Site Loader

Содержание

Подключение вольтметров к сетям постоянного и переменного тока

Напряжение – с этим термином мы довольно часто сталкиваемся в повседневной жизни. Иногда нам нужно измерить напряжение в сети, чтобы понять, почему какое-либо устройство работает неудовлетворительно или лампа накаливания горит довольно тускло. Для данного рода измерений используют вольтметры. Вольтметр подключается к измеряемому устройству только параллельно, почему это так?

Как известно электрическое напряжение  – это отношение работы, совершенной электрическим полем по перемещению заряда А, к величине заряда q, U=A/q. Также оно характеризует электрическое поле, которое возникает при прохождении электрического тока.

В системе международных обозначений СИ обозначается как U и измеряют в вольтах (1 В = 1 Дж/Кл). Для того чтобы измерять напряжение на устройстве необходимо параллельно к нему подключить вольтметр.

Для того, чтоб при параллельном включении снизить ток, потребляемый вольтметром и соответственно потери электрической энергии внутри устройства, внутреннее измерительное сопротивление выбирается как можно больше . Если включить вольтметр в цепь последовательно, то в связи с большим внутренним сопротивлением получим фактически разрыв цепи. То есть потери при измерении напряжения будет слишком большими, что неприемлемо, а также измерения будут некорректными. Поэтому вольтметр подключают только параллельно:

Если измеряется постоянное напряжение от 1 до 1000 мкВ могут использовать компенсаторами постоянного тока, но чаше пользуются цифровыми вольтметрами . Значения от десятков милливольт до сотен вольт измеряют приборами таких систем как: электромагнитной, электродинамической, магнитоэлектрической. Также не брезгуют и электронными аналоговыми и цифровыми вольтметрами. Также при измерении могут использовать добавочные сопротивления:

Где Rv – это внутреннее сопротивление вольтметра, Rдоб1…3 – добавочные сопротивления, UmV – максимальное которое может измерять сам вольтметр, а U1…3 – которые он может измерять с добавочными сопротивлениями.

Сопротивления добавочных резисторов определяется по формуле:

Где m – масштабный коэффициент.

Если проводят измерения постоянных напряжений в несколько киловольт, то в большинстве случаев используют вольтметры электростатические, реже используют измерительные устройства других систем подключаемых через делитель:

Где резисторы R1, R2  — резисторы выполняющие роль делителя, Rизм. – измерительное сопротивление, с которого снимается напряжение.

Если измеряют переменные напряжения до единиц вольт, то используют аналоговыми, выпрямительными и цифровыми устройствами. От единиц до сотен вольт и частотном диапазоне до нескольких десятков килогерц применяют выпрямительные системы, электромагнитные, электродинамические приборы. Если частота достигает нескольких десятков мегагерц, то в таком случае напряжение измеряют термоэлектрическими и электростатическими приборами.

В действующих значениях, как правило градуируют шкалы приборов для измерения величин переменного тока. Поэтому при измерении необходимо это учитывать (если необходимо измерять амплитудные и средние значения, то их как правило пересчитывают по соответствующим формулам).

При проведении измерении в сетях переменного тока напряжением выше 1000 В могут использоваться как делители, так и трансформаторы напряжения  или измерительные трансформаторы. Чаще используют трансформаторы, так как трансформатор не только понижает значение напряжения, но потенциально разделяет измерительную цепь от силовой. Измерения могут проводится теми же приборами, что и в выше описанных случаях. Схема включения приведена ниже:

Где FU1, FU2 – предохранители, защищающие измерительную цепь от короткого замыкания.

Внешний вид трансформатора однофазного:

Как видим, при проведении измерение различного рода напряжений могут использоваться как различного рода приборы (цифровые, аналоговые и т.д.), так и устройства (делители, трансформаторы). При проведении измерений важно учитывать каждый способ проведения измерений, для получения как можно более точного результата, а также корректного проведения измерительных работ.

Вольтметр. Назначение, виды и схема подключения

Все мы знаем, что напряжение в бытовой розетке 220 В (стоит помнить, что не во всех странах). Но ведь оно иногда может быть больше или меньше и возникает логичный вопрос — а как померять напряжение? Для этого нам и нужен вольтметр.

И так, вольтметр — это прибор, который измеряет разность потенциалов (в Вольтах) или напряжение. Принцип работы классического вольтметра довольно прост — ток, который индуцируется в катушке при подключении к источнику напряжения, создает вращающий момент, который перемешает стрелку электроизмерительного прибора. Отклонение стрелки всегда прямо пропорционально разности потенциалов между измеряемыми точками. Стоит помнить, что вольтметр ВСЕГДА подключается параллельно к цепи, в которой ведется измерение напряжения.

Обозначение вольтметра в электрической цепи

В электрических схемах вольтметр всегда представлен в виде круга с двумя клеммами с латинской буквой V внутри:

Почему вольтметр всегда подключен параллельно?

Сопротивление у идеального вольтметра равно бесконечности. Но это у идеального, у реального оно значительно меньше, но все еще очень высоко. Поэтому при подключении измерительного прибора в цепь последовательно его показания не будут иметь ничего общего с правдой, а его внутреннее сопротивление окажет существенное влияние на электрическую цепь (практически разрыв цепи из-за большого внутреннего сопротивления).

Вольтметр всегда подключается параллельно цепи, так что падение напряжения на измерительном приборе никак не влияет на работу электрической цепи. Также если измерительный прибор является многопредельным (например 3, 15, 75 и 150 В), при переключении предела последовательно катушке измерения вводится добавочное сопротивление (как правило оно уже установлено в корпусе прибора, но стоит уточнить это в техпаспорте), которое предохраняет измерительную катушку электрического прибора от токов выше номинального и обеспечивают точность измерения.

Почему вольтметр имеет большое сопротивление?

Вольтметр имеет очень высокое внутреннее сопротивление, потому что он измеряет разность потенциалов между двумя точками цепи. Вольтметр не влияет на ток измеряемой цепи.

Если измерительный прибор имеет низкое сопротивление, через него будет проходить ток (согласно первому закону Кирхгофа ток будет распределяться между двумя ветвями цепи — часть тока будет протекать через нагрузку, а часть через вольтметр, именно поэтому его сопротивление должно быть как можно больше — чтоб минимизировать ток), и на выходе мы получим неверный результат. Большое сопротивление вольтметра не позволяет току проходить через него (разрыв цепи), и, таким образом, получают показания напряжения.

Какие бывают типы вольтметров

Вольтметры, как и любые другие электроизмерительные приборы, классифицируются в зависимости от назначения и конструкции. Более подробно на рисунке ниже:

Вольтметр с подвижной катушкой и с постоянными магнитами (PMMC)

Такой прибор работает по магнитоэлектрическому принципу. В двух словах это означает следующее — в постоянное магнитное поле помещается катушка измерительного прибора, которая подключается к электрической цепи, в которой проводится измерение. При протекании тока через катушку электромагнитная сила создаст вращающий момент, который повернет стрелку измерительного прибора на определенный угол.

Вольтметр с подвижной катушкой и с постоянными магнитами (PMMC) используется только в сетях постоянного тока. Такой тип устройства имеет очень низкое энергопотребление и очень высокую точность. Единственным его недостатком является стоимость.

Электромагнитный вольтметр (MI вольтметр)

Электромагнитный вольтметр может использоваться для измерения как постоянного, так и переменного напряжения. В таком типе приборов отклонение стрелки зависит от напряжения катушки. Электромагнитные вольтметры разделяют на два типа:

  • электромагнитный измерительный прибор с плоской катушкой.
  • электромагнитный измерительный прибор с круглой катушкой.

Электродинамический вольтметр

Электродинамический вольтметр используется для измерения напряжения цепи переменного и постоянного тока. В приборах этого типа калибровка одинакова как для измерения переменного, так и постоянного тока.

Вольтметр с выпрямительной системой

Такой тип прибора используется в цепях переменного тока для измерения напряжения. Выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный ток, после чего сигнал постоянного тока измеряется прибором с подвижной катушкой и с постоянными магнитами.

Аналоговый вольтметр

Аналоговый вольтметр используется для измерения переменного и постоянного напряжения. Он отображает показания через указатель, который зафиксирован на калиброванной шкале. Отклонение указателя зависит от крутящего момента, действующего на него. Величина развиваемого крутящего момента прямо пропорциональна измеряемому напряжению.

Цифровой вольтметр

Вольтметр, который отображает показания в числовой форме, известен как цифровой вольтметр. Цифровой вольтметр дает достаточно точный результат.

Прибор, который измеряет постоянное напряжение, известен как вольтметр постоянного напряжения, а вольтметр переменного напряжения используется в цепи переменного тока для измерения переменного напряжения.

Включение амперметра в электрическую цепь. Как подключить амперметр и вольтметр в машине? Это действительно интересно

Номер по каталогу: 3811010-АП111Б




Технические характеристики

Амперметра Ап-111

Применяемость

Тракторы Т-150 К, 158, ДТ-175С, 75 У, Т-130 МГ, ПАЗ-672, ГАЗ-71, 66-01, УАЗ-469РХ, УРАЛ-479

Установка Амперметра

На большинстве автомобилей для контроля за работой системы электроснабжения используется только контрольная лампа заряда, которая не контролирует состояние аккумуляторной батареи, зарядный ток, величину напряжения в бортовой сети и, кроме того, не позволяет определять ряд неисправностей в цепях. Полную информацию о работе генератора и аккумуляторной батареи можно получить, если оснастить автомобиль

амперметром и вольтметром.

Амперметр обычно подключается в разрыв провода идущего от генератора к аккумулятору. Например на Вазовских машинах между выводам «В+» генератора и «+» аккумуляторной батареи. Подключение Амперметра должно производиться проводом подходящего сечения. Так например амперметр АП-111 необходимо подсоединять проводом сечением не менее 20кв, в противном случае провод будет греться. Сам

Амперметр в процессе работы тоже может немного нагреваться, т.к. внутри него установлен шунт, на котором, при большом токе тоже выделяется тепло, это не является неисправностью.

Вольтметр подключется гораздо проще, в любом месте где есть «+». Соответственно один контакт подключается к корпусу другой удобнее подключить к клемме замка зажигания где появляется «+» при включении зажигания. На рисунке показана типичная принципиальная схема подключения Амперметра и вольтметра

Схема подключения амперметpa и вольтметpa:

1 — аккумуляторная батарея

2 — генератор

3 — монтажный блок

4 — выключатель зажигания

5 — контрольная лампа заряда аккумуляторной батареи, расположенная в комбинации приборов

6 — амперметр

Правила того, как подключить амперметр, следует знать каждому. Так, например, подобные знания нередко используются при составлении заданий экспериментальных туров олимпиад школьников или же лабораторных работ.

Начнем с принципа работы амперметра. То, что он измеряет силу тока, очевидно просто из названия. Это происходит следующим образом: электрический ток, двигающийся по цепи, проходит и по прибору. При этом создается вращающий момент, который становится причиной отклонения динамической (подвижной) части на некоторый угол. Подобное отклонение прямо пропорционально силе тока. Далее это отображается визуально, например, движением стрелки или выводом числа.

Вспомним понятия параллельного и последовательного подключения. Если нужно измерить силу тока на каком-нибудь приемнике, то значение ее должно совпадать с тем, что проходит через амперметр. Это характерно конкретно для последовательного соединения.

Однако способ присоединения – не единственное важное условие того, как подключить амперметр. Не меньшее значение имеет сопротивление амперметра. Если оно вдруг окажется выше, чем сопротивление приемника, при подключении прибора система работы цепи нарушится, и значение тока, действующего на приемник, изменится.

При подключении в разрыв не имеет значения, подключать «плюсом» к источнику питания или прибору. Главное, чтобы последовательно, а не параллельно.

Видов амперметров существует несколько. Среди них аналоговый и цифровой. С из помощью можно измерять и постоянный, и переменный ток. Однако для любого их них правила подключения амперметра сохраняются без изменений. Стоит только проверить, какой ток измеряет конкретный прибор. Это указано на самом устройстве. Если ток постоянный, указано «=», если переменный – «~». Это необходимо сделать обязательно, в противном случае амперметр работать не будет.

Кроме того, при работе с электричеством надо следовать правилам безопасности. При контакте с оголенными проводами и небрежном отношении есть вероятность если получить не электрический ожог, то весьма неприятные ощущения. Особенно это касается реальных установок, потому что в школьной лаборатории, как правило, цепь работает от батарейки, и сила тока не слишком высокая.

Таким образом, характерной особенностью амперметра является его последовательное подключение. Это ограничивает количество способов, как подключить амперметр.

Амперметр. Измерение силы тока — видео

Водители легковых и грузовых автомобилей интересуются, как подключить амперметр и вольтметр в машине. Необходимость установки этих индикаторов объясняется желанием иметь полный контроль над состоянием аккумуляторной батареи и генераторной установки. Большинство современных машин и ранее выпущенных не имеют таких индикаторов установленных заводом изготовителем. Правда, в автомобилях с бортовыми компьютерами, имеется возможность контроля напряжения в цепях машины, в остальных моделях установкой приборов занимаются владельцы.

Как подключить амперметр и вольтметр в машине особенно интересен для владельцев авто с пробегом, так как многие узлы и агрегаты, в том числе и генераторная установка, уже порядком поизносились, поэтому могут работать с нарушениями. Контрольная лампа сигнализирует только об отсутствии бортового напряжения, а этого явно недостаточно. Так, например, если вовремя не заметить повышенное напряжение зарядки аккумулятора, это может привести к выходу его из строя.



О выполняемых функциях этих указателей


Каждый контрольный или измерительный прибор, установленный в панели приборов машины, информирует водителя о работоспособности определённой системы автомобиля. Это позволяет эксплуатировать машину без ущерба для её технического состояния. Однако система электроснабжения многих автомобилей лишена возможности для такого контроля. Владельцы машин пытаются самостоятельно решить такие проблемы установкой амперметра или вольтметра, а некоторые владельцы устанавливают оба этих указателя.

Амперметр, установленный в электрическую цепь, будет показывать потребляемый системой электрический ток. По этим данным можно судить о процессе зарядки аккумулятора и своевременно выявить и устранить возникшие проблемы. Вольтметр также позволяет держать этот процесс под контролем водителя, чем повышается срок службы электрооборудования. Вот основные причины установки этих приборов на автомобиль.



Какие изделия используют?


Некоторое время назад найти и установить такой прибор, было большой проблемой. Автолюбители устанавливали на свои машины амперметры от грузовых автомобилей, а те водители, которые были на «вы» с радиоэлектроникой, сами подбирали измерительные приборы. Первыми отечественными машинами, у которых вольтметр занял своё постоянное место на приборном щитке, была ВАЗ 2105, а несколько позже они появились и на других моделях.

Сегодня такой проблемы не существует, так как имеется большой выбор таких изделий в торговых сетях. Можно установить в панель электронные часы, которые одновременно с текущим временем показывают напряжение бортовой сети. Встречаются электронные тахометры, которые после нажатия нужной кнопки выполняют функции вольтметра. Такие устройства особых проблем не вызывают у владельцев.

Также сегодня в продаже имеются автомобильные амперметры и вольтметры, а отдельные водители самостоятельно подгоняют приборы, которые применяют в радиоэлектронных устройствах. Установка таких указателей сопряжена с некоторыми трудностями, так как нужно подбирать шунты к ним, производить калибровку или изготовление новых шкал. Поэтому на этом останавливаться не будем.

Как установить такие индикаторы? Будем считать, что вам удалось приобрести амперметр или вольтметр предназначенные для применения в автомобилях, теперь рассмотрим процесс их установки. Следует напомнить особенности подключения их в электрические цепи.

Амперметр подключается только последовательно между источником тока и потребителями, при этом обязательно соблюдается полярность подключения, плюс от источника к плюсу прибора и так далее. Вольтметр подключается только параллельно к источнику питания, также при соблюдении полярности.



