный ЖК цифровой мультиметр

Стационарные

Стационарные вольтметры представляют собой устройства, которые питаются от сетей переменного напряжения. Возможно это благодаря встроенному в их корпус блоку питания. Как правило, с виду они похожи на коробку или ящик, а используются для узкоспециализированных работ, требующих повышенной точности измерений. Чаще всего это профессиональная сфера деятельности и контролирование напряжения на важных и нестабильных участках сети. Само слово «стационарный» говорит о том, что они применяются там, где нужна постоянная слежка и изменение данных.

Стационарный стрелочный вольтметр

Мобильные

Их еще называют переносными, хотя стационарный прибор иногда перенести также не составляет труда. Мобильный же вольтметр компактный и способен поместиться практически везде. Их относят к классу полупрофессиональных и любительских, потому что работают они от батареек или аккумуляторов и обладают сравнительно меньшими точностями и большими погрешностями. Выглядят они как плоские коробочки, «обитые» пластиком или резиной и имеющие эргономические формы. Чтобы они были еще удобнее, их оснащают съемными щупами для определения амплитудных колебаний сигналов.

Важно! Как правило, мобильные вольтметры включаются в состав тестеров и мультиметров. Мобильные цифровые вольтметры способны очень точно определить показания, в то время как портативные аналоговые приборы — показать хорошую чувствительность, способную определить даже самые маленькие отклонения напряжения, которые не могут определить цифровые приборы

Цифровой мобильный вольтметр

Идеальный вольтметр

При замкнутом ключе К стрелка вольтметра может отклониться как в одну, так и в другую сторону в зависимости от значений э. д. с. и сопротивлений.| В этой цепи источник с э. д. с.. 2 переключен на противоположную полярность по сравнению с.

Идеальный вольтметр, включенный в электрическую цепь, показывает напряжение, равное разности потенциалов между точками подключения прибора.
 

Вольтметр, отградуированный в единицах емкости.

Идеальный вольтметр, не оказывающий возмущающего вотдейгтгшя на измеряемую цепь, должен обладать бесконечно большим сопротивлением или, скажем иначе, собственное потребление мощности ( от измеряемого объекта) вольтметром должно быть нулевым.
 

Можете ли вы сказать, почему идеальный вольтметр должен иметь бесконечное сопротивление, а идеальный амперметр нулевое сопротивление.
 

Ламповый вольтметр удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к идеальному вольтметру. Он измеряет напряжения, совершенно не потребляя тока. При этом становятся ненужными: декадные реостаты, измерительные мостики, нормальные элементы, капиллярный электрометр. Наряду с этим измерение, происходящее при действительном отсутствии тока ( в противоположность всем другим методам, при которых потребляется некоторое количество тока до окончательной компенсации), дает широкие возможности для усовершенствования электродов. Например, можно спокойно поворачивать краны электродов, если они не смазаны жиром, не вредя измерению. При помощи лампового вольтметра можно безупречно измерить даже рн воды для определения электропроводности — В случаях, когда можно опасаться отравления платинового электрода, ламповый вольтметр часто дает хорошие результаты, благодаря быстроте работы ( секунды), в то время как при старых методах никакие измерения здесь не были возможны.
 

К исследованию изменений пока — К исследованию изменений заний вольтметров показаний амперметров.

Требуется определить, как изменятся ( увеличатся или уменьшатся) показания всех идеальных вольтметров в цепи, показанной на рис. 77, если, например, уменьшить сопротивление R2 переменного резистора.
 

Теперь начнем регулировать величины источников тока до тех: пор, пока напряжения, отмечаемые идеальными вольтметрами, не станут равными нулю. Легко заметить, что это должны быть токи, возникающие на соответствующих зажимах при одновременном коротком замыкании последних. Токи источников, подключен-ных к зажимам, должны скомпенсировать влияние источников, находящихся внутри ящика, в части их влияния на условия на зажимах.
 

Поэтому вольтметр должен иметь большое сопротивление по сравнению с сопротивлением участка цепи, к которому он подключается. Идеальным вольтметром является такой, у которого сопротивление стремится к бесконечности.
 

Составление неопределенной матрицы полезно, потому что упрощает получение уравнения полного передающего сопротивления от любой пары узлов цепи к любой другой паре узлов этой же цепи. Предположим, что источник тока присоединен между двумя узлами т и k, так что ток I, входит в г-й узел и выходит из fe-ro узла. Предположим также, что идеальный вольтметр ( имеющий бесконечно большое входное сопротивление) присоединен между узлами j и m и таким образом измеряет разность потенциалов между этими узлами.
 

Определение слова «Вольтметр» по БСЭ:

Вольтметр — электрический прибор для измерения эдс или напряжений в электрических цепях. В. включается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии (рис. 1).Первым в мире В. был «указатель электрической силы» русского физика Г. В. Рихмана (1745). Принцип действия «указателя» используется и в современном электростатическом В. (см. Электростатический прибор).Наиболее просты в изготовлении, дёшевы и надёжны в эксплуатации В. электромагнитные (см. Электромагнитный прибор). Они применяются главным образом как стационарные на распределительных щитах электростанций и промышленных предприятий и более редко в качестве лабораторных приборов. Недостатки таких В. — относительно большое собственное потребление энергии (3-7 вт) и большая индуктивность обмотки, приводящая к существенной зависимости показаний В. от частоты.Наиболее чувствительны и точны В. магнитоэлектрические (см. Магнитоэлектрический прибор), пригодные, однако, для измерений только в цепях постоянного тока. В комплекте с термоэлектрическими, полупроводниковыми или электронно-ламповыми преобразователями переменного тока в постоянный они применяются для измерения напряжения в цепях переменного тока. Такие В., называются термоэлектрическими, выпрямительными и электронными, применяются главным образом в лабораторной практике. Выпрямительные В. используют для измерений в диапазоне звуковых частот, а термоэлектрические и электронные — на высоких частотах. Недостаток этих приборов — существенное влияние на правильность их показаний формы кривой измеряемого напряжения.Электронные В. имеют сложные схемы с применением недостаточно стабильных элементов (электронных ламп, малогабаритных электрических сопротивлений и конденсаторов), что приводит к снижению их надёжности и точности. Однако они незаменимы при измерениях в маломощных радиотехнических цепях, так как имеют большое входное сопротивление и работают в широком диапазоне частот (от 50 гц до 100 Мгц) с погрешностями, не превышающими 3% от верхнего предела измерения. Изготовляются также электронные В

для измерения амплитуды импульсов напряжения длительностью от десятых долей мксек при скважности до 2500.В начале 20 в. широко применялись В

тепловой и индукционной систем. в настоящее время промышленное производство их прекращено из-за присущих им недостатков — большое собственное потребление энергии и зависимость показаний от температуры окружающей среды.Схемы включения В. и внешний вид показаны на рис. 1 и 2.Лит.: Арутюнов В. О., Электрические измерительные приборы и измерения, М. — Л., 1958. Шкурин Г. П., Справочник по электроизмерительным и радиоизмерительным приборам, М., 1960.Н. Г. Вострокнутов.Рис. 1. Схемы выключения вольтметра: а — с нагрузкой: б — через измерительный трансформатор.Рис. 2. Вольтметр: а — переносный лабораторный. б — щитовой в пылезащищённом корпусе. в — переносный многопредельный ламповый с непосредственным отсчётом.

