Site Loader

Содержание

Как вольтметр включается в цепь для измерения тока



Как подключить вольтметр

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

Источник

Измерение тока и напряжения. Вольтметр и амперметр.

Приветствую всех читателей на нашем сайте и сегодня в рамках курса “Основы электроники” мы будем изучать основные способы измерения силы тока, напряжения и других параметров электрических цепей. Естественно, без внимания не останутся и основные измерительные приборы, такие как вольтметр и амперметр.

Измерение тока. Амперметр.

И начнем мы с измерения тока. Прибор, используемый для этих целей, называется амперметр и в цепь он включается последовательно. Рассмотрим небольшой примерчик:

Как видите, здесь источник питания подключен напрямую к резистору. Кроме того, в цепи присутствует амперметр, включенный последовательно с резистором. По закону Ома сила тока в данной цепи должна быть равна:

Получили величину, равную 0.12 А, что в точности совпадает с практическим результатом, который демонстрирует амперметр в цепи 🙂

Важным параметром этого прибора является его внутреннее сопротивление r_А . Почему это так важно? Смотрите сами – при отсутствии амперметра ток определяется по закону Ома, как мы и рассчитывали чуть выше. Но при наличии амперметра в цепи ток изменится, поскольку изменится сопротивление, и мы получим следующее значение:

Если бы амперметр был абсолютно идеальным, и его сопротивление равнялось нулю, то он бы не оказал никакого влияния на работу электрической цепи, параметры которой необходимо измерить, но на практике все не совсем так, и сопротивление прибора не равно 0. Конечно, сопротивление амперметра достаточно мало (поскольку производители стремятся максимально его уменьшить), поэтому во многих примерах и задачах им пренебрегают, но не стоит забывать, что оно все-таки и есть и оно ненулевое.

При разговоре об измерении силы тока невозможно не упомянуть о способе, который позволяет расширить пределы, в которых может работать амперметр. Этот метод заключается в том, что параллельно амперметру включается шунт (резистор), имеющий определенное сопротивление:

В этой формуле n – это коэффициент шунтирования – число, которое показывает во сколько раз будут увеличены пределы, в рамках которых амперметр может производить свои измерения. Возможно это все может показаться не совсем понятным и логичным, поэтому сейчас мы рассмотрим практический пример, который позволит во всем разобраться.

Пусть максимальное значение, которое может измерить амперметр составляет 1 А. А схема, силу тока в которой нам нужно определить имеет следующий вид:

Отличие от предыдущей схемы заключается в том, что напряжение источника питания на этой схеме в 100 раз больше, соответственно, и ток в цепи станет больше и будет равен 12 А. Из-за ограничения на максимальное значение измеряемого тока напрямую использовать наш амперметр мы не сможем. Так вот для таких задач и нужно использовать дополнительный шунт:

В данной задаче нам необходимо измерить ток I . Мы предполагаем, что его значение превысит максимально допустимую величину для используемого амперметра, поэтому добавляем в схему еще один элемент, который будет выполнять роль шунта. Пусть мы хотим увеличить пределы измерения амперметра в 25 раз, это значит, что прибор будет показывать значение, которое в 25 раз меньше, чем величина измеряемого тока. Нам останется только умножить показания прибора на известное нам число и мы получим нужное нам значение. Для реализации нашей задумки мы должны поставить шунт параллельно амперметру, причем сопротивление его должно быть равно значению, которое мы определяем по формуле:

В данном случае n = 25, но мы проведем все расчеты в общем виде, чтобы показать, что величины могут быть абсолютно любыми, принцип шунтирования будет работать одинаково.

Итак, поскольку напряжения на шунте и на амперметре равны, мы можем записать первое уравнение:

Выразим ток шунта через ток амперметра:

Измеряемый ток равен:

Подставим в это уравнение предыдущее выражение для тока шунта:

Но сопротивление шунта нам также известно ( R = \frac). В итоге мы получаем:

Вот мы и получили то, что и хотели. Значение, которое покажет амперметр в данной цепи будет в n раз меньше, чем сила тока, величину которой нам и нужно измерить 🙂

С измерениями тока в цепи все понятно, давайте перейдем к следующему вопросу, а именно определению напряжения.