Подключаем амперметр


Начнём с того, что работу можно начинать только после отключения аккумулятора. Через это устройство протекает значительный ток, поэтому нужно подобрать провода соответствующего сечения. Его следует подключить в разрыв провода, который подаёт питание на замок зажигания. На концы проводов следует установить и обжать клещами наконечники, в противном случае из-за плохого контакта будет происходить нагрев места соединения.

После установки проводов следует проверить правильность подключения. Для этого следует включить нагрузку, например ближний или дальний свет. Амперметр должен показать разряд, если он покажет противоположное значение, тогда следует поменять провода подключения местами. Далее следует запустить двигатель и убедиться в том, что происходит зарядка аккумуляторной батареи.

как включается в цепь, схема

При проведении работ с электричеством иногда возникает необходимость провести измерение напряжения. Это можно сделать с помощью вольтметра. Чтобы получить точные данные, необходимо знать, как подключить вольтметр правильно.

Типы вольтметров

Существуют электромеханические и электронные устройства. Каждое из них имеет свои  особенности. Общим является то, что при измерении напряжения не используется последовательное подключение таких приборов в цепь. На схеме вольтметр обозначается кружком с буквой «V» внутри него.

Электромеханические устройства

Существуют приборы для определения напряжения для постоянного тока и переменного. Их работа основана на применении магнитоэлектрического принципа. Прибор состоит из постоянного магнита и стального сердечника. Стрелка крепится к рамке, на которую намотан тонкий провод. Когда через него проходит ток, возникает электромагнитное поле, отклоняющее стрелку.

Угол поворота рамки соответствует разнице потенциалов на клеммах. Чтобы уменьшить колебания стрелки в приборе применяется компенсатор. Это может быть индукционный или воздушный демпфер, система противовесов и др. Подобные элементы способствуют повышению точности результата измерения и компенсируют влияние силы тяжести на стрелку.

Электронные приборы

Такие устройства бывают двух видов — аналоговые и цифровые. В первом случае в схеме присутствует преобразователь измеряемой величины в угол поворота стрелки. Когда аналоговый вольтметр включается в электрическую цепь, то происходит преобразование переменного напряжения в постоянное. Сигнал поступает на детектор. Он воздействует на стрелку и та отклоняется на определенный угол.

Цифровые приборы по сравнению с аналоговыми являются более точными, поэтому последние в настоящее время практически не используются. У цифрового вольтметра есть дисплей и преобразователь, с помощью которых измеряемый параметр приобретает цифровой вид. На табло устройства, включенного в сеть с постоянным током, отображается полярность подключения. Точность показаний при измерении напряжения цифровым вольтметром во многом зависит от качества работы преобразователя.

Особенности применения вольтметров в различных случаях

Чтобы получить точное значение напряжения, нужно правильно включить измерительный прибор. Соединение должно быть только параллельным. При этом важно соблюдать полярность. Её можно определить по схеме, где указано, как правильно подключить измерительные приборы. Теоретически идеальный вольтметр будет максимально точным при очень большом внутреннем сопротивлении. В таком случае через него будет проходить минимальный ток.

В реальной ситуации это условие не соблюдается, поэтому измерение производится с учётом предполагаемой величины напряжения. В данном случае требуется установить переключатель вольтметра в соответствии с нужным диапазоном.

Выбор вольтметра для измерения постоянного напряжения зависит от величины последнего:

  • Если напряжение не превышает 1 милливольта, то используют аппараты со встроенным усилителем.
  • До 1000 вольт можно применять обычные измерительные приборы разных видов.
  • Если нужно проверить этот параметр на высоковольтном участке, то необходимо использовать специальные электростатические приборы, предназначенные для работы в электросетях с напряжением свыше 1000 В.

Чтобы увеличить предел измерения, можно применять последовательное соединение добавочного сопротивления с прибором. В этом случае наблюдается прямо пропорциональная зависимость, то есть, чтобы увеличить предел измерения в N раз, следует сопротивление также увеличить в N раз.

Тип вольтметра для сети с переменным током выбирается в зависимости от значения напряжения и частоты тока:

  • Для измерения разности потенциалов менее 1 В подключается вольтметр с усилителем.
  • Напряжение до 1 кВ и до 10 кГц в электрической цепи измеряется с помощью обычных приборов.
  • При измерении высокочастотного переменного напряжения используются электростатические и термоэлектрические аппараты.

При измерении переменного напряжения прибор отображает значение, указанное на схеме. Оно примерно в 1.7 раз меньше амплитудного. Если используется правильная схема подключения, вольтметр будет показывать максимально точное значение. При проведении измерений в  электросетях с переменным током в качестве добавочного сопротивления можно применять как резисторы, так и трансформаторы напряжения.

Правила подключения вольтметра

Перед тем как приступать к определению напряжения в электросети, следует сделать правильный выбор типа вольтметра с учетом особенностей использования различных моделей. Необходимо также учитывать ряд параметров:

  • Внутреннее сопротивление измерительного прибора. Чем оно выше, тем точнее результат измерений. Определить эту характеристику поможет схема применяемого вольтметра. На практике важно, чтобы его рабочий диапазон был больше, чем значение измеряемого параметра. На приборе должно быть соответствующее обозначение.
  • Диапазон напряжений, который подлежит измерению. Обычно подключение вольтметра происходит после выбора необходимого варианта. Измерение очень малых или больших напряжений осуществляется с помощью специальных устройств — усилителей или трансформаторов.
  • Если нужно узнать величину переменного напряжения, необходимо учитывать не только разность потенциалов, но и рабочую частоту. Каждый вольтметр включается при условии соблюдения определённых допустимых пределов, при которых он должен применяться.
  • Важной характеристикой является погрешность измерения. Идеальной точности измерений, подсоединив прибор, добиться практически невозможно. Поэтому мастер должен точно знать максимально допустимую погрешность. Обычно она указывается на приборе.

Важно! Для определения напряжения включайте вольтметр в цепь параллельно, иначе вы сможете определить только ЭДС источника, если он есть.

Применение мультиметра

В большинстве случаев для проведения измерений удобно пользоваться специализированными приборами. Существует большое количество разновидностей, при использовании которых возможно последовательное и параллельное соединение в цепь. Схема включения вольтметра подразумевает только параллельное его соединение.

В некоторых случаях можно воспользоваться мультиметром. Этот измерительный прибор работает по универсальному принципу. С его помощью можно измерять различные электрические величины, в том числе постоянное и переменное напряжение. Чтобы это сделать, необходимо предпринять следующие шаги:

  1. Установить переключатель в соответствующий режим для измерения постоянного или переменного напряжения.
  2. Выбрать диапазон измерений. Для этого надо указать на ближайшее значение, превосходящее ожидаемое.
  3. Подключить чёрный и красный щупы. Первый вставляется в гнездо COM, второй — в соседнее с обозначением V.
  4. Щупы подключаются параллельно измеряемой детали с соблюдением правильной полярности.
  5. На дисплее отображается результат измерения.

После окончания работы, ручку переключения режимов следует перевести в положение «Выключено». Преимуществом использования мультиметра является его универсальность и простота применения.

Видео по теме

Как включается амперметр в электрическую цепь

Амперме́тр (от ампер + μετρέω «измеряю») — прибор для измерения силы тока в амперах. Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора.

В электрическую цепь амперметр включается последовательно [1] с тем участком электрической цепи, силу тока в котором измеряют. Поэтому, чем ниже внутреннее сопротивление амперметра (в идеале — 0), тем меньше будет влияние прибора на исследуемый объект, и тем выше будет точность измерения [2] . Для увеличения предела измерений амперметр снабжается шунтом (для цепей постоянного и переменного тока), трансформатором тока (только для цепей переменного тока) или магнитным усилителем (для цепей постоянного тока). Очень опасно пытаться использовать амперметр в качестве вольтметра (подключать его непосредственно к источнику питания): это приведёт к короткому замыканию!

Бесконтактное устройство из токоизмерительной головки и трансформатора тока специальной конструкции называется токоизмерительные клещи (на фото).

Содержание

Общая характеристика [ править | править код ]

По конструкции амперметры делятся:

  • со стрелочной измерительной головкой без электронных схем;
  • со стрелочной измерительной головкой с использованием электронных схем;
  • с цифровым индикатором.

Приборы со стрелочной головкой [ править | править код ]

Наиболее распространены амперметры, в которых движущаяся часть прибора со стрелкой поворачивается на угол крена, пропорциональный величине измеряемого тока.

Амперметры бывают магнитоэлектрическими, электромагнитными, электродинамическими, тепловыми, индукционными, детекторными, термоэлектрическими и фотоэлектрическими.

Магнитоэлектрическими амперметрами измеряют силу постоянного тока; индукционными и детекторными — силу переменного тока; амперметры других систем измеряют силу любого тока. Самыми точными и чувствительными являются магнитоэлектрические и электродинамические амперметры.

Приборы со стрелочной головкой могут снабжаться дополнительными электронными схемами для усиления сигнала, подаваемого на головку (для измерения токов, существенно меньших чем ток полного отклонения головки, который для большинства магнитоэлектрических приборов составляет 50 мкА и более), защиты головки от перегруза и прочее.

Приборы с цифровым индикатором [ править | править код ]

В последнее время приборы со стрелочной измерительной головкой стали вытесняться приборами с цифровым индикатором на основе жидких кристаллов и светодиодов.

Принцип действия стрелочной измерительной головки [ править | править код ]

Принцип действия самых распространённых в амперметрах систем измерения:

  • В магнитоэлектрической системе прибора крутящий момент стрелки создаётся благодаря взаимодействию между полем постоянного магнита и током, который проходит через обмотку рамки (вращающий момент). С рамкой соединена стрелка, которая перемещается по шкале. Угол поворота стрелки прямо пропорционален силе тока, поэтому шкала магнитоэлектрического прибора линейна. Направление поворота стрелки зависит от направления протекающего через рамку тока, поэтому магнитоэлектрические амперметры непригодны для непосредственного измерения силы переменного тока (стрелка будет дрожать возле нулевого значения), и требуют правильной полярности подключения в цепи постоянного тока (иначе стрелка будет отклоняться левее нуля).
  • В электромагнитной системе прибора вращающий момент стрелки создаётся между катушкой и подвижным ферромагнитным сердечником, к которому прикрепляется указательная стрелка.
  • В электродинамической системе измерительная головка состоит из неподвижной и подвижной катушек, соединённых параллельно или последовательно. Взаимодействие между токами, которые проходят через катушки, вызывает отклонения подвижной катушки и соединённой с нею стрелки.

Во всех вышеуказанных системах угол поворота стрелки устанавливается при равенстве вращающего момента и момента сопротивления пружины.

Включение амперметра в электрическую цепь [ править | править код ]

В электрической цепи амперметр соединяется последовательно с нагрузкой, а при больших токах — через трансформатор тока, магнитный усилитель или шунт. Для измерения токов может также применяться милливольтметр и калиброванный шунт (первичные токи шунтов могут быть выбраны из стандартного ряда, вторичное напряжение стандартизировано – чаще всего 75 мВ). При высоких напряжениях (выше 1000В) – в цепях переменного тока для гальванической развязки амперметров также применяют трансформаторы тока, а цепях постоянного тока – магнитные усилители.

Всем нам известно, что амперметр – это прибор для измерения тока, который измеряется в Амперах. Меряет амперы – значит, амперметр.

Но, для того, чтобы замерить ток, необходимо амперметр правильно подключить в цепь. Будь то цепь постоянного или переменного тока. Ведь неправильное включение прибора может привести к выходу его из строя.

Амперметр подключается к электрической цепи последовательно

То есть у нас есть провод, по нему течет электрический ток от источника этого самого тока к потребителю, которым может выступать электрический прибор.

Чтобы измерить ток амперметром, нам необходимо обесточить (отключить) источник питания. Затем необходимо разорвать цепь – в прямом и переносном смысле. Грубо говоря, разрезать провод.

Теперь у нас получится два провода. Берем амперметр, подключаем к прибору две половины разрезанного провода. Нужно учесть тот факт, что ток, протекающий в цепи должен быть меньше максимально измеряемого тока прибора. Максимально измеряемый ток прибора должен быть написан на самом приборе или в документации к нему.

Максимальный ток в цепи можно рассчитать, зная напряжение, нагрузку и сечение провода. Провода должны быть изолированы (покрыты изоляцией), а на концах зачищены.

После того, как провода подключены и надежно закреплены в амперметре, можно включать питание и прибор покажет величину тока в цепи, который и пройдет через амперметр.

Но так никто не делает, потому что разрезанные провода до добра не доводят.

У амперметра малое внутреннее сопротивление, это сделано для того, чтобы оно минимально влияло на величину измеряемого тока. При подключении амперметра в цепь переменного тока не имеет значения, куда подключать прибор.

При подключении амперметра в цепь постоянного тока, если стрелка будет отклоняться в другую сторону, или же будет показывать ноль – следует поменять полярность, поменять провода местами.

Подключение амперметра через шунт

Если ток в цепи окажется больше, чем ток прибора, то можно рассчитать и использовать шунт для измерения тока большей величины. В этом случае цепь разделится на две ветви. У одной будет малое сопротивление амперметра, а у второй большое сопротивление подобранного шунта. Большой ток разделится пропорционально сопротивлениям и по амперметру пройдет малый ток, по шунту – большой. (Более подробно об этом явлении).

Измерение тока амперметром через трансформатор тока или клещи

Бывают случаи, когда надо замерить ток в кабеле, на шине… изолированной шине. Шина – это медная полоса определенного сечения, по которой протекает ток, не автомобильное колесо…

Разрезать кабель или шину бывает накладно, да и бессмысленно. В этом случае можно воспользоваться измерительными клещами или трансформатором тока.

Трансформатор тока имеет две обмотки – высшую и низшую, которые не связаны между собой. Ток приходит на высшую, затем создается ЭДС (более подробно про принцип действия ТТ) и во вторичной обмотке протекает ток, пропорциональный числу витков обмоток. Так вот, если есть необходимость замерить ток, то на кабель вешают «бублик», он же – ТТ. А уже к трансформатору тока присоединяют амперметр. Тут главное правильно быть проинструктированным и не наделать дел. Получается мы снимаем ток амперметром со вторичной обмотки, преобразованный в меньшую сторону и безопасный для измерения и амперметра.

Такой же принцип используется и в измерительных клещах, только и амперметр и ТТ находятся в одном корпусе. Да и плюс ко всему первичная обмотка клещей размыкается одним нажатием кнопки на корпусе и потом замыкается.

Эти два описанных решения гораздо удобнее, чем разрезать провод и садить к амперметру. Главное следить за диапазонами измеряемых приборами и протекаемых в электрических цепях токов.

Мультиметры позволяют измерять постоянный ток до 10 Ампер. Но их часто палят, так как неправильно подключают концы на прибор, не учитывают величину тока в проводах… Но это в основном молодые люди. Часто для «починки» такой неисправности необходимо просто заменить предохранитель в приборе.

Ну, и в конце хотелось бы еще раз повторить основную мысль всего повествования:

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Постоянный ток не меняет направления во времени. Примером может служить батарейка в фонарике или радиоприемнике, аккумулятор в автомобиле. Мы всегда знаем, где положительная клейма источника питания, а где отрицательная.

Переменный ток — это ток, который с определенной периодичностью меняет направление движения. Такой ток протекает в нашей розетке, когда мы к ней подключаем нагрузку. Тут нет положительного и отрицательного полюса, а есть только фаза и ноль. Напряжение на нуле близко по потенциалу с потенциалом земли. Потенциал же на фазовом выводе меняется с положительного до отрицательного с частотой 50 Гц, го есть ток под нагрузкой будет менять свое направление 50 раз в секунду.

В течение одного периода колебания величина тока повышается от нуля до максимума, затем уменьшается и проходит через ноль, а потом совершается обратный процесс, но уже с другим знаком.