Гальванометр в качестве амперметра

Гальванометр можно использовать как амперметр, если прибор установлен в параллельной связи с небольшим сопротивлением, именующимся шунтирующим. Дело в том, что сопротивления шунта маленькое, из-за чего амперметр может вычислять ток намного четче.

Допустим, нам нужен амперметр, фиксирующий полномасштабное отклонение для 1 А и содержит тот же гальванометр на 25 Ом с чувствительностью 50 мкА. Так как R и r параллельны, напряжение на них одинаково.

IR = I_Gr

Так что: IR = I_G/I = R/r.

Решая для R и отмечая, что I_G составляет 50 мкА, а I – 0.999950 А, получим:

Обзор	Разные типы тока Источники ЭДС
Параллельное и последовательное соединение резисторов	Последовательное соединение резисторов Параллельное соединение резисторов Комбинированные схемы Зарядка аккумулятора: ЭДС в последовательных и параллельных связях ЭДС и конечно напряжение
Правила Кирхгофа	Введение и значение Правило соединения Правило напряжений Применение
Вольтметры и амперметры	Вольтметры и амперметры Нулевые измерения
Схемы RC	Резисторы и конденсаторы в последовательной связи Полное сопротивление Фазовый угол и коэффициент мощности

Принцип действия прибора

В основу работы вольтметра заложен метод аналогово-цифрового преобразования с двухтактным интегрированием. Рассмотрим работу прибора на примере В7-35. Преобразователи установленные в конструкции, измеряя величины напряжения постоянного и переменного тока, силу тока, сопротивление, преобразуют в нормализованное напряжение и при использовании АЦП преобразуют в цифровой код.

Функциональная схема цифрового вольтметра работает на использовании 4 преобразователей это:

1. Масштабирующий преобразователь.
2. Низкочастотный прибор, преобразующий напряжение переменного тока в постоянный ток.
3. Преобразователь силы постоянного и переменного тока в напряжение.
4. Преобразователь сопротивления в напряжение.

Обзор видов

Вольтметр не является многофункциональным приспособлением. Он выполняет лишь одну задачу – измерение напряжения электрической цепи. Однако на сегодняшний день было изобретено немало разновидностей вольтметров

Их классификация зависит от характеристик, которые берутся во внимание

Давайте рассмотрим основные виды и параметры, по которым они подразделяются. Наиболее важный из них – это принцип работы. В зависимости от него вольтметры бывают двух типов:

• электромеханические – электромагнитные и магнитоэлектрические;
• электронные – аналоговые и цифровые.

Но из-за высокой индуктивности собственных обмоток заметно страдает точность измерений. Такие приборы чаще всего встречаются на электроподстанциях.

Магнитоэлектрические, наоборот, наименее доступны и применяются в основном для лабораторных исследований. Но не будем надолго останавливаться на этих разновидностях, так как речь идет о цифровых вольтметрах, а значит, нас интересуют только электронные. Электронный аппарат имеет табло для вывода результатов. На аналоговых устройствах оно состоит из шкалы и стрелки. На цифровых – представляет собой светодиодный дисплей.

Следующий рассматриваемый параметр – это назначение. Согласно ему, электронный вольтметр разделяется на:

• прибор для измерения напряжения постоянного тока;
• прибор для измерения напряжения переменного тока;
• универсальный прибор для измерения обоих типов напряжения, с возможностью переключения режимов;
• импульсный прибор для замеров одиночных импульсов.

Вольтметры для измерения постоянного тока бывают:

• выпрямительными;
• квадратичными.

Для измерения напряжения переменного тока в трехфазной сети применяется трехфазный вольтметр.

Особой разновидностью электронных вольтметров являются приборы с время-импульсным преобразованием. Они фиксируют напряжения только в определенные отрезки времени. Дополнительно аппарат учитывает импульсные колебания и среднюю частоту напряжения.

Вольтметры с двойным интегрированием предназначены для работы с постоянным током. Они основываются на принципе периодического повторения, при котором исходный код в цепи возвращается автоматически.

Дополнительно вольтметры разделяются по способу установки:

• стационарные;
• щитовые;
• переносные.

К переносным относятся, например, миниатюрный и розеточный аппараты. Последний работает от электросети, мини-вольтметр работает на батарейках. Среди владельцев автомобилей востребована современная разновидность – круглый портативный вольтметр со светодиодным табло. Он легко позволяет замерить напряжение автомобильного аккумулятора.

Отдельно можно приобрести встраиваемые приборы. Они предназначены для тех блоков питания, которые производитель не оснащает вольтметром.

Цифровой прибор

Принцип действия цифрового вольтметра переменного тока, как и постоянного, основан на использовании аналогово-цифрового преобразователя (АЦП). Измеряемый сигнал поступает на вход микросхемы, преобразовывающей его в набор импульсов, передающихся дальше в блок обработки для формирования кода. Трансформированный сигнал направляется на цифровое отсчётное устройство, а с него уже и на дисплей.

Точность замеров электронного вольтметра зависит от качества преобразования сигнала в цифровой код. Попадая на компаратор, сигнал разбивается на группы единиц и направляется в ячейки памяти, сохраняющих информацию. Если код подать напрямую, то на экране показания будут неустойчивыми. Дисплеем управляет свой контроллер, обеспечивающий вывод данных из памяти и засвечивающий сегменты дисплея.

К достоинствам цифрового вольтметра относят высокое внутреннее сопротивление, что делает его измерения очень точными. А также он оснащён электронным усилителем, позволяющим проводить замеры даже слабых сигналов. Результат измерений отображается на табло сразу в виде числа, поэтому нет необходимости высчитывать значение по шкалам.

Реальные примеры измерения напряжения

Наиболее простым примером измерения напряжения в бытовых условиях является пальчиковая батарейка. В ней вам необходимо приложить черный щуп к выводу «– », а красный к выводу « + », позицию переключателя установить на 2 В постоянного напряжения.