Измерение напряжения. Вольтметр.

Прибор, предназначенный для измерения напряжения называется вольтметр. И, в отличие от амперметра, в цепь он включается параллельно участку цепи, напряжение на котором необходимо определить. И, опять же, в противоположность идеальному амперметру, имеющему нулевое сопротивление, сопротивление идеального вольтметра должно быть равно бесконечности. Давай разберемся с чем это связано:

Если бы в цепи не было вольтметра, ток через резисторы был бы один и тот же и определялся по Закону Ома следующим образом:

Итак, величина тока составила бы 1 А, а соответственно напряжение на резисторе 2 было бы равно 20 В. С этим все понятно, а теперь мы хотим измерить это напряжение вольтметром и включаем его параллельно с R_2 . Если бы сопротивление вольтметра было бы бесконечно большим, то через него просто не потек бы ток ( I_B = 0 ), и прибор не оказал бы никакого воздействия на исходную цепь. Но поскольку r_В имеет конечную величину и не равно бесконечности, то через вольтметр потечет ток. В связи с этим напряжение на резисторе R_2 уже не будет таким, каким бы оно было при отсутствии измерительного прибора. Вот поэтому идеальным был бы такой вольтметр, через который не проходил бы ток.

Как и в случае с амперметром, есть специальный метод, который позволяет увеличить пределы измерения напряжения для вольтметра. Для осуществления этого необходимо включить последовательно с прибором добавочное сопротивление, величина которого определяется по формуле:

Это приведет к тому, что показания вольтметра будут в n раз меньше, чем значение измеряемого напряжения. По традиции давайте рассмотрим небольшой практический пример:

Здесь мы добавили в цепь добавочное сопротивление R_3 . Перед нами стоит задача измерить напряжение на резисторе R_2:\medspace U_2 = R_2\medspace I_2 . Давайте определим, какой результат при таком включении выдаст нам вольтметр:

Подставим в эту формулу выражение для расчета сопротивления добавочного резистора:

Таким образом: U_В = \frac. То есть показания вольтметра будут в n раз меньше, чем величина напряжения, которое мы измеряли. Так что, используя данный метод, возможно увеличить пределы измерения вольтметра!

В завершении статьи пару слов об измерении сопротивления и мощности.

Для решения обеих задач возможно совместное использование амперметра и вольтметра. В предыдущих статьях (про мощность и сопротивление) мы подробно останавливались на понятиях сопротивления и мощности и их связи с напряжением и сопротивлением, таким образом, зная ток и напряжение электрической цепи можно произвести расчет нужного нам параметра. Ну а кроме того есть специальные приборы, которые позволяют произвести измерения сопротивления участка цепи – омметр – и мощности – ваттметр.

В общем-то, на этом, пожалуй, на сегодня закончим, следите за обновлениями и заходите к нам на сайт! До скорых встреч!

Источник

Подключение амперметра и вольтметра в сети постоянного и переменного тока

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

Шунт — цепь, включаемая параллельно данной цепи или прибору. Шунты применяются для расширения пределов измерений амперметров, т. к. в шунте ответвляется часть тока, текущего в цепи, тем большая, чем меньше сопротивление шунта.

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.

Источник

Вольтметр: принцип действия, как подключить и пользоваться

Необходимость применения вольтметра возникает у большинства домовладельцев, автолюбителей, не говоря уже о радиолюбителях. Определить наличие напряжения в домашней сети при отсутствии света в доме, измерить вольтаж аккумуляторной батареи в случае её разряда, настроить собранную радиолюбителем конструкцию — во всех этих ситуациях без его использования не обойтись.

Типы и виды вольтметров

Все вольтметры можно разделить по: принципу действия, назначению, способу применения и конструкции.