Получение и передача переменного тока намного проще, чем постоянного: меньше потерь энергии, С помощью трансформаторов мы можем легко менять напряжение переменного тока.

При передаче большого напряжения требуется меньший ток для той же мощности. Это позволяет использовать более тонкие довода. В сварочных трансформаторах используется обратный процесс — понижают напряжение для повышения сварочного тока.

Измерение постоянного тока

Чтобы в электрической цепи измерить ток, необходимо последовательно с приемником электроэнергии включить амперметр или миллиамперметр. При этом, чтобы исключить влияние измерительного прибора на работу потребителя, амперметр должен обладать очень малым внутренним сопротивлением, чтобы практически его можно было бы принять равным нулю, чтобы падением напряжения на приборе можно было бы просто пренебречь.

Включение амперметра в цепь — всегда последовательно с нагрузкой. Если подключить амперметр параллельно нагрузке, параллельно источнику питания, то амперметр просто сгорит или сгорит источник, поскольку весь ток потечет через мизерное сопротивление измерительного прибора.

Шунт

Пределы измерения амперметров, предназначенных для проведения измерений в цепях постоянного тока, расширяемы, путем подключения амперметра не напрямую измерительной катушкой последовательно нагрузке, а путем подключения измерительной катушки амперметра параллельно шунту.

Так через катушку прибора пройдет всегда лишь малая часть измеряемого тока, основная часть которого потечет через шунт, включенный в цепь последовательно. То есть прибор фактически измерит падение напряжения на шунте известного сопротивления, и ток будет прямо пропорционален этому напряжению.

Практически амперметр сработает в роли милливольтметра. Тем не менее, поскольку шкала прибора градуирована в амперах, пользователь получит информацию о величине измеряемого тока. Коэффициент шунтирования выбирают обычно кратным 10.

Шунты, рассчитанные на токи до 50 ампер монтируют непосредственно в корпуса приборов, а шунты для измерения больших токов делают выносными, и тогда прибор соединяют с шунтом щупами. У приборов, предназначенных для постоянной работы с шунтом, шкалы сразу градуированы в конкретных значениях тока с учетом коэффициента шунтирования, и пользователю уже не нужно ничего вычислять.

Если шунт наружный, то в случае с калиброванным шунтом — на нем указывается номинальный ток и номинальное напряжение: 45 мВ, 75 мВ, 100 мВ, 150 мВ. Для текущих измерений выбирают такой шунт, чтобы стрелка отклонялась бы максимум – на всю шкалу, то есть номинальные напряжения шунта и измерительного прибора должны быть одинаковыми.

Если речь идет об индивидуальном шунте для конкретного прибора, то все, конечно, проще. По классам точности шунты делятся на: 0,02, 0,05, 0,1, 0,2 и 0,5 — это допустимая погрешность в долях процента.

Шунты изготавливают из металлов с малым температурным коэффициентом сопротивления, и обладающих значительным удельным сопротивлением: константан, никелин, манганин, – чтобы когда протекающий через шунт ток нагревает его, это не отражалось бы на показаниях прибора. Еще для снижения температурного фактора при измерениях, последовательно с катушкой амперметра включают добавочный резистор из материла такого же рода.

Измерение постоянного напряжения

Чтобы измерить постоянное напряжение между двумя точками цепи, параллельно цепи, между этими двумя точками, подключают вольтметр. Вольтметр включается всегда параллельно приемнику или источнику. А чтобы подключенный вольтметр не оказывал влияния на работу цепи, не вызывал бы снижения напряжения, не вызывал потерь, – он должен обладать достаточно высоким внутренним сопротивлением, чтобы током через вольтметр можно было бы пренебречь.

Добавочный резистор

И чтобы расширить пределы измерения вольтметра, последовательно с его рабочей обмоткой включается добавочный резистор, чтобы только часть измеряемого напряжения приходилась бы непосредственно на измерительную обмотку прибора, пропорционально ее сопротивлению. А при известном значении сопротивления добавочного резистора, по зафиксированному на нем напряжению легко определяется полное измеряемое напряжение, действующее в данной цепи. Так работают все классические вольтметры.

Коэффициент, появляющийся в результате добавления добавочного резистора, покажет, во сколько раз измеряемое напряжение больше напряжения, приходящегося на измерительную катушку прибора. То есть пределы измерения прибора зависят от величины добавочного резистора.

Добавочный резистор встраивается в прибор. Для снижения влияния температуры окружающей среды на измерения, добавочный резистор изготавливают из материала обладающего малым температурным коэффициентом сопротивления. Поскольку сопротивление добавочного резистора во много раз больше сопротивления прибора, то и сопротивление измерительного механизма прибора в итоге не зависит от температуры. Классы точности добавочных резисторов выражаются аналогично классам точности шунтов — в долях процентов обозначают величину погрешности.

Чтобы еще больше расширить пределы измерения вольтметров, применяют делители напряжения. Это делается для того, чтобы при измерении на прибор приходилось напряжение, соответствующее номиналу прибора, то есть не превышало бы предел на его шкале. Коэффициентом деления делителя напряжения называется отношение входного напряжения делителя к выходному, измеряемому напряжению. Коэффициент деления берут равным 10, 100, 500 и более, в зависимости от возможностей применяемого вольтметра. Делитель не вносит большой погрешности, если сопротивление вольтметра также высоко, а внутреннее сопротивление источника мало.

Измерение переменного тока

Чтобы точно измерить прибором параметры переменного тока, необходим измерительный трансформатор. Измерительный трансформатор, применяемый в целях измерений, к тому же дает персоналу безопасность, поскольку благодаря трансформатору достигается гальваническая развязка от цепи высокого напряжения. Вообще, техника безопасности запрещает подключать электроизмерительные приборы без таких трансформаторов.

Применение измерительных трансформаторов позволяет расширить пределы измерения приборов, то есть появляется возможность измерять большие напряжения и токи при помощи низковольтных и слаботочных приборов. Так, измерительные трансформаторы бывают двух типов: трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.

Измерительный трансформатор напряжения

Чтобы измерить переменное напряжение применяют трансформатор напряжения. Это понижающий трансформатор с двумя обмотками, первичная обмотка которого присоединяется к двум точкам цепи, между которыми нужно измерить напряжение, а вторичная — непосредственно к вольтметру. Измерительные трансформаторы на схемах изображают как обычные трансформаторы.

Трансформатор без нагруженной вторичной обмотки работает в режиме холостого хода, и при подключенном вольтметре, сопротивление которого велико, трансформатор остается практически в этом режиме, и поэтому можно считать измеренное напряжение пропорциональным напряжению, приложенному к первичной обмотке, с учетом коэффициента трансформации, равного соотношению количеств витков во вторичной и первичной его обмотках.

Таким образом можно измерять высокое напряжение, при этом на прибор будет подаваться небольшое безопасное напряжение. Останется умножить измеренное напряжение на коэффициент трансформации измерительного трансформатора напряжения.

Те вольтметры, которые изначально предназначены для работы с трансформаторами напряжения, имеют градуировку шкалы с учетом коэффициента трансформации, тогда по шкале без дополнительных вычислений сразу видно значение измененного напряжения.

В целях повышения безопасности при работе с прибором, на случай повреждения изоляции измерительного трансформатора, один из выводов вторичной обмотки трансформатора и его каркас сначала заземляются.

Измерительные трансформаторы тока

Для подключения амперметров к цепям переменного тока служат измерительные трансформаторы тока. Это двухобмоточные повышающие трансформаторы. Первичная обмотка включается последовательно в измеряемую цепь, а вторичная — к амперметру. Сопротивление в цепи амперметра мало, и получается, что трансформатор тока работает практически в режиме короткого замыкания, при этом можно считать, что токи в первичной и вторичной обмотках относятся друг к другу как количества витков во вторичной и первичной обмотках.

Подобрав подходящее соотношение витков, можно измерять значительные токи, при этом через прибор всегда будут протекать токи достаточно малые. Останется умножить измеренный во вторичной обмотке ток на коэффициент трансформации. Те амперметры, которые предназначены для постоянной работы совместно с трансформаторами тока, имеют градуировку шкал с учетом коэффициента трансформации, и по шкале прибора без вычислений можно легко считать значение измеряемого тока. С целью повышения безопасности персонала, один из выводов вторичной обмотки измерительного трансформатора тока и его каркас сначала заземляются.

Во многих применениях удобны проходные измерительные трансформаторы тока, у которых магнитопровод и вторичная обмотка изолированы и расположены внутри проходного корпуса, через окно которого проходит медная шина с измеряемым током.

Вторичная обмотка такого трансформатора никогда не оставляется разомкнутой, ибо сильное увеличение магнитного потока в магнитопроводе может не только привести к его разрушению, но и навести на вторичной обмотке опасную для персонала ЭДС. Чтобы провести безопасное измерение, вторичную обмотку шунтируют резистором известного номинала, напряжение на котором будет пропорционально измеряемому току.

Для измерительных трансформаторов характерны погрешности двух видов: угловая и коэффициента трансформации. Первая связана с отклонением угла сдвига фаз первичной и вторичной обмоток от 180°, что приводит к неточным показаниям ваттметров. Что касается погрешности связанной с коэффициентом трансформации, то это отклонение показывает класс точности: 0,2, 0,5, 1 и т. д. – в процентах от номинального значения.

схема, способы подключения, в цепь постоянного тока

Электричество является неотъемлемой составляющей повседневной жизни человека. Его основными техническими показателями являются сила тока и напряжение. Они измеряются в амперах и соответственно в вольтах. Исходя из этого, амперметр является инструментом, который измеряет силу тока, а вольтметр — напряжение. Для получения точных результатов, и увеличения сроков эксплуатации приборов, нужно выяснить, как подключить амперметр к электрической цепи.

Что такое амперметр и вольтметр

Амперметры нашли свое применение в разных промышленных и бытовых сферах. Их регулярно используют на больших предприятиях, которые связаны с выработкой и распределением тепловой и электроэнергии. Кроме того, их применяют в:

  • электрических лабораториях;
  • строении автомобилей;
  • точных науках;
  • строительных работах.
Подключение амперметра

Важно! Однако, помимо средних и крупных компаний, рассматриваемую технику используют обычные люди. Фактически каждый электрик с соответствующими навыками имеет в арсенале такое устройство, которое дает возможность провести измерения параметров потребления электрической энергии приборами, узлами автомобиля и др.

Чтобы определить параметры тока в электрической цепи, используют спецприборы — амперметры. Приспособление включается последовательно в изучаемую электроцепь, и, из-за очень малого внутреннего сопротивления, такой измерительный аппарат не будет вносить какие-то значительные изменения в электрических параметрах цепи.

Амперметр

Вольтметр является устройством, выступающим как измерительное приспособление показателей напряжения до 1000В в сетях с постоянным и переменным током, промышленной частоты и применяется для общего анализа и проведения статистических замеров. Лучшие приспособления будут обладать крайне высоким, бесконечным сопротивлением. Благодаря большому сопротивлению устройства будет достигнута крайне высокая точность, широкие сферы применения.

Вольтметр

Принцип работы

Когда рассматривается стандартный принцип функционирования амперметра, то его действие основывается на определенных аспектах. На оси кронштейна наряду с магнитом располагается якорь из стали, на котором закреплена стрелка. Оказывая воздействие на якорь, магнит будет передавать ему магнитные качества. В такой ситуации положение якоря будет находиться вдоль силовых линий, которые проходят вдоль самого магнита.

Подобное расположение якоря определит нулевое положение стрелки на шкале. Во время протекания тока от генератора либо иного источника по шине, возле нее появляется магнитный поток. Его силовые линии в месте положения якоря направлены под наклоном 90 градусов к магниту.

Магнитный поток, который образован электротоком, будет действовать на якорь, стремящийся развернуться под прямым углом. При этом ему будет препятствовать магнитный поток, который образован в постоянном магните. Взаимодействие каждого потока будет зависеть от направления и силы электротока, который протекает по шине. На такую величину и произойдет отклонение стрелки устройства от 0.

Работа амперметра

Основой функционирования вольтметра является метод аналогово-цифрового преобразования с 2-хтактным интегрированием. Преобразователи, которые установлены в устройстве, замеряя показатели напряжения постоянного и переменного тока, его силу, сопротивление, будут преобразовывать в нормализованное напряжение и в процессе применения АЦП трансформируют в код из цифр.

Функциональная схема вольтметра функционирует, используя 4 преобразователя:

  • Масштабирующий.
  • Низкочастотное устройство, которое преобразует напряжение переменного тока в постоянный.
  • Преобразователь силы тока в напряжение.
  • Преобразователь сопротивления в напряжение.
Работа вольтметра

Характеристики приборов

Конструкция амперметра достаточно проста: стрелка с катушкой, находящейся в поле постоянного магнита. Принцип функционирования рассматриваемого устройства крайне прост: во время его включения по катушке будет течь электроток. Под воздействием силы Ампера катушка будет поворачиваться до того момента, пока упругость возвратных пружин не совпадет с силой Ампера.

Нормальное функционирование вольтметра возможно при температурных показателях воздуха не более 25 — 30 градусов с влажностью до 80% и атмосферным давлением 650 — 800 мм ртутного столба. Частота питающей электросети составляет 50 Гц и имеет показатели напряжения 220В (частота не более 400 Гц). На показатели замеров значительное воздействие окажет форма кривой переменного напряжения электросети.

Возможности приспособления оценивают посредством таких параметров и величин:

  • Сопротивление рассматриваемого устройства.
  • Диапазон замеряемых показателей напряжения.
  • Категория точности замеров.
  • Диапазон границ частоты напряжения в переменной цепи.

Разновидности

Точность измерений рассматриваемого устройства будет зависеть от принципа воздействия и разновидности приспособления. Согласно распространенной классификации все амперметры можно разделить на такие виды:

  • Магнитоэлектрические.
  • Электромагнитные.
  • Электродинамические.
  • Термоэлектрические.
  • Цифровые.
  • Ферродинамические.

Есть и иные аппараты специализированного назначения, чтобы измерять силу тока. Их применяют в узкопрофильных сферах, они не распространены настолько, как указанные выше.

Электромагнитный

Приспособления с электромагнитным принципом функционирования не оснащаются двигающейся катушкой, в отличие от магнитоэлектрических разновидностей приборов. Конструкция рассматриваемых устройств намного проще. В корпусе располагается спецустройство и 1 либо более сердечников, установленных на оси.

Рассматриваемый тип амперметра обладает меньшей восприимчивостью в сравнении с магнитоэлектрическим устройством, потому точность замеров аппарата будет значительно ниже. Достоинствами подобных приспособлений станет универсальность функционирования. Это значит, что они способны измерить силу тока в цепи постоянного и переменного токов. Это в значительной мере расширит сферу использования подобного устройства.

Электромагнитный амперметр

Магнитоэлектрический

Принцип воздействия подобной разновидности устройств основан на взаимодействии магнитного поля и двигающейся катушки, которая находится в конструкции приспособления.

Преимуществами рассматриваемого изделия станет невысокое энергопотребление при работе, повышенная восприимчивость и точность замеров. Каждый магнитоэлектрический прибор оснащается равномерным градуированием измерительной шкалы. Подобное даст возможность производить высокоточные замеры.

Важно! К минусам рассматриваемого приспособления относят сложность внутреннего устройства, присутствие двигающейся катушки. Подобное изделие не считается универсальным, поскольку оно подойдет лишь для постоянного тока.

Невзирая на минусы амперметра, такая разновидность аппарата широко распространена в разных промышленных сферах, в лабораториях.

Магнитоэлектрический амперметр

Термоэлектрический

Такая разновидность приспособлений для замера силы тока используется для электроцепей с высокочастотным током. В конструкции устройств есть магнитоэлектрический механизм, состоящий из проводов с припаянной термопарой. Во время прохождения тока подогреваются жилы проводки. Чем больше сила, тем выше поднимаются температурные показатели. По таким параметрам спецмеханизм будет проводить перевод нагрева в показатели тока.