Рис. 4. Пример измерения напряжения на батарейке

Если показания для батарейки 1,5 В будут в пределах от 1,6 до 1,2 В, то такой источник питания считается пригодным для всего оборудования, в случае снижения значений до 1 – 0,7 В, от батарейки будут запускаться импульсные устройства, к примеру, часы. Если вольтметр покажет 0,6 В и менее, разряд достиг критического значения.

При измерении разности потенциалов в бытовой сети, вам следует коснуться щупами контактов розетки. Так как изолированная часть щупа имеет ограничительное кольцо, за которым расположен длинный стержень, вы можете безопасно проникнуть в розетку, не рискуя прикоснуться к токоведущим элементам. Допустимыми считаются отклонения от номинала на 10%, то есть от 198 до 142 В.

Также можно замерить разность потенциалов на выходе автомобильного аккумулятора или на другом элементе цепи электрической проводки. Для этого черный щуп мультиметра устанавливается на «– » клемму аккумулятора, а красный на « + » клемму.

Если аккумулятор заряжен, то показания вольтметра должны находиться в пределах от 12 до 14 В, но встречаются модели и с большим разбросом. Такое измерение позволяет диагностировать различные причины неполадок.

Меры безопасности

Поскольку сам прибор имеет большое сопротивление, а в сеть он подключается параллельно, вероятность того, что при работе с ним человек получит сильный удар током, минимальна. Однако если вольтметры используются в промышленности, часто приходится иметь дело с большими значениями напряжения и других величин, характеризующих электрический ток.

Нужно быть очень осторожным, измеряя напряжение в сети посредством этого электроизмерительного прибора. Ни в коем случае нельзя прикасаться к прибору голыми руками. Избежать несчастного случая помогут перчатки из непроводящего ток материала, например, из резины.

Оцените статью:

электричества — Как вольтметр может измерять разность потенциалов, если у него очень большое сопротивление?

электричество — Как вольтметр может измерять разность потенциалов, если у него очень большое сопротивление? — Обмен физическими стеками

Сеть обмена стеков

Сеть Stack Exchange состоит из 178 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

Посетить Stack Exchange

2. 0
3. +0
6. Авторизоваться Зарегистрироваться

Physics Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для активных исследователей, ученых и студентов-физиков.Регистрация займет всего минуту.

Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

Кто угодно может задать вопрос

Кто угодно может ответить

Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх

Спросил 4 года, 9 месяцев назад

Просмотрено 1к раз

$ \ begingroup $

Я просто запутался, как может вольтметр с очень большим сопротивлением и, следовательно, небольшим током или в идеальном состоянии с нулевым током, по-прежнему измерять потенциал, отличный от того, что, насколько я знаю, вольтметр — это модифицированный гальванометр, а гальванометр показывает отклонение только в том случае, если через него проходит ток .

Создан 02 ноя.

АксаКаксаК

28922 серебряных знака99 бронзовых знаков

$ \ endgroup $ 1 $ \ begingroup $ Вольтметры

бывают разных форм и, как предполагается, они измеряют разность потенциалов между двумя точками.
Одной из важных характеристик вольтметра является то, что он не изменяет разность потенциалов, которую пытается измерить, и это обычно означает, что его сопротивление намного выше, чем сопротивление в цепи, в которой возникает разность потенциалов.

Например, если ток в $ 1 $ мА проходит через резистор $ 1 $ k $ \ Omega $, то разность потенциалов на резисторе составляет $ 1 $ вольт.

Подключение вольтметра с сопротивлением $ 1 $ k $ \ Omega $ к резистору будет означать, что ток через резистор теперь будет равен $ 0.5 $ мА, а другая половина тока проходит через вольтметр.
Таким образом, показание вольтметра теперь будет $ 0,5 $ В.
Однако, если бы вольтметр имел сопротивление $ 10 $ M $ \ Omega $, вольтметр показал бы $ 0,9999 $ В, потому что большая часть тока в $ 1 $ мА протекала бы через резистор. и очень мало через вольтметр.

Создан 02 ноя.

Фарчер

68.7k55 золотых знаков5959 серебряных знаков151151 бронзовый знак

$ \ endgroup $ 2 $ \ begingroup $

Большинство портативных мультиметров имеют импеданс 10 МОм в своих диапазонах напряжения (исключая диапазоны «Low-Z»). Этого достаточно, чтобы пропустить очень небольшой, но измеримый ток.

Если тестируемое устройство также имеет высокий импеданс, это должно быть исправлено пользователем или выбран другой измерительный инструмент.См. В разделе «Напряжение нагрузки» пример проблем, вызванных неидеальным реальным измерителем.

Создан 02 ноя.

Красный песчаный кирпич

7,1591717 серебряных знаков3838 бронзовых знаков

$ \ endgroup $ Physics Stack Exchange лучше всего работает с включенным JavaScript

Ваша конфиденциальность

Нажимая «Принять все файлы cookie», вы соглашаетесь с тем, что Stack Exchange может хранить файлы cookie на вашем устройстве и раскрывать информацию в соответствии с нашей Политикой в ​​отношении файлов cookie.

Принимать все файлы cookie Настроить параметры

Вольтметры и амперметры

Вольтметры и амперметры измеряют соответственно напряжение и ток в цепи.Некоторые измерители в автомобильных приборных панелях, цифровых камерах, сотовых телефонах и тюнерах-усилителях являются вольтметрами или амперметрами.

Вольтметры

Вольтметр — это прибор, который измеряет разность электрических потенциалов между двумя точками в электрической цепи. Аналоговый вольтметр перемещает указатель по шкале пропорционально напряжению в цепи; цифровой вольтметр обеспечивает числовой дисплей. Любое измерение, которое можно преобразовать в напряжение, можно отобразить на правильно откалиброванном измерителе; такие измерения включают давление, температуру и расход.

Вольтметр

Вольтметр демонстрационный из класса физики

Чтобы вольтметр мог измерять напряжение устройства, он должен быть подключен параллельно этому устройству. Это необходимо, потому что параллельные объекты испытывают одинаковую разность потенциалов.

Вольтметр параллельно

(a) Для измерения разности потенциалов в этой последовательной цепи вольтметр (V) помещают параллельно источнику напряжения или одному из резисторов.Обратите внимание, что напряжение на клеммах измеряется между точками a и b. Невозможно подключить вольтметр напрямую к ЭДС без учета его внутреннего сопротивления r. (б) Используемый цифровой вольтметр

Амперметры

Амперметр измеряет электрический ток в цепи. Название происходит от названия единицы измерения электрического тока в системе СИ, ампер (А).

Чтобы амперметр мог измерять ток устройства, он должен быть последовательно подключен к этому устройству.Это необходимо, поскольку последовательно соединенные объекты испытывают одинаковый ток. Их нельзя подключать к источнику напряжения — амперметры предназначены для работы с минимальной нагрузкой (которая относится к падению напряжения на амперметре, обычно составляющему небольшую долю вольта).

Амперметр серии

Амперметр (А) включен последовательно для измерения тока. Весь ток в этой цепи протекает через счетчик. Амперметр будет иметь такие же показания, если он расположен между точками d и e или между точками f и a, как и в показанном положении.(Обратите внимание, что заглавная буква E обозначает ЭДС, а r обозначает внутреннее сопротивление источника разности потенциалов.)

Гальванометры (аналоговые счетчики)

Аналоговые счетчики имеют стрелки, которые поворачиваются, чтобы указывать на числа на шкале, в отличие от цифровых счетчиков, которые имеют числовые показания. Сердцем большинства аналоговых счетчиков является устройство, называемое гальванометром, обозначенное цифрой G. . Ток через гальванометр I _G вызывает пропорциональное движение или отклонение стрелки.

Двумя важнейшими характеристиками любого гальванометра являются его сопротивление и чувствительность по току. Чувствительность по току — это ток, который дает полное отклонение стрелки гальванометра, другими словами, максимальный ток, который может измерить прибор. Например, гальванометр с токовой чувствительностью 50 мкА имеет максимальное отклонение стрелки при протекании через него 50 мкА, находится на полпути шкалы, когда через него протекает 25 мкА, и так далее.

Если такой гальванометр имеет сопротивление 25 Ом, то только напряжение В = IR = (50 мкА) (25 Ом) = 1.25 мВ дает показания полной шкалы. Подключив резисторы к этому гальванометру различными способами, вы можете использовать его как вольтметр или амперметр для измерения широкого диапазона напряжений или токов.

Гальванометры как вольтметры

Гальванометр может работать как вольтметр, если он подключен последовательно с большим сопротивлением R . Значение R определяется максимальным измеряемым напряжением. Предположим, вам нужно 10 В для полного отклонения вольтметра, содержащего гальванометр с сопротивлением 25 Ом и чувствительностью 50 мкА.Тогда приложенное к измерителю напряжение 10 В должно давать ток 50 мкА. Общее сопротивление должно быть:

$ R_ {tot} = R + r = \ frac {V} {I} = \ frac {10V} {50 \ mu A} = 200 k \ Omega,

$

или:

$ R = R_ {tot} — r = 200 k \ Omega — 25 \ Omega \ приблизительно 200 k \ Omega. $

(R настолько велико, что сопротивление гальванометра r почти ничтожно.) Обратите внимание, что приложено 5 В. Этот вольтметр производит отклонение на половину шкалы, пропуская через измеритель ток 25 мкА, поэтому показания вольтметра пропорциональны напряжению, если это необходимо.Этот вольтметр не будет полезен для напряжений менее примерно половины вольта, потому что отклонение измерителя будет слишком маленьким для точного считывания. Для других диапазонов напряжения другие сопротивления устанавливаются последовательно с гальванометром. Многие измерители позволяют выбирать шкалы, которые включают последовательное включение соответствующего сопротивления с гальванометром.

Гальванометры как амперметры

Тот же гальванометр может также работать как амперметр, если он размещен параллельно с небольшим сопротивлением R , часто называемым шунтирующим сопротивлением.Поскольку сопротивление шунта невелико, большая часть тока проходит через него, что позволяет амперметру измерять токи, намного превышающие те, которые вызывают полное отклонение гальванометра.

Предположим, например, что нам нужен амперметр, который дает полное отклонение для 1,0 А и который содержит тот же гальванометр 25 Ом с чувствительностью 50 мкА. Поскольку R и R параллельны, напряжение на них одинаковое.

Эти ИК-капли следующие: IR = I _G r

, так что: $ IR = \ frac {I_G} {I} = \ frac {R} {r}.{-3} \ Omega. $

Обучение работе с вольтметрами | IOPSpark

Вольтметр

Электричество и магнетизм

Обучение работе с вольтметрами

Практическая деятельность для 14-16

Демонстрация

Введение в то, что измеряют вольтметры и как они соединяются в цепях.

Аппаратура и материалы

• Ячейки, 1,5 В, с держателями, 3
• Лампы с патронами, 3
• Выводы, 4 мм, 8
• Вольтметр демонстрационный (0-5 В)
• Цифровой мультиметр с несколькими диапазонами напряжения (опция)
• Цифровые и аналоговые вольтметры с переменным диапазоном (опция)

Примечания по охране труда и технике безопасности

В современной конструкции сухого элемента используется стальная банка, подключенная к положительному (приподнятому) контакту.Отрицательное соединение — это центр основания с кольцевым изолятором между ним и банкой. Некоторые держатели ячеек имеют зажимы, которые могут перекрывать изолятор, вызывая короткое замыкание . Это быстро разряжает элемент и может привести к его взрыву. Риск снижается за счет использования маломощных, , хлоридно-цинковых элементов, а не высоких, , щелочно-марганцевых.

Прочтите наше стандартное руководство по охране труда

Процедура

1. Соедините три ячейки последовательно.(Не замыкайте цепь.)
2. Присоедините два вывода к демонстрационному вольтметру другого отличительного цвета, например зеленый.
3. Подключите измеритель, показывающий 0-5 вольт, сначала на одной ячейке, затем на двух, затем на трех. Покажите, что показания счетчика увеличиваются одинаково — счетчик «считает клетки». (Вы можете пометить циферблат измерителя, чтобы указать «1 ячейка», «2 ячейки», «3 ячейки».)
4. Теперь подключите три лампы последовательно. Подключите одну ячейку к трем лампам — демонстрационный счетчик должен показывать приблизительно «1 ячейка».Повторите то же самое с двумя и тремя клетками.
5. Наконец, с тремя ячейками и тремя лампами снимите показания с одной, двух и затем трех ламп, чтобы показать, как напряжение ячеек распределяется между лампами, когда они включены последовательно.