 

Термоэлектрический амперметр

Электродинамический

Принцип функционирования рассматриваемых приспособлений основан на взаимодействии электрополей токов, проходящих по магнитным катушкам. Устройство амперметра включает в себя подвижную и неподвижную катушки. Универсальное функционирование на каждом виде тока станет главным преимуществом рассматриваемых видов амперметра.

Из минусов следует отметить большую восприимчивость, поскольку приспособления будут реагировать даже на наименьшие магнитные поля, которые расположены в непосредственной близости. Такие поля могут создать для рассматриваемого амперметра значительные помехи, потому подобные устройства используются лишь в защищенных экраном местах.

Электродинамический амперметр

Ферродинамический

Подобные приспособления отличаются самой большой эффективностью и точностью замеров. Электромагнитные поля, которые расположены в непосредственной близости с амперметром, не будут оказывать на прибор существенного воздействия, потому отсутствует необходимость в монтаже вспомогательных экранов для защиты.

Устройство подобного изделия включает в себя замкнутую ферримагнитную проводку, сердечник и неподвижную катушку. Подобная конструкция дает возможность улучшить надежность функционирования приспособления. Потому ферродинамические разновидности амперметров зачастую используют в военных сферах и оборонных предприятиях. К основным достоинствам аппарата также относят комфорт и простоту использования, точность замеров по отношению к ранее рассмотренным разновидностям приборов.

Ферродинамический амперметр

Цифровой

Наиболее современная и комфортная разновидность устройств для замеров силы тока. В них отсутствуют стрелки, которые регулярно колеблются. Подобные приспособления оснащены монитором, где будут выведены показатели, которые отображают силу тока в амперах. В то же время они будут давать достаточно точные сведения. К важным достоинствам цифровых устройств относят их невосприимчивость к вибрации и встряске.

Ввиду этого возможно провести замеры силы тока в автопроводке на ходу, не останавливаясь. Большинство цифровых устройств оснащаются водозащитным и антиударным корпусом, что сделает их более стойкими для применения в трудных условиях. Так как в приспособлении отсутствует стрелка, то его возможно разместить по горизонтали, по вертикали либо под наклоном. Направление устройств во время снятия замеров никоим образом не воздействует на получаемые данные.

Цифровой амперметр

Важно! Цифровым приспособлениям не страшны небольшие механические удары, которые возможны от функционирующего вблизи оборудования. Нахождение в вертикальной либо горизонтальной плоскости устройства не оказывает воздействия на его функциональность, как и изменения температурных показателей и давления. Потому подобное устройство также используют снаружи.

Схемы и способы подключения

Часто возникает вопрос, как подключать амперметр, последовательно или параллельно. Соединить рассматриваемое устройство в разрыв электроцепи не составит труда. В целях безопасности такая процедура выполняется, когда отключен источник питания. Заранее нужно удостовериться, что максимальный ток не будет превышать допустимые значения прибора. Такие шкалы дублируются в сопроводительной техдокументации. Когда подается питающее напряжение, снимаются показания. Необходимо выждать, когда прекратит колебаться стрелка. Когда она смещается в обратную сторону, то меняется полярность подключения. При чересчур сильном токе используется допшунтирование.

Схема подсоединения приспособления бывает прямой либо косвенной. В первом случае устройство непосредственно подключают в электроцепь меж источником питания и нагрузкой.

До того, как подключить приспособление необходимо учитывать:

  • постоянный либо переменный ток в электросети;
  • соблюдена ли полярность устройства;
  • стрелка приспособления должна располагаться за серединой шкалы;
  • границы измерения максимально возможных скачков тока в схеме;
  • соответствует ли внешняя среда рекомендованным показателям;
  • находится ли место измерений без влияния вибрации.
Подключение устройства

В цепь постоянного тока

Постоянный ток может проходить через разные электросхемы. В качестве примера можно привести всевозможные зарядные устройства, блоки питания. Чтобы ремонтировать подобные устройства, мастер должен иметь понимание, как подключается амперметр в электроцепь.

В домашних условиях такие навыки также не станут лишними. Они помогают человеку, который не слишком увлекается радиоэлектроникой, самому определять, например, время, на которое хватает зарядки батареи от фотоаппарата.

Чтобы провести эксперимент, понадобится в полной мере заряженный аккумулятор с номинальным напряжением, к примеру, в 3,5 В. Кроме того, нужно использовать лампу такого же номинала, чтобы создать последовательную схему:

  • аккумулятор;
  • амперметр;
  • лампочка.

Запись, которая обозначена на измерительном устройстве, фиксируется. К примеру, осветительный прибор будет потреблять электроэнергию мощностью в 150 миллиампер, а батарея имеет вместимость в 1500 миллиампер-часов. Следовательно, она будет работать в течение 10 часов, выдавая ток в 150 мА.

Цепь постоянного тока

К зарядному устройству

Часто возникает вопрос, как правильно подключать амперметр к зарядному устройству. В процессе применения зарядного устройства возникает надобность в измерении силы тока. Подобное даст возможность осуществлять контроль процесса накопления электроэнергии батареей, и избежать перезарядки с недозарядкой. Вследствие этого сроки эксплуатации аккумуляторной батареи существенно увеличатся.

Во время работы большого количества технических приспособлений появляется необходимость в контроле силы тока. Стрелки амперметра либо показатели на мониторе дискретного устройства покажут оператору такой физический параметр. Проводимые замеры нужны, чтобы поддержать рабоче состояние и для сигнализации о появлении аварийной ситуации.

Подсоединение к зарядному устройству

Как правильно использовать

Амперметр представляет собой измерительной устройство, которое предназначено в целях фиксации силы постоянного или переменного тока, который протекает в электроцепи. Вольтметр используется в аналогичных целях, только проводятся расчеты такого показателя, как напряжение. Алгоритм действий:

  • Необходимо открыть приспособление, чтобы хорошо были видны входящие и выходящие контакты: пользователь увидит как минимум 2 провода (положительный, красного цвета, и отрицательный, черного). Кроме того, иногда устройства оснащаются проводом заземления, который преимущественно окрашен в зеленый цвет.
  • Переключается измерительное устройство в позицию AC (переменный ток) либо DC (постоянный ток), с учетом того, какой ток необходимо измерить.
  • Разрывается соединение электроцепи с источником, отсоединяется от него проволока. Необходимо отметить, какой вход будет соответствовать плюсу, а какой — минусу.
  • Помещаются зонды устройства на входы источника тока. Когда в приборе источник постоянного тока, важно не перепутать положительный и отрицательный входы.
  • Снимаются показания устройства.
  • Когда первый показатель очень мал, уменьшается диапазон устройства для увеличения точности. В целях наилучшей сохранности приспособления нужно использовать наименьший диапазон, который достаточен для корректных замеров.
Использование приборов

Меры безопасности

Перед использованием амперметра или вольтметра крайне важно ознакомиться с правилами безопасной эксплуатации рассматриваемых устройств. Основные меры безопасности при работе с техникой:

  • До начала работ требуется проверить целостность изоляционного материала на проводах, который бывает нарушен вследствие длительного использования. В подобных ситуациях крайне велик риск удара электротоком.
  • Нужно не забывать, что работы производятся с электричеством, потому предпринимаются все необходимые меры, чтобы избежать повреждения и удар током. В этих целях необходимо проводить работы в сухом месте, не допускать проникновения влаги на электроцепь и измерительное устройство.
  • Запрещается подсоединять измерительный прибор к основной электросети в жилище, к примеру, к контактам распределительного щита.
  • До работ нужно удостовериться, какой тип электроцепи измеряется (переменный либо постоянный ток), так как это определяет, куда подключается положительный и отрицательный провода аппарата. Когда ток постоянный, в обязательном порядке подключается плюс к плюсу и минус к минусу. Когда же пользователь работает с переменным током, порядок подсоединения не будет играть роли.
  • Во время измерений прибор будет замыкать электроцепь, ток течет через него. Чтобы получить правильные замеры, нужно удостовериться в том, что каждый контакт правильно подключен.
  • Чтобы избежать удара током, необходимо воспользоваться зондами, которые заключены в оболочку из резины.
  • При поражении током, потерпевшему требуется оказать неотложную помощь. Потому, проводить измерения рекомендовано с напарником, который способен подстраховать при возникновении нештатной ситуации.

Для измерения силы тока в электроцепи используются устройства, которые называют амперметры. Они подключаются в электроцепь по последовательной схеме. Когда требуется измерить напряжение, то применяется вольтметр. Крайне важно при использовании рассматриваемых устройств соблюдать правила безопасности.

Как подключить вольтметр в электрическую цепь

Постоянный ток не меняет направления во времени. Примером может служить батарейка в фонарике или радиоприемнике, аккумулятор в автомобиле. Мы всегда знаем, где положительная клейма источника питания, а где отрицательная.

Переменный ток — это ток, который с определенной периодичностью меняет направление движения. Такой ток протекает в нашей розетке, когда мы к ней подключаем нагрузку. Тут нет положительного и отрицательного полюса, а есть только фаза и ноль. Напряжение на нуле близко по потенциалу с потенциалом земли. Потенциал же на фазовом выводе меняется с положительного до отрицательного с частотой 50 Гц, го есть ток под нагрузкой будет менять свое направление 50 раз в секунду.

В течение одного периода колебания величина тока повышается от нуля до максимума, затем уменьшается и проходит через ноль, а потом совершается обратный процесс, но уже с другим знаком.

Получение и передача переменного тока намного проще, чем постоянного: меньше потерь энергии, С помощью трансформаторов мы можем легко менять напряжение переменного тока.

При передаче большого напряжения требуется меньший ток для той же мощности. Это позволяет использовать более тонкие довода. В сварочных трансформаторах используется обратный процесс — понижают напряжение для повышения сварочного тока.

Измерение постоянного тока

Чтобы в электрической цепи измерить ток, необходимо последовательно с приемником электроэнергии включить амперметр или миллиамперметр. При этом, чтобы исключить влияние измерительного прибора на работу потребителя, амперметр должен обладать очень малым внутренним сопротивлением, чтобы практически его можно было бы принять равным нулю, чтобы падением напряжения на приборе можно было бы просто пренебречь.

Включение амперметра в цепь — всегда последовательно с нагрузкой. Если подключить амперметр параллельно нагрузке, параллельно источнику питания, то амперметр просто сгорит или сгорит источник, поскольку весь ток потечет через мизерное сопротивление измерительного прибора.

Шунт

Пределы измерения амперметров, предназначенных для проведения измерений в цепях постоянного тока, расширяемы, путем подключения амперметра не напрямую измерительной катушкой последовательно нагрузке, а путем подключения измерительной катушки амперметра параллельно шунту.

Так через катушку прибора пройдет всегда лишь малая часть измеряемого тока, основная часть которого потечет через шунт, включенный в цепь последовательно. То есть прибор фактически измерит падение напряжения на шунте известного сопротивления, и ток будет прямо пропорционален этому напряжению.

Практически амперметр сработает в роли милливольтметра. Тем не менее, поскольку шкала прибора градуирована в амперах, пользователь получит информацию о величине измеряемого тока. Коэффициент шунтирования выбирают обычно кратным 10.

Шунты, рассчитанные на токи до 50 ампер монтируют непосредственно в корпуса приборов, а шунты для измерения больших токов делают выносными, и тогда прибор соединяют с шунтом щупами. У приборов, предназначенных для постоянной работы с шунтом, шкалы сразу градуированы в конкретных значениях тока с учетом коэффициента шунтирования, и пользователю уже не нужно ничего вычислять.

Если шунт наружный, то в случае с калиброванным шунтом — на нем указывается номинальный ток и номинальное напряжение: 45 мВ, 75 мВ, 100 мВ, 150 мВ. Для текущих измерений выбирают такой шунт, чтобы стрелка отклонялась бы максимум – на всю шкалу, то есть номинальные напряжения шунта и измерительного прибора должны быть одинаковыми.

Если речь идет об индивидуальном шунте для конкретного прибора, то все, конечно, проще. По классам точности шунты делятся на: 0,02, 0,05, 0,1, 0,2 и 0,5 — это допустимая погрешность в долях процента.

Шунты изготавливают из металлов с малым температурным коэффициентом сопротивления, и обладающих значительным удельным сопротивлением: константан, никелин, манганин, – чтобы когда протекающий через шунт ток нагревает его, это не отражалось бы на показаниях прибора. Еще для снижения температурного фактора при измерениях, последовательно с катушкой амперметра включают добавочный резистор из материла такого же рода.

Измерение постоянного напряжения

Чтобы измерить постоянное напряжение между двумя точками цепи, параллельно цепи, между этими двумя точками, подключают вольтметр. Вольтметр включается всегда параллельно приемнику или источнику. А чтобы подключенный вольтметр не оказывал влияния на работу цепи, не вызывал бы снижения напряжения, не вызывал потерь, – он должен обладать достаточно высоким внутренним сопротивлением, чтобы током через вольтметр можно было бы пренебречь.

Добавочный резистор

И чтобы расширить пределы измерения вольтметра, последовательно с его рабочей обмоткой включается добавочный резистор, чтобы только часть измеряемого напряжения приходилась бы непосредственно на измерительную обмотку прибора, пропорционально ее сопротивлению. А при известном значении сопротивления добавочного резистора, по зафиксированному на нем напряжению легко определяется полное измеряемое напряжение, действующее в данной цепи. Так работают все классические вольтметры.

Коэффициент, появляющийся в результате добавления добавочного резистора, покажет, во сколько раз измеряемое напряжение больше напряжения, приходящегося на измерительную катушку прибора. То есть пределы измерения прибора зависят от величины добавочного резистора.

Добавочный резистор встраивается в прибор. Для снижения влияния температуры окружающей среды на измерения, добавочный резистор изготавливают из материала обладающего малым температурным коэффициентом сопротивления. Поскольку сопротивление добавочного резистора во много раз больше сопротивления прибора, то и сопротивление измерительного механизма прибора в итоге не зависит от температуры. Классы точности добавочных резисторов выражаются аналогично классам точности шунтов — в долях процентов обозначают величину погрешности.

Чтобы еще больше расширить пределы измерения вольтметров, применяют делители напряжения. Это делается для того, чтобы при измерении на прибор приходилось напряжение, соответствующее номиналу прибора, то есть не превышало бы предел на его шкале. Коэффициентом деления делителя напряжения называется отношение входного напряжения делителя к выходному, измеряемому напряжению. Коэффициент деления берут равным 10, 100, 500 и более, в зависимости от возможностей применяемого вольтметра. Делитель не вносит большой погрешности, если сопротивление вольтметра также высоко, а внутреннее сопротивление источника мало.

Измерение переменного тока

Чтобы точно измерить прибором параметры переменного тока, необходим измерительный трансформатор. Измерительный трансформатор, применяемый в целях измерений, к тому же дает персоналу безопасность, поскольку благодаря трансформатору достигается гальваническая развязка от цепи высокого напряжения. Вообще, техника безопасности запрещает подключать электроизмерительные приборы без таких трансформаторов.

Применение измерительных трансформаторов позволяет расширить пределы измерения приборов, то есть появляется возможность измерять большие напряжения и токи при помощи низковольтных и слаботочных приборов. Так, измерительные трансформаторы бывают двух типов: трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.

Измерительный трансформатор напряжения

Чтобы измерить переменное напряжение применяют трансформатор напряжения. Это понижающий трансформатор с двумя обмотками, первичная обмотка которого присоединяется к двум точкам цепи, между которыми нужно измерить напряжение, а вторичная — непосредственно к вольтметру. Измерительные трансформаторы на схемах изображают как обычные трансформаторы.

Трансформатор без нагруженной вторичной обмотки работает в режиме холостого хода, и при подключенном вольтметре, сопротивление которого велико, трансформатор остается практически в этом режиме, и поэтому можно считать измеренное напряжение пропорциональным напряжению, приложенному к первичной обмотке, с учетом коэффициента трансформации, равного соотношению количеств витков во вторичной и первичной его обмотках.