Учебные заметки

• Для первого знакомства с вольтметром нет необходимости определять вольт. Вместо этого используйте его как линейку или часы, которые используются в первый раз — без определения счетчика или второго. В конце концов, вольт будет использоваться как мера энергии, которую может обеспечить элемент.(Разность потенциалов в вольтах определяется из энергии, передаваемой каждому кулону заряда, протекающего между двумя точками в цепи, к которым подключен вольтметр.)
• Вы можете начать с представления ячейки как устройства , которое хранит энергию химически . Это может помочь учащимся понять, что ток не расходуется, а химические вещества в ячейке расходуются. Таким образом, ток во всей последовательной цепи одинаков и не расходуется в устройствах. (Ток выполняет электромонтажные работы — лампы нагревают и нагревают окружающую среду.) Мы платим за химические вещества в ячейке и, в больших масштабах, за уголь (и инфраструктуру), который позволяет току течь, когда приборы подключены к электросети. Мы платим за топливо, электростанции и Национальную сеть, когда оплачиваем счет за электричество.
• Студенты могут провести аналогичный эксперимент, но их наблюдения, вероятно, будут меньше смущать их, если эксперимент будет проводиться в качестве демонстрации. Они могут продолжить практиковаться в использовании вольтметров для измерения напряжений в любых схемах, которые они ранее изучили.
• Расширение «Как работает наука»: используйте эту демонстрацию как возможность поднять некоторые вопросы, связанные с выбором подходящего оборудования для практической работы. Студенты могут подумать, что существует только один тип вольтметра. Демонстрируя, что существуют вольтметры с разными диапазонами, вы можете усилить важность выбора подходящего оборудования. С двумя или более измерителями на разных диапазонах произведите одно и то же измерение: стрелка измерителя с более чувствительной шкалой будет отклоняться дальше.
• В некоторых экспериментах учащиеся не получают ни одного фиксированного показания вольтметра, а получают постоянно колеблющееся значение. Определение «правильного» прочтения дает прекрасную возможность обсудить:
• Относительные достоинства аналоговых и цифровых счетчиков
• неопределенность измерений
• как выбрать измеритель с подходящим диапазоном и чувствительностью
• Укажите, что необходимо соблюдать осторожность, чтобы не допустить перегрузки или повреждения счетчиков.Если у электросчетчика более одного диапазона, учащиеся всегда должны сначала выбирать самый высокий диапазон, а затем, при необходимости, более чувствительные диапазоны. Им также следует выбрать самое низкое напряжение источника питания.

Этот эксперимент был проверен на безопасность в декабре 2006 г.

Узнайте о вольтметре | Chegg.com

Параллельное соединение

Вольтметр должен быть подключен параллельно устройству, напряжение которого должно быть измерено.Это сделано для поддержания падения напряжения в цепи. При параллельном подключении полное сопротивление нагрузки (подключенные элементы) будет параллельно высокому сопротивлению вольтметра. Это будет равно общему импедансу элемента, предотвращает возникновение препятствий в цепи и поддерживает одинаковое напряжение между вольтметром и нагрузкой.

Высокое сопротивление

Вольтметр регистрирует сопротивление между двумя точками электрической цепи. Обычно вольтметр не отражает ток или пропускает его.Однако если внутренний сопротивление низкое, тогда оно может отклониться и позволить некоторому току пройти через него, что, в свою очередь, уменьшит разность потенциалов. Стрелка вольтметра может отклониться в соответствии с этой уменьшенной разностью потенциалов; в то время как фактическое может быть выше. Вольтметр с высоким сопротивлением предотвратит прохождение тока; следовательно, не будет индуцированного уменьшения разности потенциалов, и вольтметр будет точно отклоняться.

Точность

Для получения точных показаний вольтметр должен быть подключен параллельно и иметь высокое сопротивление.Цифровой вольтметр обеспечивает лучшую точность, чем аналоговый.

Преобразование гальванометра в вольтметр:

Это модернизированная или импровизированная версия гальванометра с подвижной катушкой, который измеряет разность потенциалов между любыми двумя точками в электрической цепи. Импровизация осуществляется путем последовательного подключения провода с высоким сопротивлением или резистора к катушке гальванометра.

Приложения

· Измеряет напряжение для поддержания электрического сопротивления в электрической цепи или устройстве.

· Измеряет напряжение в электрических блоках, таких как трансформаторы, генераторы и т. Д.

· На основе измерений вольтметра, цепь может быть отлажена после достижения оптимального или необходимого напряжения.

21,4 Вольтметры и амперметры постоянного тока — College Physics

Вольтметры измеряют напряжение, а амперметры измеряют ток. Некоторые измерители в автомобильных приборных панелях, цифровых камерах, сотовых телефонах и тюнерах-усилителях являются вольтметрами или амперметрами. (См. Рис. 21.26.) Внутренняя конструкция простейших из этих счетчиков и то, как они подключены к системе, которую они контролируют, позволяют лучше понять применение последовательного и параллельного подключения.

Рис. 21.26. Датчики топлива и температуры (крайний правый и крайний левый, соответственно) в этом Volkswagen 1996 года являются вольтметрами, которые регистрируют выходное напряжение «передающих» устройств, которое, как мы надеемся, пропорционально количеству бензина в баке и температуре двигателя. . (кредит: Christian Giersing)

Вольтметры подключаются параллельно к любому устройству, которое необходимо измерить. Параллельное соединение используется потому, что параллельные объекты испытывают одинаковую разность потенциалов.(См. Рисунок 21.27, где вольтметр обозначен символом V.)

Амперметры подключаются последовательно к любому измеряемому току устройства. Последовательное соединение используется потому, что последовательно соединенные объекты имеют одинаковый ток, проходящий через них. (См. Рисунок 21.28, где амперметр обозначен символом A.)

Рисунок 21.27 (a) Для измерения разности потенциалов в этой последовательной цепи вольтметр (V) помещают параллельно источнику напряжения или одному из резисторов.Обратите внимание, что напряжение на клеммах измеряется между точками a и b. Невозможно подключить вольтметр напрямую к ЭДС без учета ее внутреннего сопротивления rr. (b) Используемый цифровой вольтметр. (Источник: Messtechniker, Wikimedia Commons) Рисунок 21.28 Амперметр (A) включен последовательно для измерения тока. Весь ток в этой цепи протекает через счетчик. Амперметр будет иметь такие же показания, если он расположен между точками d и e или между точками f и a, как и в показанном положении.(Обратите внимание, что заглавная буква E обозначает ЭДС, а rr обозначает внутреннее сопротивление источника разности потенциалов.)

Аналоговые измерители: гальванометры

У аналоговых счетчиков есть стрелка, которая поворачивается, чтобы указывать на числа на шкале, в отличие от цифровых счетчиков, которые имеют числовые показания, аналогичные ручному калькулятору. Сердцем большинства аналоговых счетчиков является устройство, называемое гальванометром, обозначенное буквой G. Ток, протекающий через гальванометр IGIG размера 12 {I rSub {размер 8 {G}}} {}, вызывает пропорциональное отклонение стрелки.(Это отклонение происходит из-за силы магнитного поля на токоведущий провод.)

Двумя важнейшими характеристиками данного гальванометра являются его сопротивление и чувствительность по току. Чувствительность по току — это ток, который дает полное отклонение стрелки гальванометра, максимальный ток, который может измерить прибор. Например, гальванометр с токовой чувствительностью 50 мкА, 50 мкА имеет максимальное отклонение стрелки, когда через него протекает 50 мкА, 50 мкА, показывает половину шкалы, когда через него протекает 25 мкА 25 мкА размером 12 {2 «5» мкА} {} , и так далее.

Если такой гальванометр имеет сопротивление 25 Ом 25 Ом размером 12 {2 «5-«% OMEGA} {}, тогда напряжение только V = IR = 50 мкА 25 Ом = 1,25 мВВ = IR = 50 мкА 25 Ом = 1,25 мВ, размер 12 {V = курсив «IR» = слева («50 мкА справа) слева (« 25 »% OMEGA справа) = 1». «25» «мВ»} {} дает показание полной шкалы. Подключив резисторы к этому гальванометру различными способами, вы можете использовать его как вольтметр или амперметр, который может измерять широкий диапазон напряжений или токов.

Гальванометр как вольтметр

Рисунок 21.29 показано, как гальванометр можно использовать в качестве вольтметра, подключив его последовательно с большим сопротивлением RR. Значение сопротивления RR размером 12 {R} {} определяется максимальным измеряемым напряжением. Предположим, вам нужно 10 В для создания полного отклонения вольтметра, содержащего гальванометр 25 Ом 25 Ом размером 12 {2 «5-«% OMEGA} {} с чувствительностью 50 мкА, 50 мкА. Затем 10 В, приложенное к измерителю, должно давать ток 50 мкА 50 мкА размером 12 {«50» мкА} {}. Общее сопротивление должно составлять

Rtot = R + r = VI = 10 В, 50 мкА = 200 кОм, или Rtot = R + r = VI = 10 В, 50 мкА = 200 кОм, или размер 12 {R rSub {размер 8 {«tot»} } = R + r = {{V} больше {I}} = {{«10» «V»} больше {«50» мкА}} = «200» «k»% OMEGA} {}

21.68

R = Rtot − r = 200 кОм − 25Ω ≈ 200 кОм. R = Rtot − r = 200 кОм − 25Ω≈200 кОм. размер 12 {R = R rSub {size 8 {«tot»}} -r = «200» k% OMEGA — «25»% OMEGA »» 200 «» k «% OMEGA} {}

21,69

(размер RR 12 {R} {} настолько велико, что сопротивление гальванометра, rr, почти ничтожно.) Обратите внимание, что 5 В, приложенное к этому вольтметру, вызывает отклонение на половину шкалы, создавая 25-мкА 25-мкА размером 12 {2 «5- «мкА} {} ток через измеритель, поэтому показания вольтметра пропорциональны напряжению по желанию.

Этот вольтметр не годится для напряжений менее примерно половины вольта, потому что отклонение измерителя будет небольшим и его трудно будет точно прочитать.Для других диапазонов напряжения другие сопротивления устанавливаются последовательно с гальванометром. У многих метров есть выбор шкалы. Этот выбор включает последовательное включение соответствующего сопротивления с гальванометром.

Рисунок 21.29. Большое сопротивление RR, включенное последовательно с гальванометром G, дает вольтметр, полное отклонение которого зависит от выбора размера RR 12 {R} {}. Чем больше измеряемое напряжение, тем больше должен быть размер RR 12 {R} {}. (Обратите внимание, что rr представляет собой внутреннее сопротивление гальванометра.)

Гальванометр как амперметр

Тот же гальванометр можно превратить в амперметр, разместив его параллельно небольшому сопротивлению RR размером 12 {R} {}, часто называемому шунтирующим сопротивлением, как показано на рисунке 21.30. Поскольку сопротивление шунта невелико, большая часть тока проходит через него, что позволяет амперметру измерять токи, намного превышающие токи, вызывающие полное отклонение гальванометра.

Предположим, например, что необходим амперметр, который дает полное отклонение на 1.0 A, и содержит тот же гальванометр 25 Ом, 25 Ом, размер 12 {2 «5-«% OMEGA} {} с его чувствительностью 50 мкА, 50 мкА, размер 12 {«50»-мкА} {}. Поскольку RR размером 12 {R} {} и RR размером 12 {r} {} параллельны, напряжение на них одинаковое.

Эти капли IRIR размера 12 {ital «IR»} {} имеют IR = IGrIR = IGr size 12 {ital «IR» = I rSub {size 8 {G}} r} {} так что IR = IGI = RrIR = IGI = Rr размер 12 {ital «IR» = {{I rSub {size 8 {G}}} больше {I}} = {{R} больше {r}}} {}. Решив для размера RR 12 {R} {} и отметив, что размер IGIG 12 {I rSub {размер 8 {G}}} {} равен 50 мкА, 50 мкА, размер 12 {«50» мкА} {} и размер II 12 {I } {} равно 0.999950 А, имеем

R = rIGI = (25 Ом) 50 мкА 0,999950 А = 1,25 × 10−3 Ом. R = rIGI = (25 Ом) 50 мкА0,999950 А = 1,25 × 10−3 Ом. размер 12 {R = r {{I rSub {size 8 {G}}} больше {I}} = \ («25″% OMEGA \) {{«50» мА} больше {0 «.» «999950 A»}} = 1 «.» «25» ´ «10» rSup {размер 8 {-3}}% OMEGA} {}

21,70

Рисунок 21.30. Небольшое шунтирующее сопротивление RR размером 12 {R} {}, помещенное параллельно гальванометру G, дает амперметр, полное отклонение которого зависит от выбора размера RR 12 {R} {}. Чем больше измеряемый ток, тем меньше должен быть размер RR 12 {R} {}.Большая часть тока (II), протекающего через счетчик, шунтируется через RR размером 12 {R} {} для защиты гальванометра. (Обратите внимание, что rr представляет собой внутреннее сопротивление гальванометра.) Амперметры также могут иметь несколько шкал для большей гибкости в применении. Различные масштабы достигаются путем переключения различных шунтирующих сопротивлений параллельно гальванометру — чем больше максимальный измеряемый ток, тем меньше должно быть шунтирующее сопротивление.

Проведение измерений изменяет схему

Когда вы используете вольтметр или амперметр, вы подключаете другой резистор к существующей цепи и, таким образом, изменяете схему.В идеале вольтметры и амперметры не оказывают заметного влияния на схему, но полезно изучить обстоятельства, при которых они влияют или не влияют.

Сначала рассмотрим вольтметр, который всегда размещается параллельно с измеряемым устройством. Через вольтметр протекает очень небольшой ток, если его сопротивление на несколько порядков больше, чем сопротивление устройства, и поэтому на цепь это не оказывает заметного влияния. (См. Рисунок 21.31 (a).) (Большое сопротивление, параллельное малому, имеет суммарное сопротивление, по существу равное малому.) Если, однако, сопротивление вольтметра сопоставимо с сопротивлением измеряемого устройства, то два параллельно подключенных устройства имеют меньшее сопротивление, что существенно влияет на цепь. (См. Рисунок 21.31 (b).) Напряжение на устройстве не такое, как при отключении вольтметра от цепи.