Таким образом можно измерять высокое напряжение, при этом на прибор будет подаваться небольшое безопасное напряжение. Останется умножить измеренное напряжение на коэффициент трансформации измерительного трансформатора напряжения.

Те вольтметры, которые изначально предназначены для работы с трансформаторами напряжения, имеют градуировку шкалы с учетом коэффициента трансформации, тогда по шкале без дополнительных вычислений сразу видно значение измененного напряжения.

В целях повышения безопасности при работе с прибором, на случай повреждения изоляции измерительного трансформатора, один из выводов вторичной обмотки трансформатора и его каркас сначала заземляются.

Измерительные трансформаторы тока

Для подключения амперметров к цепям переменного тока служат измерительные трансформаторы тока. Это двухобмоточные повышающие трансформаторы. Первичная обмотка включается последовательно в измеряемую цепь, а вторичная — к амперметру. Сопротивление в цепи амперметра мало, и получается, что трансформатор тока работает практически в режиме короткого замыкания, при этом можно считать, что токи в первичной и вторичной обмотках относятся друг к другу как количества витков во вторичной и первичной обмотках.

Подобрав подходящее соотношение витков, можно измерять значительные токи, при этом через прибор всегда будут протекать токи достаточно малые. Останется умножить измеренный во вторичной обмотке ток на коэффициент трансформации. Те амперметры, которые предназначены для постоянной работы совместно с трансформаторами тока, имеют градуировку шкал с учетом коэффициента трансформации, и по шкале прибора без вычислений можно легко считать значение измеряемого тока. С целью повышения безопасности персонала, один из выводов вторичной обмотки измерительного трансформатора тока и его каркас сначала заземляются.

Во многих применениях удобны проходные измерительные трансформаторы тока, у которых магнитопровод и вторичная обмотка изолированы и расположены внутри проходного корпуса, через окно которого проходит медная шина с измеряемым током.

Вторичная обмотка такого трансформатора никогда не оставляется разомкнутой, ибо сильное увеличение магнитного потока в магнитопроводе может не только привести к его разрушению, но и навести на вторичной обмотке опасную для персонала ЭДС. Чтобы провести безопасное измерение, вторичную обмотку шунтируют резистором известного номинала, напряжение на котором будет пропорционально измеряемому току.

Для измерительных трансформаторов характерны погрешности двух видов: угловая и коэффициента трансформации. Первая связана с отклонением угла сдвига фаз первичной и вторичной обмоток от 180°, что приводит к неточным показаниям ваттметров. Что касается погрешности связанной с коэффициентом трансформации, то это отклонение показывает класс точности: 0,2, 0,5, 1 и т. д. – в процентах от номинального значения.

Для измерения различных электрических величин служат электрические измерительные приборы:

силы тока – амперметр;

напряжения и ЭДС – вольтметр;

электрической энергии – счетчики электрической энергии.

Для включения амперметра цепь тока разрывают и в месте разрыва концы проводов присоединяют к зажимам амперметра (рис. 5). Таким образом, через амперметр проходит весь измеряемый ток; такое включение называется последовательным.

Вольтметр подключают к началу и концу участка цепи; такое подключение называется параллельным (см. рис. 5). Вольтметр показывает падение напряжения на данном участке.

Рис. 5. Включение амперметра (А) и вольтметра (В) в электрическую цепь

При различных электрических измерениях весьма важно, чтобы измерительный прибор как можно меньше изменял электрический режим цепи, в которую его включают.

Как вы считаете, каким сопротивлением должен обладать амперметр и вольтметр?

В связи с вышеизложенным схемы подключения амперметра и вольтметра определяют их сопротивления: амперметр должен обладать незначительным сопротивлением по сравнению с сопротивлением цепи; вольтметр, наоборот, − значительным.

Для измерения мощности в электрических цепях используют ваттметр. На лицевую панель ваттметра выведены четыре зажима, два из которых обозначены символом I (токовые зажимы включаются в цепь последовательно), а два других – U (зажимы напряжения включаются в цепь параллельно). Два зажима (один токовый и один напряжения) помечены точками и называются генераторными.

Как вы считаете, для чего помечены эти зажимы?

Условные обозначения и схема подключения амперметра, вольтметра и ваттметра приведена на рис. 6.

Рис. 6. Схема включения (а) и внешний вид (б) ваттметра

Вывод по четвертому вопросу: для измерения различных электрических величин служат электрические измерительные приборы: силы тока – амперметр; напряжения и ЭДС – вольтметр; мощности – ваттметр; сопротивления – омметры; электрической энергии – счетчики электрической энергии. Амперметр включается в цепь последовательно, вольтметр – параллельно.

5. Заключение (10 мин.)

Мы рассмотрели основные законы электротехники: закон Ома и закон Джоуля-Ленца.

Физическая сущность закона Ома заключается в том, что чем больше ЭДС источника, тем больше энергия носителей зарядов, больше скорость их упорядоченного движения и тем больше величина тока в цепи. Если увеличить сопротивление электрической цепи, то увеличится противодействие движению носителей зарядов и уменьшится величина тока.

Способность тела производить работу называется энергией тела. Таким образом, мерой количества энергии является работа.

При столкновении движущихся частиц с молекулами и ионами вещества кинетическая энергия движущихся частиц передается ионам и молекулам, вследствие чего происходит нагревание проводника. Это явление описывается законом Джоуля-Ленца. Закон Джоуля-Ленца используют при расчетах тепловых режимов источников электроэнергии, линий электропередачи, потребителей и других элементов электрической цепи. Преобразование электроэнергии в тепловую имеет очень большое практическое значение. Но при этом существуют и отрицательные проявления электрического тока. Статистика свидетельствует, что чаще всего причиной пожаров в жилых и общественных зданиях становится нагрев кабелей и электрических проводов.

Знание видов соединения элементов в электрических цепях, способов эквивалентного преобразования видов соединения электрических цепей необходимо для успешного усвоения методик расчета как электрических цепей постоянного, так и переменного тока. Различают последовательное, параллельное, смешанное соединение приемников электроэнергии, а также звезда и треугольник.

При различных электрических измерениях весьма важно, чтобы измерительный прибор как можно меньше изменял электрический режим цепи, в которую его включают, поэтому амперметр включают последовательно, а вольтметр – параллельно.

Как и любую физическую величину, напряжение можно измерить, для этого используется вольтметр. Но чтобы получить достоверные данные, его необходимо правильно подключить.

Принцип действия

Все устройства, которыми производятся измерения в электрических сетях, делятся на две группы: электромеханические и электронные.

Электромеханические аппараты

Это стрелочные приборы. Стрелка в них закреплена на рамке, на которую намотан провод. Эта катушка находится на одной оси с постоянным магнитом в приборах, используемых в сети постоянного тока, или с другой катушкой – в устройствах переменного напряжения.

Справка. Аппарат переменного тока в сети постоянного работать не будет, но устройство для измерения постоянного напряжения, если включить его через диодный мост, можно подключить в сеть переменного тока с потерей точности.

При прохождении тока по обмотке в ней наводится электромагнитное поле, взаимодействующее с магнитом или другой обмоткой, и рамка поворачивается. Вращению катушки со стрелкой препятствует пружина, поэтому угол поворота рамки соответствует току через неё и потенциалу на клеммах.

Для уменьшения колебаний стрелки устанавливается демпфер электромагнитный из алюминиевой пластины или пневматический, из поршня и цилиндра.

Для повышения точности стрелка снабжена противовесами, исключающими влияние силы тяжести, а сам механизм выполняется из легированной стали для уменьшения износа.

Электронные приборы

В электронных аппаратах чувствительным элементом является электронная плата, преобразующая входной сигнал в показания прибора. Питание такое устройство может получать от измеряемого напряжения или другого источника – внутренних батарей или внешнего питания.

Электронные вольтметры есть двух типов:

  • Аналоговые. В них находится преобразователь входного сигнала в угол поворота стрелки, показывающий на шкале величину измеряемого напряжения. Недостаток аналоговых схем – в необходимости пересчитывать показания шкалы при изменении предела измерения;
  • Цифровые. В таких приборах есть цифровой дисплей и преобразователь, отображающий входной сигнал в цифровом виде. При подключении устройства в сеть постоянного тока на табло показывается полярность подключения. Эти конструкции отличаются компактностью, а точность такого аппарата зависит от качества встроенного контроллера.

Подключение вольтметра

Напряжение на источнике питания или элементе цепи измеряется аппаратом, который подключается параллельно устройству.

Катушка прибора имеет низкое сопротивление, и при непосредственном включении в сеть ток будет большим. Для уменьшения потребляемого тока и влияния на электрическую сеть в цепь последовательно с аппаратом включаются добавочные сопротивления.

Важно! При включении вольтметра последовательно с нагрузкой он покажет напряжение источника питания с погрешностью из-за сопротивления нагрузки. Последовательно подсоединяют амперметр.

Постоянное напряжение

Способы измерения постоянного напряжения зависят от его величины:

  • до 1 милливольта – цифровыми и аналоговыми аппаратами со встроенным усилителем;
  • до 1000 вольт используют обычные аппараты различных систем;
  • свыше 1 кВ измерения производятся электростатическими приборами, предназначенными для работы в высоковольтных сетях или обычными, включёнными через делитель.

Увеличение предела измерения производится включёнием последовательно с прибором добавочного сопротивления Rдоб. Для увеличения предела в n раз общее сопротивление также необходимо увеличить в n раз и, учитывая сопротивление прибора Rпр, Rдоб=Rпр*(n-1). Показания шкалы также умножаются на n.

Переменное напряжение

Методы и типы устройств для измерения в сетях переменного тока зависят от величины напряжения и частоты сети:

  • до 1 вольта – цифровые и аналоговые устройства с усилителями;
  • до 1кВ и частотой до десятков кГц – выпрямительные системы, электромагнитные, электродинамические приборы;
  • при частоте до десятков мегагерц – термоэлектрические и электростатические аппараты.

Важно! Вольтметр переменного тока показывает действующее значение напряжения. При синусоидальной форме его величина в √3 (1,7) меньше амплитудного.

Расширение пределов измерения производится включением через разделительный или автотрансформатор, а также использованием добавочного сопротивления. Его величина рассчитывается аналогично измерениям в сети постоянного тока.

При использовании разделительного трансформатора показания прибора умножаются на коэффициент трансформации n=U1/U2.

Подключение вольтметра необходимо производить по определённым схемам. Это делается для того, чтобы показания прибора соответствовали параметрам сети.

Видео

Факты о вольтметре

для детей | KidzSearch.com

Вольтметр, подключенный к печатной плате.

Вольтметр — прибор для измерения напряжения. Например, вольтметр можно использовать, чтобы узнать, осталось ли в батарее больше электричества. Создание вольтметров стало возможным, когда Ганс Эрстед изобрел самый простой вольтметр в 1819 году. [1]

Подключение вольтметра

Вольтметр можно подключить, соединив два провода туда, где есть напряжение.Один провод — положительный, а другой — отрицательный. С некоторыми вольтметрами один должен убедиться, что провода подключены к правильным точкам: положительное соединение на вольтметре с более положительной «частью» источника напряжения, а отрицательное — с более отрицательной «частью». Таким образом, вольтметр параллелен электрической цепи. [2]

Также следует проявлять осторожность при обращении с соединением: при высоком напряжении (много вольт) можно получить травму или даже убить, если непосредственно прикоснуться к металлическим соединениям под напряжением.

Как вольтметры показывают напряжение

Когда подключения сделаны, вольтметр покажет напряжение. Поскольку нет прямого доступа к напряжению, вольтметры разработаны как особый вид амперметра, который может рассчитывать напряжение, оценивая электрический ток и применяя закон Ома. [1]

Есть два вида вольтметров. У одного из них есть стрелка или «указатель», указывающая на число, указывающее количество вольт. Это тот вид вольтметра, в котором нужно быть осторожным при правильном подключении положительного и отрицательного полюсов — в случае неправильного подключения вольтметр может быть поврежден.

Вольтметры второго типа показывают числа в «цифровом» виде, как и цифровые часы и калькуляторы. Такой вольтметр не повреждается из-за «неправильного» подключения; вместо этого они показывают отрицательное число.

Кроме того, существует два типа вольтметров в зависимости от типа тока: одни вольтметры предназначены для использования с постоянным током (DC), а другие — с переменным током (AC). Современные вольтметры могут работать на обоих токах. [3]

Использование подходящего вольтметра

Все вольтметры имеют верхний предел или «максимальное количество» вольт, с которым они могут «работать».Если вольтметр используется для более высоких напряжений, чем он был предназначен для «обработки», он может повредить или разрушить его.

Вольтметры с настройками и мультиметры

Поскольку важно использовать правильный вольтметр, их чаще всего делают так, чтобы их можно было настроить для измерения всех видов напряжений. Такие вольтметры обычно имеют «ручку» или переключатель, который можно настроить по-разному. Если вольтметр настроен на одно направление, вольтметр работает с напряжениями, например, до 10 вольт. Если переключатель установлен по-другому, вольтметр может выдержать 100 вольт и так далее.Внутри вольтметра переключатель обычно работает путем замены резисторов в делителе напряжения.

Таким образом, один вольтметр можно использовать для множества различных напряжений, больших и малых. Некоторые современные вольтметры могут делать эту настройку сами по себе, нужно просто выполнить подключение и не беспокоиться о том, сможет ли вольтметр справиться с напряжением. Он автоматически найдет настройку, которая сможет с этим справиться.

Сегодня вольтметр обычно является частью мультиметра, прибора, который может работать одновременно как вольтметр, амперметр и, как правило, еще несколько измерительных приборов.У них также есть переключатели, используемые, чтобы «сказать» мультиметру, что он «является вольтметром».

Мультиметры часто имеют более двух соединений, и часть «указания» мультиметру того, что измерять (то есть, вольтметр или амперметр), осуществляется путем выбора правильных двух соединений. Это объясняется в руководстве к мультиметру и часто отображается рядом с точками подключения.

Использование усилителей для чувствительного измерения напряжения

Вольтметры первого типа показывают напряжение с помощью стрелки или «указателя», указывающего на количество вольт.Эти вольтметры берут энергию от объекта измерения для перемещения стрелки. Некоторым источникам очень слабого напряжения может не хватить энергии, чтобы переместить стрелку на нужное напряжение. В таком случае такой вольтметр показывает слишком мало вольт. Вольтметр недостаточно чувствителен.

Одно из решений вышеупомянутой проблемы — заставить иглу использовать как можно меньше энергии для движения. Однако есть предел чувствительности такого вольтметра. Когда были изобретены электронные лампы и транзисторы, стало возможным создавать электронные усилители.Используя усилитель, вольтметр может измерять очень малых напряжений от очень слабых источников. Современные вольтметры и мультиметры обычно имеют такой усилитель.

Список литературы

21.4 Вольтметры и амперметры постоянного тока — College Physics: OpenStax

Сводка

  • Объясните, почему вольтметр нужно подключать параллельно цепи.
  • Нарисуйте схему, показывающую правильно подключенный амперметр в цепь.
  • Опишите, как гальванометр можно использовать как вольтметр или амперметр.
  • Найдите сопротивление, которое необходимо подключить последовательно с гальванометром, чтобы его можно было использовать в качестве вольтметра с заданными показаниями.
  • Объясните, почему измерение напряжения или тока в цепи никогда не может быть точным.

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. 1.) Внутренняя конструкция простейшего из этих счетчиков и то, как они подключены к системе, которую они контролируют, позволяют лучше понять применение последовательного и параллельного подключения.

Рис. 1. Датчики топлива и температуры (крайний правый и крайний левый, соответственно) в этом Volkswagen 1996 года представляют собой вольтметры, которые регистрируют выходное напряжение «передающих» устройств, которое, как мы надеемся, пропорционально количеству бензина в баке и температура двигателя. (Фото: Christian Giersing)

Вольтметры подключаются параллельно к любому устройству, которое необходимо измерить.Параллельное соединение используется потому, что параллельные объекты испытывают одинаковую разность потенциалов. (См. Рисунок 2, 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 3, где амперметр обозначен символом A.)

Рис. 2. (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 через ЭДС без учета его внутреннего сопротивления, r . (b) Используемый цифровой вольтметр. (предоставлено Messtechniker, Wikimedia Commons) Рис. 3. 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 r обозначает внутреннее сопротивление источника разности потенциалов.)

Аналоговые счетчики имеют стрелку, которая поворачивается, чтобы указывать 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, [латекс] \ boldsymbol {I _ {\ textbf {G}}} [/ latex], вызывает пропорциональное отклонение стрелки. .(Это отклонение происходит из-за силы магнитного поля на провод с током.)

Двумя важнейшими характеристиками данного гальванометра являются его сопротивление и чувствительность по току. Чувствительность по току — это ток, который дает отклонение на полную шкалу стрелки гальванометра, максимальный ток, который может измерить прибор. Например, гальванометр с текущей чувствительностью [латекс] \ boldsymbol {50 \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex] имеет максимальное отклонение стрелки, когда [латекс] \ boldsymbol {50 \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex] проходит через него, считывает половину шкалы, когда [latex] \ boldsymbol {25 \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex] проходит через него, и так далее.

Если такой гальванометр имеет сопротивление [латекс] \ boldsymbol {25 — \; \ Omega} [/ latex], то напряжение только [латекс] \ boldsymbol {V = IR = (50 \; \ mu \ textbf { A}) (25 \; \ Omega) = 1,25 \; \ textbf {mV}} [/ latex] производит 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

На рисунке 4 показано, как гальванометр можно использовать в качестве вольтметра, подключив его последовательно с большим сопротивлением, [латекс] \ boldsymbol {R} [/ латекс].Значение сопротивления [латекс] \ boldsymbol {R} [/ латекс] определяется максимальным измеряемым напряжением. Предположим, вам нужно 10 В для полного отклонения вольтметра, содержащего [латексный] \ boldsymbol {25 — \; \ Omega} [/ latex] гальванометр с [латексным] \ boldsymbol {50 — \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex] чувствительность. Затем 10 В, приложенное к измерителю, должно производить ток [латекс] \ boldsymbol {50 \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex]. Общее сопротивление должно быть

.

[латекс] \ boldsymbol {R _ {\ textbf {tot}} = R + r =} [/ latex] [latex] \ boldsymbol {\ frac {V} {I}} [/ latex] [latex] \ boldsymbol { =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {10 \; \ textbf {V}} {50 \; \ mu \ textbf {A}}} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {= 200 \ ; \ textbf {k} \ Omega \; \ textbf {или}} [/ latex]

[латекс] \ boldsymbol {R = R _ {\ textbf {tot}} — r = 200 \; \ textbf {k} \ Omega — 25 \; \ Omega \ приблизительно 200 \; \ textbf {k} \ Omega} [ / латекс]

([латекс] \ boldsymbol {R} [/ latex] настолько велик, что сопротивлением гальванометра [латекс] \ boldsymbol {r} [/ latex] можно пренебречь.) Обратите внимание, что 5 В, приложенное к этому вольтметру, вызывает отклонение в половину шкалы, создавая ток [латекс] \ boldsymbol {25 — \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex] через измеритель, и поэтому показания вольтметра пропорционально 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 4. Большое сопротивление R , включенное последовательно с гальванометром G, дает вольтметр, отклонение которого на полную шкалу зависит от выбора R . Чем больше измеряемое напряжение, тем больше должно быть R . (Обратите внимание, что r представляет собой внутреннее сопротивление гальванометра.)

Гальванометр как амперметр

Тот же гальванометр можно превратить в амперметр, разместив его параллельно небольшому сопротивлению [латекс] \ boldsymbol {R} [/ latex], часто называемому шунтирующим сопротивлением , как показано на рисунке 5. Поскольку шунт сопротивление невелико, большая часть тока проходит через него, что позволяет амперметру измерять токи, намного превышающие те, которые вызывают полное отклонение гальванометра.

Предположим, например, что необходим амперметр, который дает полное отклонение на 1.0 A, и содержит такой же гальванометр [latex] \ boldsymbol {25 — \; \ Omega} [/ latex] с его чувствительностью [latex] \ boldsymbol {50 — \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex] . Поскольку [латекс] \ boldsymbol {R} [/ latex] и [latex] \ boldsymbol {r} [/ latex] параллельны, напряжение на них одинаковое.

Эти [латекс] \ boldsymbol {IR} [/ latex] капли — это [latex] \ boldsymbol {IR = I_Gr} [/ latex], так что [latex] \ boldsymbol {IR = \ frac {I_G} {I} = \ frac {R} {r}} [/ latex]. Решая для [latex] \ boldsymbol {R} [/ latex] и отмечая, что [latex] \ boldsymbol {I_G} [/ latex] — это [latex] \ boldsymbol {50 \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex] и [latex] \ boldsymbol {I} [/ latex] равно 0.{-3} \; \ Omega}. [/ Латекс]

Рис. 5. Небольшое шунтирующее сопротивление R , помещенное параллельно гальванометру G, дает амперметр, полное отклонение которого зависит от выбора R . Чем больше измеряемый ток, тем меньше должно быть R . Большая часть тока ( I ), протекающего через счетчик, шунтируется через R для защиты гальванометра.(Обратите внимание, что r представляет 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.

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 6 (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. Рис. 6 (b).) Напряжение на устройстве не такое, как при отключении вольтметра от цепи.

Рис. 6. (a) Вольтметр, имеющий сопротивление намного больше, чем устройство ( R Voltmeter >> R ), с которым он подключен параллельно, создает параллельное сопротивление, по существу такое же, как и устройство, и не оказывает заметного влияния измеряемая цепь.(b) Здесь вольтметр имеет такое же сопротивление, как и устройство ( R Voltmeter ≅ 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 7 (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 7 (b).)

Практическая проблема может возникнуть, 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. 7. (a) Амперметр обычно имеет настолько малое сопротивление, что общее последовательное сопротивление в измеряемой ветви существенно не увеличивается. Схема практически не изменилась по сравнению с отсутствием амперметра. (б) Здесь сопротивление амперметра такое же, как сопротивление 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 знания о системе — 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.6} [/ латекс].

Проверьте свое понимание

1: 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?

Исследования PhET: комплект для конструирования цепей (только для постоянного тока), виртуальная лаборатория

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

Рис. 8. Комплект для конструирования цепей (только для постоянного тока), виртуальная лаборатория
  • Вольтметры измеряют напряжение, а амперметры измеряют ток.
  • Вольтметр помещается параллельно источнику напряжения для получения полного напряжения и должен иметь большое сопротивление, чтобы ограничить его влияние на цепь.
  • Амперметр подключается последовательно, чтобы получить полный ток, протекающий через ответвление, и должен иметь небольшое сопротивление, чтобы ограничить его влияние на цепь.
  • Оба могут быть основаны на комбинации резистора и гальванометра, устройства, которое дает аналоговые показания тока.
  • Стандартные вольтметры и амперметры изменяют измеряемую цепь и, таким образом, имеют ограниченную точность.

Концептуальные вопросы

1: Почему не следует подключать амперметр непосредственно к источнику напряжения, как показано на рисунке 9? (Обратите внимание, что скрипт E на рисунке означает ЭДС.)

Рис. 9.

2: Предположим, вы используете мультиметр (предназначенный для измерения диапазона напряжений, токов и сопротивлений) для измерения тока в цепи и случайно оставляете его в режиме вольтметра.Как измеритель повлияет на схему? Что бы произошло, если бы вы измеряли напряжение, но случайно перевели измеритель в режим амперметра?

3: Укажите точки, к которым можно подключить вольтметр для измерения следующих разностей потенциалов на Рисунке 10: (a) разность потенциалов источника напряжения; (b) разность потенциалов на [латексе] \ boldsymbol {R_1} [/ latex]; (c) через [латекс] \ boldsymbol {R_2} [/ latex]; (г) поперек [латекса] \ boldsymbol {R_3} [/ latex]; (e) через [латекс] \ boldsymbol {R_2} [/ latex] и [латекс] \ boldsymbol {R_3} [/ latex].Обратите внимание, что на каждую часть может быть несколько ответов.

Рис. 10.

4: Чтобы измерить токи, показанные на Рис. 10, замените провод между двумя точками на амперметр. Укажите точки, между которыми вы разместите амперметр, чтобы измерить следующее: (a) общий ток; (б) ток, протекающий через [латекс] \ boldsymbol {R_1} [/ latex]; (c) через [латекс] \ boldsymbol {R_2} [/ латекс]; (г) через [латекс] \ boldsymbol {R_3} [/ латекс]. Обратите внимание, что на каждую часть может быть несколько ответов.

Проблемные упражнения

1: Какова чувствительность гальванометра (то есть, какой ток дает полное отклонение) внутри вольтметра, имеющего [латексный] \ boldsymbol {1,00 — \; \ textbf {M} \ Omega} [ / латекс] по шкале 30,0 В?

2: Какова чувствительность гальванометра (то есть, какой ток дает полное отклонение) внутри вольтметра, имеющего [латексный] \ boldsymbol {25.0 — \; \ textbf {k} \ Omega} [ / латекс] по шкале 100 В?

3: Найдите сопротивление, которое должно быть подключено последовательно с символом [латекс] \ bold {25.0 — \; \ Omega} [/ latex] гальванометр с чувствительностью [latex] \ boldsymbol {50.0 — \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex] (такой же, как тот, который обсуждается в тексте), чтобы позволить его следует использовать как вольтметр с показаниями полной шкалы 0,100 В.

4: Найдите сопротивление, которое должно быть подключено последовательно с [латексным] \ boldsymbol {25.0 — \; \ Omega} [/ latex] гальванометром, имеющим [латексный] \ boldsymbol {50.0 — \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex] чувствительность (такая же, как та, что обсуждается в тексте), позволяющая использовать его в качестве вольтметра с показаниями полной шкалы 3000 В.Включите принципиальную схему в свое решение.

5: Найдите сопротивление, которое необходимо разместить параллельно [латексному] \ boldsymbol {25.0 — \; \ Omega} [/ latex] гальванометру с [латексным] \ boldsymbol {50.0 — \; \ textbf {A }} [/ latex] чувствительность (такая же, как та, что обсуждается в тексте), позволяющая использовать его в качестве амперметра с показаниями полной шкалы 10,0 A. Включите принципиальную схему в свое решение.

6: Найдите сопротивление, которое необходимо разместить параллельно символу [латекса] \ bold {25.0 — \; \ Omega} [/ latex] гальванометр с чувствительностью [latex] \ boldsymbol {50.0 — \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex] (такой же, как тот, который обсуждается в тексте), чтобы позволить его следует использовать как амперметр с показаниями полной шкалы 300 мА.

7: Найдите сопротивление, которое должно быть подключено последовательно с [латексным] \ boldsymbol {10.0 — \; \ Omega} [/ latex] гальванометром, имеющим [латексный] \ boldsymbol {100 — \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex] чувствительность, позволяющая использовать его в качестве вольтметра при: (а) полномасштабном показании 300 В и (б) 0.Полномасштабное считывание 300 В.

8: Найдите сопротивление, которое необходимо разместить параллельно [латексному] \ boldsymbol {10.0 — \; \ Omega} [/ latex] гальванометру с [латексным] \ boldsymbol {100 — \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex] чувствительность, позволяющая использовать его в качестве амперметра с: (a) показанием полной шкалы 20,0 A и b) показанием полной шкалы 100 мА.

9: Предположим, вы измеряете напряжение на клеммах щелочного элемента на 1,585 В, имеющего внутреннее сопротивление [латекс] \ boldsymbol {0.100 \; \ Omega} [/ latex], поместив вольтметр [latex] \ boldsymbol {1.00 — \; \ textbf {k} \ Omega} [/ latex] на его клеммы. (См. Рис. 11.) (а) Какой ток течет? (b) Найдите напряжение на клеммах. (c) Чтобы увидеть, насколько близко измеренное напряжение на клеммах к ЭДС, рассчитайте их отношение.

Рис. 11.

10: Предположим, вы измеряете напряжение на клеммах литиевого элемента на 3.200 В, имеющего внутреннее сопротивление [латекс] \ boldsymbol {5.00 \; \ Omega} [/ латекс], помещая [латекс] \ boldsymbol {1.{-5} \; \ Omega} [/ latex] по шкале 3,00-A и содержит [латексный] \ boldsymbol {10.0 — \; \ Omega} [/ latex] гальванометр. Какая чувствительность у гальванометра?

12: Вольтметр [латекс] \ boldsymbol {1.00 — \; \ textbf {M} \ Omega} [/ latex] устанавливается параллельно [латексному] \ boldsymbol {75.0 — \; \ textbf {k} \ Omega} [/ latex] резистор в цепи. (а) Нарисуйте принципиальную схему подключения. б) Каково сопротивление комбинации? (c) Если напряжение на комбинации остается таким же, как на [латексе] \ boldsymbol {75.0 — \; \ textbf {k} \ Omega} [/ latex] только резистор, каков процент увеличения тока? (d) Если ток через комбинацию остается таким же, как через резистор [latex] \ boldsymbol {75.0 — \; \ textbf {k} \ Omega} [/ latex], каково процентное снижение напряжения ? (e) Являются ли изменения, обнаруженные в частях (c) и (d), значительными? Обсуждать.

13: Амперметр [latex] \ boldsymbol {0,0200 — \; \ Omega} [/ latex] последовательно с резистором [latex] \ boldsymbol {10.00 — \; \ Omega} [/ latex] в цепи схема.(а) Нарисуйте принципиальную схему подключения. (b) Рассчитайте сопротивление комбинации. (c) Если напряжение в комбинации остается таким же, каким оно было через резистор [latex] \ boldsymbol {10.00 — \; \ Omega} [/ latex], каков процент уменьшения тока? (d) Если ток остается таким же, как через резистор [latex] \ boldsymbol {10.00 — \; \ Omega} [/ latex], то каков процент увеличения напряжения? (e) Являются ли изменения, обнаруженные в частях (c) и (d), значительными? Обсуждать.

14: Необоснованные результаты

Предположим, у вас есть гальванометр [latex] \ boldsymbol {40.0 — \; \ Omega} [/ latex] с чувствительностью [latex] \ boldsymbol {25.0 — \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex]. (a) Какое сопротивление вы бы включили последовательно, чтобы его можно было использовать в качестве вольтметра с полным отклонением на 0,500 мВ? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какие допущения ответственны?

15: необоснованные результаты

(a) Какое сопротивление вы бы поставили параллельно с символом [латекса] \ bold {40.0 — \; \ Omega} [/ latex] гальванометр с чувствительностью
[латекс] \ boldsymbol {25.0 — \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex], позволяющий использовать его в качестве амперметра с полное отклонение для [латекса] \ boldsymbol {10.0 — \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex]? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какие допущения ответственны?