Рисунок 21.31 (a) Вольтметр, имеющий сопротивление намного больше, чем устройство (RVoltmeter >> RRVoltmeter >> R, размер 12 {V «>>» R} {}), с которым он подключен параллельно, создает параллельное сопротивление, по существу такое же, как и устройство и не оказывает заметного влияния на измеряемую цепь.(b) Здесь вольтметр имеет такое же сопротивление, как и устройство (RVoltmeter≅RRVoltmeter≅R size 12 {V simeq R} {}), так что параллельное сопротивление составляет половину от того, которое есть, когда вольтметр не подключен. Это пример значительного изменения схемы, которого следует избегать.

Амперметр подключается последовательно к ветви измеряемой цепи, так что его сопротивление добавляется к этой ветви. Обычно сопротивление амперметра очень мало по сравнению с сопротивлениями устройств в цепи, поэтому дополнительное сопротивление незначительно.(См. Рисунок 21.32 (a).) Однако, если задействованы очень малые сопротивления нагрузки или если сопротивление амперметра не такое низкое, как должно быть, то общее последовательное сопротивление значительно больше, а ток в ветви измеряется уменьшается. (См. Рисунок 21.32 (b).)

На практике может возникнуть проблема, если амперметр подключен неправильно. Если его подключить параллельно с резистором для измерения тока в нем, вы можете повредить счетчик; низкое сопротивление амперметра позволит большей части тока в цепи проходить через гальванометр, и этот ток будет больше, поскольку эффективное сопротивление меньше.

Рис. 21.32 (a) Амперметр обычно имеет такое маленькое сопротивление, что общее последовательное сопротивление в измеряемой ветви существенно не увеличивается. Схема практически не изменилась по сравнению с отсутствием амперметра. (b) Здесь сопротивление амперметра такое же, как и у ветви, так что общее сопротивление удваивается, а сила тока вдвое меньше, чем без амперметра. Этого существенного изменения схемы следует избегать.

Одним из решений проблемы вольтметров и амперметров, мешающих измеряемым цепям, является использование гальванометров с большей чувствительностью.Это позволяет создавать вольтметры с большим сопротивлением и амперметры с меньшим сопротивлением, чем при использовании менее чувствительных гальванометров.

Существуют практические пределы чувствительности гальванометра, но можно получить аналоговые измерители, которые делают измерения с точностью до нескольких процентов. Обратите внимание, что неточность возникает из-за изменения схемы, а не из-за неисправности измерителя.

Связи: границы знаний

Выполнение измерения изменяет измеряемую систему таким образом, что приводит к погрешности измерения.Для макроскопических систем, таких как схемы, обсуждаемые в этом модуле, изменение обычно можно сделать пренебрежимо малым, но полностью исключить его нельзя. Для субмикроскопических систем, таких как атомы, ядра и более мелкие частицы, измерение изменяет систему таким образом, что невозможно сделать сколь угодно малым. Это фактически ограничивает знание системы — даже ограничивает то, что природа может знать о самой себе. Мы увидим глубокие последствия этого, когда принцип неопределенности Гейзенберга будет обсуждаться в модулях по квантовой механике.

Существует еще один метод измерения, основанный на полном отсутствии тока и, следовательно, без изменения схемы. Они называются нулевыми измерениями и являются темой нулевых измерений. Цифровые измерители, которые используют твердотельную электронику и нулевые измерения, могут достигать точности одной детали в 106106 размер 12 {«10» rSup {size 8 {6}}} {}.

Проверьте свое понимание

Цифровые счетчики способны обнаруживать меньшие токи, чем аналоговые счетчики, использующие гальванометры.Как это объясняет их способность измерять напряжение и ток более точно, чем аналоговые измерители?

Solution

Поскольку цифровые счетчики требуют меньшего тока, чем аналоговые счетчики, они изменяют схему меньше, чем аналоговые счетчики. Их сопротивление в качестве вольтметра может быть намного больше, чем у аналогового измерителя, а их сопротивление в качестве амперметра может быть намного меньше, чем у аналогового измерителя. См. Рисунки 21.27 и 21.28 и их обсуждение в тексте.

PhET Explorations

Комплект для конструирования цепей (только для постоянного тока), виртуальная лаборатория

Стимулируйте нейрон и отслеживайте, что происходит.Сделайте паузу, перемотайте назад и двигайтесь вперед во времени, чтобы наблюдать за перемещением ионов через мембрану нейрона.

Глава 16 Концепции

Глава 16 Концепции

Глава 18

Концептуальные вопросы: 4, 6, 9, 10, 13, 17, 21, 22, 23

| ВЕРНУТЬСЯ К ДОМАШНЕМУ ЗАДАНИЮ |

4. Джеффу нужен резистор на 100 Ом для схемы, но у него есть только набор резисторов на 300 Ом. Что он может сделать?

У Джеффа есть несколько вариантов.Во-первых, он мог пойти в магазин резисторов и купить другую коробку, на этот раз резисторы на 100 Ом, как в первый раз. Но на самом деле мы не к этому подошли с этим вопросом.

Джефф должен уменьшить общее сопротивление. Если он соединит резисторы последовательно, они только увеличат общее сопротивление. Однако, если он соединит их параллельно друг с другом, они уменьшат общее сопротивление. Три резистора по 300 Ом, включенные параллельно, в сумме будут иметь сопротивление 100 Ом, поскольку 1/100 = 1/300 + 1/300 + 1/300.(Попробуйте сами.)

6. ​​Сравните сопротивление идеального амперметра с сопротивлением идеального вольтметра. У кого большее сопротивление? Почему?

Амперметр должен измерять ток без изменения величины тока, который обычно проходит через определенную марку цепи. В результате у него должно быть очень низкое сопротивление. С другой стороны, вольтметр измеряет разность напряжений между двумя разными точками (скажем, на разных сторонах резистора), но он не должен изменять количество тока, проходящего через элемент между этими двумя точками.Таким образом, он должен иметь очень высокое сопротивление, чтобы не «протягивать» через него ток. Вопрос 10 (ниже) предлагает более подробную информацию по этому поводу, и на него действительно следует ответить одновременно с этим вопросом, поэтому давайте перейдем к этому:

10. Почему амперметры соединены последовательно с элементом схемы, в котором должен измеряться ток, и вольтметры, подключенными параллельно к элементу, для которого должна быть измерена разность потенциалов?