Глоссарий

вольтметр
прибор для измерения напряжения
амперметр
прибор для измерения силы тока
аналоговый счетчик
Измерительный прибор, дающий показания в виде движения стрелки над отмеченным датчиком
цифровой счетчик
Измерительный прибор, дающий показания в цифровом виде
гальванометр
аналоговое измерительное устройство, обозначенное буквой G, которое измеряет ток, используя отклонение стрелки, вызванное силой магнитного поля, действующей на токопроводящий провод
чувствительность по току
максимальный ток, который может считывать гальванометр
полное отклонение
максимальное отклонение стрелки гальванометра, также известное как чувствительность по току; гальванометр с полным отклонением [латекс] \ boldsymbol {50 \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex] имеет максимальное отклонение стрелки, когда [латекс] \ boldsymbol {50 \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex] проходит через него
шунтирующее сопротивление
небольшое сопротивление [латекс] \ boldsymbol {R} [/ latex], помещенное параллельно гальванометру G для получения амперметра; чем больше измеряемый ток, тем меньше должен быть [латекс] \ boldsymbol {R} [/ latex]; большая часть тока, протекающего через счетчик, шунтируется через [латекс] \ boldsymbol {R} [/ latex] для защиты гальванометра
Решения

Проверьте свое понимание

1: Поскольку цифровые счетчики требуют меньшего тока, чем аналоговые счетчики, они изменяют схему меньше, чем аналоговые счетчики.{-4} \; \ Omega} [/ латекс]

7: (a) [латекс] \ boldsymbol {3.00 \; \ textbf {M} \ Omega} [/ latex]

(b) [латекс] \ boldsymbol {2.99 \; \ textbf {k} \ Omega} [/ latex]

9: (a) 1,58 мА
(b) 1,5848 В (необходимо четыре цифры, чтобы увидеть разницу)

(c) 0,99990 (нужно пять цифр, чтобы увидеть разницу от единицы)

11: [латекс] \ boldsymbol {15.0 \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex]

13: (а)

Рисунок 12.{-1}} [/ latex] процент увеличения

(e) Не имеет значения.

15: (a) [латекс] \ boldsymbol {-66.7 \; \ Omega} [/ латекс]

(b) У вас не может быть отрицательного сопротивления.

(c) Неразумно, что [latex] \ boldsymbol {I_G} [/ latex] больше, чем [latex] \ boldsymbol {I _ {\ textbf {tot}}} [/ latex] (см. Рисунок 5). Вы не можете добиться полного отклонения, используя ток, меньший, чем чувствительность гальванометра.

Мультиметр — Энергетическое образование

Мультиметр — это устройство, которое измеряет электрический ток, сопротивление и напряжение (при условии, что оно правильно подключено к электрической цепи).Он имеет аналоговую и цифровую формы, но оба функционируют одинаково. [2] Мультиметр обладает функциями вольтметра, амперметра и омметра. Чтобы увидеть, как мультиметр может переключаться между этими показаниями, обратитесь к гиперфизике.

Вольтметр

Вольтметр подключается к компоненту; Другими словами, два вывода вольтметра подключены к двум сторонам компонента, поэтому вольтметр находится параллельно компоненту. Когда вольтметр подключен к компоненту, он замыкает цепь.В цепи генерируется небольшой ток, который затем вызывает падение напряжения на каждом из других резисторов. Это приводит к тому, что вольтметр показывает напряжение, которое немного ниже, чем напряжение источника. [3] [4] Чтобы узнать больше, см. Гиперфизику.

Амперметр

Чтобы использовать амперметр, путь тока должен быть разорван, а амперметр вставлен через разрыв [3] (это означает, что амперметры должны быть включены последовательно с тем, что должно быть измерено).Если включить амперметр параллельно цепи (вместо того, чтобы подключать его последовательно), ток почти наверняка сожжет предохранитель! Амперметром намного проще пережечь предохранитель, чем вольтметром, потому что у амперметров очень низкое сопротивление.

Накладные измерители могут использоваться для измерения переменного тока без нарушения проводящего пути. Когда переменный ток проходит через проводник, вокруг него формируется магнитное поле; измеряя напряженность магнитного поля вокруг проводника, можно получить значение тока. [3] Чтобы узнать больше, см. Гиперфизику.

Омметр

Самый безопасный способ подключения омметра — удалить компонент из цепи, а затем подключить его к компоненту, как с вольтметром. Важно держать только один из выводов компонента, потому что сопротивление кожи человека может повлиять на измерение. [3] Чтобы узнать больше, см. Гиперфизику.

Инструкцию по использованию мультиметра см. В NCSSM (Школа естественных и математических наук Северной Каролины).

Список литературы

  1. ↑ Wikimedia Commons. (23 сентября 2015 г.). Мультиметр [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a6/Digital_Multimeter_Aka.jpg
  2. ↑ R.T. Пэйнтер, «Основные электрические компоненты и счетчики», в Введение в электричество , 1-е изд. Нью-Джерси: Прентис-Холл, 2011, гл. 3, сек. 3.7, с. 107-116.
  3. 3,0 3,1 3,2 3,3 R.T. Пэйнтер, «Основные электрические компоненты и счетчики», в Введение в электричество , 1-е изд.Нью-Джерси: Прентис-Холл, 2011, гл. 3, сек. 3.8, с. 117-121.
  4. ↑ R.T. Пэйнтер, «Основные электрические компоненты и счетчики», в Введение в электричество , 1-е изд. Нью-Джерси: Прентис-Холл, 2011, гл. 5, сек. 5.4, ​​стр. 201-208.

Использование вольтметра | IOPSpark

Напряжение / разность потенциалов

Электричество и магнетизм

Использование вольтметра

Практическая деятельность для 14-16

Практический класс

Эксперименты с вольтметром приводят к обсуждению значения разности потенциалов или напряжения.

Аппаратура и материалы

  • Блок питания низковольтный
  • Лампа (12 В, 6 Вт) в держателе
  • Амперметр, (0-1 А), постоянный ток
  • Вольтметр, (0-15 В), постоянный ток

Примечания по технике безопасности и охране труда

Выбирайте источник питания низкого напряжения, чтобы исключить возможность повреждения счетчиков, например: используйте 2 элемента по 1,5 В.

Прочтите наше стандартное руководство по охране труда

Процедура

  1. Подключите простую последовательную цепь, используя батарею, лампу в патроне и амперметр.
  2. Теперь добавьте в цепь вольтметр. Используйте его для измерения напряжения на лампе.

Учебные заметки

  • Разрешите учащимся решить для себя, как подключить вольтметр. Им следует разрешить включать вольтметр последовательно в цепь. Вскоре они обнаружат, что в цепи, похоже, не осталось тока. Это потому, что вольтметр имеет очень высокое сопротивление.
  • Если приложить амперметр к лампе, можно повредить амперметр.Убедитесь, что он выдержит удар, если ученики сделают это случайно! Причина этого в том, что амперметр имеет чрезвычайно низкое сопротивление, поэтому большая часть тока проходит по легкому маршруту и ​​избегает лампы.
  • Если учесть, насколько быстро энергия передается в электрической цепи, выходная энергия прямо пропорциональна заряду или току x время, или количеству проходящих кулонов, измеряемых амперметром и часами.
  • Однако заряд не может быть единственным фактором.Вам также понадобится устройство, показывающее, сколько джоулей энергии доставляет каждый кулон, проходящий через лампу. Это устройство называется вольтметром.
  • Точно так же, как масса в один килограмм может передавать больше энергии, если высота обрыва составляет 100 метров, чем если бы она была высотой всего 10 метров, так и кулон электричества дает больше энергии, если он падает через разность потенциалов в 100 вольт, чем если он проваливается через разность потенциалов 10 вольт. Кроме того, более очевидно, что несколько килограммов или кулонов передают больше энергии, чем один.Аналогии с буханками хлеба или буханками хлеба в автофургонах могут помочь донести идею.
  • Аналогия вольтметра может быть следующей.
  • Поток кулонов в кругообороте можно сравнить с потоком автомобилей по главной дороге. Предположим, что каждый водитель прибывает в точку A на дороге с одинаковой суммой денег в кармане и потратил их все в точке B. Чтобы узнать, сколько это денег, вам не нужно задерживать каждую машину и проверять ее финансы.Вместо этого вы можете организовать отвлечение всего нескольких автомобилей на остановку в точке A и обратно на главную дорогу в точке B. транслировать. Это модель рабочего вольтметра (фактически замаскированного миллиамперметра).
  • Здесь также можно использовать водяной контур с манометром в качестве модели вольтметра. Манометр подсоединен поперек трубок для измерения разницы давлений между двумя сторонами.
  • Какое бы объяснение вы ни дали, в конечном итоге скажите, что вольтметр измеряет энергию, передаваемую лампе каждым кулоном, когда она проходит через часть цепи, к которой подключен вольтметр.
  • Вольтметр подключается к лампе, чтобы он мог измерять количество джоулей на кулон, передаваемое лампе. Амперметр измеряет, сколько кулонов в секунду проходит через лампу.
  • Следовательно, энергия, передаваемая лампе, равна разности потенциалов (измеряется в вольтах) x заряду (измеряется в кулонах).
  • Переданная энергия = V x Q джоулей
  • = V x I x t джоулей
  • Передаваемая энергия в секунду = мощность = В x I Вт
  • где В вольт — это разность потенциалов на лампе, Q кулонов — это заряд, протекающий через лампу, I ампер — ток через лампу, а t секунд — время, в течение которого течет заряд.
  • Обсуждая этот эксперимент со студентами, продолжайте подкреплять эти новые идеи при каждой возможности:
  • 5 вольт означает 5 джоулей на кулон: вольт — это просто сокращение для джоулей на кулон, которое само по себе является сокращенной формой джоулей энергии, передаваемой от источника энергии к компоненту в цепи на каждый кулон, проходящий через него.Таким образом, 5 вольт (джоулей на кулон), переносимые током в 2 ампера (кулоны в секунду), передают 10 джоулей энергии в секунду или 10 ватт мощности.

Этот эксперимент прошел испытания на безопасность в январе 2007 г.

Что такое вольтметр? — Определение и использование — Видео и стенограмма урока

Обычное использование

Приведенные выше примеры являются типичными примерами того, как может быть полезно измерение напряжения на обычных, повседневных устройствах.В современном мире напряжение используется во многих приложениях в самых разных величинах. Линии электропередачи несут электричество с различным уровнем высокого напряжения, до сотен тысяч вольт, что намного больше, чем 120 вольт в вашей розетке. Электроника в устройстве, которое вы используете для чтения этого урока, требует точного контроля напряжения, но работает только от нескольких вольт и может быть чувствительной к долям вольта. Как вы понимаете, для этих самых разнообразных приложений существуют разные типы вольтметров.

Вольтметры, предназначенные для измерения опасно высоких напряжений, например, на линиях передачи, имеют большие щупы с дополнительной электрической изоляцией между контрольными точками и пользователем, чтобы предотвратить поражение пользователя электрическим током. Другие вольтметры предназначены для измерения очень низких уровней напряжения на очень маленьких объектах с высокой точностью, например, на компьютерных микросхемах. Вольтметры для этих применений могут быть очень маленькими и специально разработаны для минимизации или устранения нежелательных шумов от разности потенциалов, которые существуют в воздухе естественным образом или из-за близлежащей электроники.

Несмотря на то, что сегодня на рынке существует множество различных типов вольтметров, наиболее часто используемый вольтметр — это портативное устройство с дисплеем и двумя электрическими выводами. Провода подключаются к двум точкам цепи, и уровень напряжения отображается на дисплее. Когда это соединение установлено, в счетчик протекает незначительное количество тока. Величина протекающего тока остается пренебрежимо малой за счет очень большого значения сопротивления в измерителе.Небольшой ток, протекающий в счетчик, проходит через проволочную петлю, расположенную рядом с магнитом. Когда ток течет в проволочной петле в магнитном поле, петля испытывает силу, которая заставляет ее вращаться. Эта сила напрямую связана с величиной тока в проводе, а сама величина тока связана с напряжением между выводами на измерителе. Петля сконструирована так, что она может свободно вращаться, и, прикрепив иглу к петле, можно визуализировать эту силу и, следовательно, напряжение.

В настоящее время редко можно найти специальный вольтметр, потому что они обычно являются частью мультиметра . Как следует из названия, мультиметры измеряют несколько значений: обычно напряжение, ток и сопротивление. У них также обычно есть выбираемая или автоматическая регулировка чувствительности. Кроме того, современные мультиметры не используют традиционные петли из проводов и магнитных полей, а используют более совершенные электронные технологии, которые легче и дешевле в производстве. А современные мультиметры обычно отображают измерения в цифровом виде, а не с помощью стрелочного манометра.

Наконец, вольтметры используются в устройствах, которые явно не измеряют напряжение, а фактически используют напряжение для определения других физических свойств. Обратите внимание на игольчатые манометры, которые используются на звуковом оборудовании для контроля уровня звука. Фактически это вольтметр, подключенный к датчику в микрофоне. Звуковое давление, падающее на микрофон, перемещает катушку провода, окруженную магнитом. Когда проволока движется в магнитном поле, на проволоке возникает напряжение, которое отклоняет иглу.Практически любой стрелочный датчик, с которым вы сталкиваетесь, работает по тому же принципу, включая датчики на приборной панели вашего автомобиля, которые контролируют такие вещи, как температура двигателя, количество топлива или скорость.

Краткое содержание урока

Вольтметры используются для измерения напряжения в электрической цепи. Измерение напряжения с помощью вольтметров — основная потребность многих инженеров, ученых и техников, и без них наша современная технология не могла бы существовать. Существует множество вольтметров для различных применений, но простые вольтметры, доступные в местных магазинах, могут пригодиться любому, кому необходимо устранять электрические проблемы на обычных современных устройствах, в автомобилях и домах.

Факты о вольтметре

для детей

Вольтметр, подключенный к печатной плате

Вольтметр — прибор для измерения напряжения. Например, вольтметр можно использовать, чтобы узнать, осталось ли в батарее больше электричества. Создание вольтметров стало возможным, когда Ганс Эрстед изобрел самый простой вольтметр в 1819 году.

Подключение вольтметра

Вольтметр можно подключить, соединив два провода туда, где есть напряжение.Один провод — положительный, а другой — отрицательный. С некоторыми вольтметрами один должен убедиться, что провода подключены к правильным точкам: положительное соединение на вольтметре с более положительной «частью» источника напряжения, а отрицательное — с более отрицательной «частью». Таким образом, вольтметр параллелен электрической цепи.

Также следует быть осторожным при обращении с соединением: при высоком напряжении (много вольт) можно получить травму или даже убить, если непосредственно прикоснуться к металлическим соединениям под напряжением.

Как вольтметры показывают напряжение

Когда подключения сделаны, вольтметр покажет напряжение. Поскольку нет прямого доступа к напряжению, вольтметры разработаны как особый вид амперметра, который может рассчитывать напряжение, оценивая электрический ток и применяя закон Ома.

Есть два вида вольтметров. У одного из них есть стрелка или «указатель», указывающая на число, указывающее количество вольт. Это тот вид вольтметра, в котором нужно быть осторожным при правильном подключении положительного и отрицательного полюсов — в случае неправильного подключения вольтметр может быть поврежден.

Второй вид вольтметров показывает числа в «цифровом» виде, как и цифровые часы и калькуляторы. Такой вольтметр не повреждается из-за «неправильного» подключения; вместо этого они показывают отрицательное число.

Кроме того, существует два типа вольтметров в зависимости от типа тока: одни вольтметры предназначены для использования с постоянным током (DC), а другие — с переменным током (AC). Современные вольтметры могут работать на обоих токах.

Использование подходящего вольтметра

Все вольтметры имеют верхний предел или «максимальное количество» вольт, с которым они могут «работать».Если вольтметр используется для более высоких напряжений, чем он был предназначен для «обработки», он может повредить или разрушить его.

Вольтметры с настройками и мультиметры

Поскольку важно использовать правильный вольтметр, их чаще всего делают так, чтобы их можно было настроить для измерения всех видов напряжений. Такие вольтметры обычно имеют «ручку» или переключатель, который можно настроить по-разному. Если вольтметр настроен на одно направление, вольтметр работает с напряжениями, например, до 10 вольт. Если переключатель установлен по-другому, вольтметр может выдержать 100 вольт и так далее.Внутри вольтметра переключатель обычно работает путем замены резисторов в делителе напряжения.

Таким образом, один вольтметр может использоваться для множества различных напряжений, больших и малых. Некоторые современные вольтметры могут делать эту настройку сами по себе, нужно просто выполнить подключение и не беспокоиться о том, сможет ли вольтметр справиться с напряжением. Он автоматически найдет настройку, которая сможет с этим справиться.

Сегодня вольтметр обычно является частью мультиметра, прибора, который может работать одновременно как вольтметр, амперметр и, как правило, еще несколько измерительных приборов.У них также есть переключатели, используемые, чтобы «сказать» мультиметру, что он «является вольтметром».

Мультиметры

часто имеют более двух подключений, и часть «указания» мультиметру, что измерять (то есть, вольтметр или амперметр), осуществляется путем выбора правильных двух подключений. Это объясняется в руководстве к мультиметру и часто отображается рядом с точками подключения.

Использование усилителей для чувствительного измерения напряжения

Вольтметры первого типа показывают напряжение с помощью стрелки или «указателя», указывающего на количество вольт.Эти вольтметры берут энергию от объекта измерения для перемещения стрелки. Некоторым источникам очень слабого напряжения может не хватить энергии, чтобы переместить стрелку на нужное напряжение. В таком случае такой вольтметр показывает слишком мало вольт. Вольтметр недостаточно чувствителен.

Одно из решений вышеупомянутой проблемы — заставить иглу использовать как можно меньше энергии для движения. Однако есть предел чувствительности такого вольтметра. Когда были изобретены электронные лампы и транзисторы, стало возможным создавать электронные усилители.Используя усилитель, вольтметр может измерять очень малых напряжений от очень слабых источников. Современные вольтметры и мультиметры обычно имеют такой усилитель.

Картинки для детей

20.4: Вольтметры и амперметры — Physics LibreTexts

цели обучения

  • Сравнить схемы подключения амперметра и вольтметра

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

Вольтметры и амперметры : Краткое введение в вольтметры и амперметры для начинающих студентов-физиков.

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 : Демонстрационный вольтметр 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, подключенный параллельно : (a) Для измерения разности потенциалов в этой последовательной цепи вольтметр (В) подключается 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. (b) 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, потому что 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 (A) подключается 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 измерители)

У аналоговых счетчиков

иглы, которые вращаются, чтобы указывать на числа на шкале, в отличие от цифровых счетчиков, у которых есть числовые показания. Сердцем большинства аналоговых счетчиков является устройство, называемое гальванометром, обозначаемое 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, когда через него протекает 50 мкА, находится на половине шкалы, когда через него проходит 25 мкА, и так далее.

Если такой гальванометр имеет сопротивление 25 Ом, то только напряжение \ (\ mathrm {V = IR = (50 \ mu A) (25 \ Omega) = 1.25 \; mV} \) дает показание 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:

\ [\ mathrm {R} _ {\ mathrm {tot}} = \ mathrm {R} + \ mathrm {r} = \ dfrac {\ mathrm {V}} {\ mathrm {I}} = \ frac {10 \ mathrm {V}} {50 \ mu \ mathrm {A}} = 200 \ mathrm {k} \ Omega \]

или:

\ [\ mathrm {R} = \ mathrm {R} _ {\ mathrm {tot}} — \ mathrm {r} = 200 \ mathrm {k} \ Omega — 25 \ Omega \ приблизительно 200 \ mathrm {k} \ Омега \]

(R настолько велико, что сопротивлением гальванометра r можно пренебречь.Обратите внимание, что 5 В, приложенное к этому вольтметру, вызывает отклонение на половину шкалы, пропуская через измеритель ток 25 мкА, и 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 установлен параллельно небольшому сопротивлению R , часто называемому 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 на единицу.0 А и тот же гальванометр на 25 Ом с чувствительностью 50 мкА. Поскольку R и R подключены параллельно, напряжение на них одинаковое.

Эти ИК-капли: IR = I G r

так, чтобы: \ (\ mathrm {IR} = \ frac {\ mathrm {I} _ {\ mathrm {G}}} {\ mathrm {I}} = \ frac {\ mathrm {R}} {\ mathrm { р } }\).

Решив для R и отметив, что IG составляет 50 мкА, а I — 0,999950 А, мы имеем:

\ [\ mathrm {R} = \ mathrm {r} \ frac {\ mathrm {I} _ {\ mathrm {G}}} {\ mathrm {I}} = (25 \ Omega) \ frac {50 \ mu \ mathrm {A}} {0.{- 3} \ Omega \]

Нулевые измерения

Нулевые измерения уравновешивают напряжения, поэтому через измерительные устройства не протекает ток, который мог бы помешать измерению.

цели обучения

  • Объясните, почему используются нулевые измерения

Нулевые измерения

Стандартные измерения цепей изменения напряжения и тока, вносящие числовые погрешности. Вольтметры потребляют дополнительный ток, а амперметры уменьшают ток.Нулевые измерения уравновешивают напряжения, поэтому ток через измерительный прибор не протекает, а цепь остается неизменной. Нулевые измерения обычно более точны, но более сложны, чем стандартные вольтметры и амперметры. Их точность все еще ограничена.

Потенциометр

При измерении ЭДС батареи и подключении батареи непосредственно к стандартному вольтметру, как показано на, фактическая измеряемая величина — это напряжение на клеммах В. Напряжение связано с ЭДС батареи соотношением В = ЭДС Ir , где I — протекающий ток, а r — внутреннее сопротивление батареи.

Вольтметр, подключенный к батарее : Аналоговый вольтметр, подключенный к батарее, потребляет небольшой, но ненулевой ток и измеряет напряжение на клеммах, которое отличается от ЭДС батареи. (Обратите внимание, что заглавная буква E символизирует электродвижущую силу или ЭДС.) Поскольку внутреннее сопротивление батареи точно не известно, невозможно точно рассчитать ЭДС.

ЭДС можно было бы точно рассчитать, если бы были известны r , что бывает редко.Если бы ток I можно было сделать нулевым, тогда В = ЭДС , и ЭДС можно было бы непосредственно измерить. Однако стандартным вольтметрам для работы необходим ток.

Потенциометр — это прибор для измерения нуля для измерения потенциалов (напряжений). Источник напряжения подключен к резистору R, , пропускающему через него постоянный ток. Вдоль провода наблюдается постоянное падение потенциала (падение ИК-излучения), поэтому переменный потенциал получается через контакт вдоль провода.

Неизвестная ЭДС x (обозначенная надписью E x ), подключенная последовательно с гальванометром, показана на. Обратите внимание, что ЭДС x противостоит другому источнику напряжения. Расположение точки контакта регулируется до тех пор, пока гальванометр не покажет ноль. Когда гальванометр показывает ноль, ЭДС x = IR x , где R x — сопротивление участка провода до точки контакта.Поскольку через гальванометр не протекает ток, он не проходит через неизвестную ЭДС, и определяется ЭДС x .

Потенциометр : Потенциометр является устройством измерения нуля. (a.) Источник напряжения, подключенный к резистору с длинным проводом, пропускает через него постоянный ток I. (b) Неизвестная ЭДС (обозначенная буквой Ex) подключается, как показано, и точка контакта по R регулируется до тех пор, пока гальванометр не покажет ноль. Отрезок провода имеет сопротивление Rx и сценарий Ex = IRx, где I не зависит от соединения, поскольку через гальванометр не течет ток.Таким образом, неизвестная ЭДС пропорциональна сопротивлению сегмента провода.

Стандартная ЭДС заменяется на ЭДС x , и точка контакта регулируется до тех пор, пока гальванометр не покажет ноль, так что ЭДС s = IR s . В обоих случаях через гальванометр не проходит ток. Ток I через длинный провод идентичен. Принимая соотношение ЭДС x / ЭДС s , I отменяет, а решение для ЭДС x дает то, что видно в.

Поскольку для R используется длинный однородный провод, соотношение сопротивлений R x / R s такое же, как отношение длин провода, который обнуляет гальванометр для каждой ЭДС. Три величины в правой части уравнения теперь известны или измерены, и можно вычислить ЭДС x . В этом расчете часто меньше неопределенности, чем при прямом использовании вольтметра, но он не равен нулю. Всегда есть некоторая неопределенность в соотношении сопротивлений R x / R s и стандартных ЭДС.Кроме того, невозможно определить, когда гальванометр показывает ровно ноль, что вносит ошибку как в R x , так и в R s , а также может повлиять на ток I .

Измерения сопротивления

Многие так называемые омметры измеряют сопротивление. Наиболее распространенные омметры прикладывают напряжение к сопротивлению, измеряют ток и вычисляют сопротивление по закону Ома. Их показания и есть это рассчитанное сопротивление. Простые конфигурации с использованием стандартных вольтметров и амперметров имеют ограниченную точность, поскольку измерители изменяют как напряжение, подаваемое на резистор, так и ток, протекающий через него.Мост Уитстона — это устройство измерения нуля для расчета сопротивления путем уравновешивания падения потенциала в цепи. Устройство называется мостом, потому что гальванометр образует мост между двумя ветвями. Для выполнения нулевых измерений в схемах используются различные мостовые устройства. Резисторы R 1 и R 2 точно известны, а стрелка через R 3 указывает, что это переменное сопротивление. Можно точно прочитать значение R 3 .При неизвестном сопротивлении Rx в цепи R 3 регулируется до тех пор, пока гальванометр не покажет ноль.

Мост Уитстона : Мост Уитстона используется для расчета неизвестных сопротивлений. Переменное сопротивление R3 регулируется до тех пор, пока гальванометр не покажет ноль при замкнутом переключателе. Это упрощает схему, позволяя рассчитывать Rx на основе падения ИК-излучения.

Тогда разность потенциалов между точками b и d равна нулю, что означает, что b и d имеют одинаковый потенциал.При отсутствии тока, протекающего через гальванометр, он не влияет на остальную цепь. Таким образом, ветви abc и adc параллельны, и каждая ветвь имеет полное напряжение источника. Поскольку b и d имеют одинаковый потенциал, падение IR вдоль и должно равняться падению IR вдоль ab . Опять же, поскольку b и d имеют одинаковый потенциал, падение ИК-излучения вдоль dc должно равняться падению ИК-излучения вдоль bc .Это уравнение используется для вычисления неизвестного сопротивления, когда ток через гальванометр равен нулю. Этот метод может быть очень точным, но он ограничен двумя факторами. Во-первых, ток через гальванометр не может быть точно равен нулю. Во-вторых, всегда есть неопределенности в R 1 , R 2 и R 3 , которые вносят вклад в неопределенность в R x .

Ключевые моменты

  • Вольтметр — это прибор, используемый для измерения разности электрических потенциалов между двумя точками в электрической цепи.
  • Амперметр — это измерительное устройство, используемое для измерения электрического тока в цепи.
  • Вольтметр подключен параллельно к устройству для измерения его напряжения, а амперметр подключен последовательно к устройству для измерения его тока.
  • В основе большинства аналоговых измерителей лежит гальванометр, прибор, который измеряет ток, используя движение или отклонение иглы. Отклонение иглы вызывается магнитной силой, действующей на провод с током.
  • Измерения напряжения и тока стандартными вольтметрами и амперметрами изменяют измеряемую цепь, внося погрешности. Вольтметры потребляют дополнительный ток, а амперметры уменьшают ток.
  • Нулевые измерения используются для уменьшения погрешности измеренных напряжения и тока.
  • Потенциометр и мост Уитстона — это два метода измерения нуля.
  • Потенциометр — это прибор, который измеряет неизвестное напряжение путем противодействия известному напряжению, не потребляя ток от измеряемого источника напряжения.
  • Мост Уитстона — это электрическая цепь, используемая для измерения неизвестного электрического сопротивления путем уравновешивания двух ветвей мостовой схемы, одна из которых включает неизвестный компонент.

Ключевые термины

  • шунтирующее сопротивление : небольшое сопротивление R, помещенное параллельно гальванометру G для получения амперметра; чем больше измеряемый ток, тем меньше R должно быть; большая часть тока, протекающего через счетчик, шунтируется через R для защиты гальванометра
  • гальванометр : аналоговое измерительное устройство, обозначенное G, которое измеряет ток, используя отклонение стрелки, вызванное силой магнитного поля, действующей на провод с током.
  • нулевые измерения : методы более точного измерения тока и напряжения путем балансировки цепи таким образом, чтобы ток не протекал через измерительное устройство
  • Потенциометр : прибор, который измеряет напряжение путем противодействия ему точной долей известного напряжения и без получения тока из неизвестного источника.
  • Мост Уитстона : прибор, используемый для измерения неизвестного электрического сопротивления путем уравновешивания двух ножек мостовой схемы, одна ножка которой включает неизвестный компонент.

ЛИЦЕНЗИИ И АТРИБУЦИИ

CC ЛИЦЕНЗИОННЫЙ КОНТЕНТ, ПРЕДЫДУЩИЙ РАЗДЕЛ

CC ЛИЦЕНЗИОННОЕ СОДЕРЖАНИЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЙ АТРИБУЦИЯ

  • Колледж OpenStax, Физический колледж. 18 сентября 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42360/latest/?collection=col11406/1.7 . Лицензия : CC BY: Attribution
  • Вольтметры. Источник : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Voltmeters . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
  • Амперметры. Источник : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Ammeters . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
  • Безграничный. Предоставлено : Безграничное обучение. Расположен по адресу : www.boundless.com//physics/definition/galvanometer . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
  • Безграничный. Предоставлено : Безграничное обучение. Расположен по адресу : www.boundless.com//physics/definition/shunt-resistance . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
  • Колледж OpenStax, Физический колледж.25 октября 2012 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42360/latest/?collection=col11406/latest . Лицензия : CC BY: Attribution
  • Вольтметры и амперметры. Расположен по адресу : http://www.youtube.com/watch?v=z6-c4jLXkMo . Лицензия : Общественное достояние: неизвестно Авторские права . Условия лицензии : Стандартная лицензия YouTube
  • Колледж OpenStax, Физический колледж. 25 октября 2012 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42360/latest/?collection=col11406/latest . Лицензия : CC BY: Attribution
  • Вольтметры. Источник : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Voltmeters . Лицензия : CC BY: Attribution
  • Потенциометр (измеритель). Источник : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Potentiometer_(measuring_instrument) . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
  • Колледж OpenStax, Физический колледж. 18 сентября 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42362/latest/?collection=col11406/latest . Лицензия : CC BY: Attribution
  • Мост Уитстона. Источник : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Wheatstone_bridge . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
  • Потенциометр
  • . Источник : Викисловарь. Расположен по адресу : en.wiktionary.org/wiki/potentiometer . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
  • Безграничный. Предоставлено : Безграничное обучение. Расположен по адресу : www.boundless.com//physics/definition/null-measurements . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
  • Мост Уитстона. Источник : Викисловарь. Расположен по адресу : en.wiktionary.org/wiki/Wheatstone_bridge . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
  • Колледж OpenStax, Физический колледж. 25 октября 2012 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42360/latest/?collection=col11406/latest . Лицензия : CC BY: Attribution
  • Вольтметры и амперметры. Расположен по адресу : http://www.youtube.com/watch?v=z6-c4jLXkMo . Лицензия : Общественное достояние: неизвестно Авторские права . Условия лицензии : Стандартная лицензия YouTube
  • Колледж OpenStax, Физический колледж. 25 октября 2012 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42360/latest/?collection=col11406/latest . Лицензия : CC BY: Attribution
  • Вольтметры. Источник : Википедия. Расположен по адресу : http://en.Wikipedia.org/wiki/Voltmeters . Лицензия : CC BY: Attribution
  • Колледж OpenStax, Физический колледж. 26 октября 2012 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42362/latest/?collection=col11406/latest . Лицензия : CC BY: Attribution
  • Колледж OpenStax, Физический колледж.26 октября 2012 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42362/latest/?collection=col11406/latest . Лицензия : CC BY: Attribution
  • Колледж OpenStax, Физический колледж. 26 октября 2012 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m42362/latest/?collection=col11406/latest . Лицензия : CC BY: Attribution
.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.