Амперметры измеряют ток, поэтому им нужно «войти» в цепь и фактически перехватить и подсчитать все проходящие заряды.Вы разрываете ветвь цепи, в которой измеряете ток, а затем вставляете этот измеритель, повторно соединяя цепь с ним, «видя» все эти заряды, проходящие через него. (В этом случае он должен иметь очень-очень низкое сопротивление, чтобы не изменять условия цепи и не изменять ток.) ​​

Вольтметрам

необходимо сравнить две разные точки и их напряжения. Сравнивая две точки, вы должны подключиться к ним одновременно, что требует параллельного подключения.(Вольтметр должен иметь очень высокое сопротивление, чтобы не пропускать ток через него и, таким образом, изменять токи в остальной части цепи.)

Что произойдет, если вы подключите амперметр в конфигурации, предназначенной для вольтметра (т. Е. Параллельно)? Это действительно хороший экзаменационный вопрос.

9. Почему электрические плиты и сушилки для одежды питаются напряжением 240 В, а светильники, радио и часы — напряжением 120 В?

Поскольку мощность (уровень энергии) является произведением I и V, вы можете получить больше энергии от этих печей и сушилок, просто увеличив ток (уменьшив сопротивление элементов внутри них).Однако не всегда рекомендуется просто увеличивать ток, потому что это требует физических усилий: большее количество зарядов, движущихся по проводу, означает, что вам нужен более толстый провод с меньшим сопротивлением, иначе провод может слишком сильно нагреться и расплавить изоляция. Итак, другой способ увеличить мощность, не увеличивая слишком сильно ток, — это увеличить напряжение. Это не обязательно для большинства электрических устройств, но хорошо подходит для мощных устройств.

13.Некоторые батареи можно «перезарядить». Означает ли это, что батарея имеет запас заряда, который истощается по мере использования батареи? Если «подзарядка» не означает буквально вернуть заряд аккумулятора, что означает , ?

Мы не создаем и не уничтожаем заряд. И батарея всегда заряжена нейтрально. Он перемещает заряд, но всегда с тем же током, идущим на одном конце батареи, что и на противоположном конце.

С аккумулятором повышается его потенциальная энергия по мере «перезарядки».»В батареях это означает, что происходят какие-то химические изменения, и энергия, хранящаяся в них, позже собирается в виде электрической энергии.

17. Электрик, работающий с «живыми» цепями, носит изолированную обувь и держит одну руку за спиной. Почему?

Изолированная обувь удерживает электрика изолированным от земли, и мы надеемся, что повысит сопротивление в цепи, которая соединит его с землей. Это более высокое сопротивление приведет к низкому (надеюсь, близкому к нулю) току.Тот же человек держит одну руку за спиной, чтобы покрасоваться. Нет, на самом деле, вторая рука была бы отличным способом соединить полную цепь, проходящую прямо через сердце, и, если держать ее за спиной, вы уверены, что это соединение не будет. (Позже в семестре я создам схему с рассолом, по причинам, которые вы тогда поймете, и вы увидите похожую технику. Надеюсь.)

21. а. Если сопротивление R1 уменьшается, что происходит с падением напряжения на R3? Выключатель S по-прежнему открыт, как показано на рисунке.

Ток в R3 будет больше, что приведет к увеличению падения напряжения.

21. б. Если сопротивление R1 уменьшается, что происходит с падением напряжения на R2? Выключатель S по-прежнему открыт, как показано на рисунке.

Он уменьшается в результате большего тока, проходящего через R1 (а R2 должен делиться с R1).

21. с. В показанных схемах, если переключатель S замкнут, что происходит с током через R1?

Увеличивается.В этом случае ток не пройдет через R3 — мы говорим, что он «закорочен». Это означает, что в цепи меньше общего сопротивления, поэтому больший ток будет делиться с R1 и R2.

22. Четыре одинаковые лампочки помещены в две разные цепи с одинаковыми батареями. Лампочки A и B подключены последовательно с аккумулятором. Лампочки C и D подключены параллельно к батарее.

а. Оцените яркость лампочек.

C и D будут одинаково яркими и ярче, чем A и B; А и В одинаково яркие.

г. Что произойдет с яркостью лампы B, если лампочку A заменить на провод?

B увеличивает яркость.

г. Что произойдет с яркостью лампочки C, если лампочку D вынуть из цепи?

Его яркость остается прежней.

23. Три одинаковые лампочки соединены в цепь, как показано на схеме.

а. Что произойдет с яркостью остальных лампочек, если лампу А вынуть из цепи и заменить на провод?

Лампы B и C становятся ярче.

г. Что произойдет с яркостью лампы накаливания, если лампу B вынуть из цепи?

Лампа A становится ярче, а лампа C становится ярче. При всех трех сопротивлениях в цепи токи равны
I A = 2 V / (3 R ), I B = I C = V / (3 R ).Когда B удаляется, ток в A и C составляет В / (2 R ). (Вы все это поняли?)

г. Что произойдет с яркостью лампы накаливания, если лампочку B заменить на провод?

Лампа A становится ярче, лампа C полностью перестает светиться. (Лампа C закорочена проводом с нулевым сопротивлением, поэтому ток не идет на C.)

| ВЕРНУТЬСЯ К ДОМАШНЕМУ ЗАДАНИЮ |

Электрические схемы: решение с аудиогидом

Электрические схемы: решение с аудиогидом

Проблема 32:

Вольтметры можно использовать для определения напряжения в двух точках цепи.Амперметр можно использовать для определения силы тока в любом заданном месте цепи. Схема ниже питается от источника питания 24,0 В и использует четыре вольтметра и три амперметра для измерения падений напряжения и токов.

Значения резистора составляют 54,5 Ом (R ₁ ), 31,7 Ом (R ₂ ) и 48,2 Ом (R ₃ ). Определите показания амперметра и вольтметра.

Решение с аудиогидом

Ваш браузер не поддерживает аудио элементы.Пожалуйста, скачайте и просмотрите здесь.

Привычки эффективного решателя проблем

• Внимательно прочтите задачу и создайте мысленную картину физической ситуации. При необходимости нарисуйте простую схему физической ситуации, которая поможет вам ее визуализировать.
• Определите известные и неизвестные количества и запишите их в организованном порядке. Приравняйте заданные значения к символам, используемым для представления соответствующей величины — e.г., ΔV = 9,0 В; R = 0,025 Ом; Я = ???.
• Используйте физические формулы и концептуальные рассуждения, чтобы построить стратегию решения неизвестной величины.
• Определите подходящую (ые) формулу (ы) для использования.
• Выполните замены и алгебраические манипуляции, чтобы найти неизвестную величину.

Прочтите об этом!

Дополнительную информацию по теме «Электрические схемы» можно найти в учебном пособии по физике.

Вернуться к набору задач

Вернуться к обзору

См. Аудиогид решения проблемы:

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 .