По принципу действия устройства делятся на группы:

  • Вольтметры электромеханические.
  • Электронные вольтметры.

Рассмотрим конкретно каждую группу.

Электромеханические и электронные вольтметры

Эти измерительные приборы являются устройствами прямого преобразования. Измеряемая величина в них преобразуется напрямую в показания на шкале устройства отсчёта. Она предназначена для визуальной оценки измеряемого напряжения.

Шкала выглядит как последовательность отметок с числами и составляет неподвижную часть прибора. Расстояние между двумя соседними отметками — цена деления шкалы. Шкалы могут быть линейными и нелинейными, односторонними (отметка «0» расположена у начала) и двусторонними (отметка «0» расположена в середине). На шкале обычно наносится число, обозначающее класс точности прибора.

Подвижная часть устройства состоит из рамки, находящейся между полюсов постоянного магнита. По обмотке рамки протекает ток. С подвижной рамкой связана стрелка, по величине угла отклонения которой можно по шкале оценить значение измеряемого параметра. Этот угол напрямую зависит от тока, протекающего через обмотку рамки, а значит и от величины напряжения, которое измеряется.

Такие приборы используют для измерения магнитоэлектрический метод. Он наиболее часто используется в электромеханических приборах для измерения различных физических величин.

Следует отметить, что такие приборы отдельно используются довольно редко. Как правило, они являются составной частью более сложных по схемному исполнению устройств.

Кроме, магнитоэлектрического способа измерения в электромеханических приборах используют и другие: электромагнитный, электродинамический, ферродинамический, термоэлектрический, способ выпрямления.

Применение этих приборов исходя из требований, предъявляемых к измерителям напряжения, более предпочтительно, чем электромеханических. А требования эти таковы — уменьшение методической погрешности измерения.

Для измерения напряжений в различных точках схемы вольтметр подключают параллельно измеряемой цепи. Поэтому его использование не должно искажать реальную картину. Он не должен шунтировать участок схемы, следовательно, его входное сопротивление должно быть большим (в идеале стремиться к бесконечности).

Вольтметры электронные можно разделить на две группы. Одну составляют аналоговые приборы, другую цифровые. Различия между ними заключается в форме предоставления информации о результатах измерения.

Возможные аналоги

Входное напряжение, величину которого необходимо измерить, поступает на масштабирующее устройство. Оно выполнено в виде многопредельного резисторного делителя высокого класса точности. Количество резисторов соответствует количеству диапазонов измерения напряжения.

После резисторного делителя сигнал поступает на усилитель постоянного тока (УПТ). Его назначение — усилить входное напряжение, прошедшее через делитель, до величины, требуемой для нормальной работы устройства индикации. УПТ также необходим для повышения входного сопротивления прибора и согласования его с низкоомной обмоткой рамки указателя магнитоэлектрической системы.

Устройство электромеханического прибора, по которому в аналоговых вольтметрах производится отсчёт измеряемой величины напряжения, был рассмотрен выше.

Высокое входное сопротивление этого прибора определяется в основном схемой УПТ. В ней широко используется применение транзисторов, включённых по схеме эмиттерного повторителя сигнала, или полевых транзисторов.

Точность аналоговых вольтметров определяется классом точности резисторов входного устройства и классом точности головки микроамперметра, по стрелке которого производится отсчёт измеренного напряжения.

Для измерения напряжений малой величины применение в схеме прибора усилителя постоянного тока не всегда приводит к достаточной точности измерений.

В милливольтметрах измерения производятся на переменном токе. Постоянное входное напряжение преобразуется в переменное с помощью собственного модулятора. Усилитель переменного тока обладает лучшими характеристиками в отношении линейности, дрейфа нуля, коэффициента усиления, мало зависящего от температуры. После усиления переменное напряжение детектируется. Стабильное выпрямленное постоянное напряжение поступает на стрелочный электромеханический прибор.

Если вольтметром необходимо измерить переменное напряжение, то его схема изменится. Существуют две разновидности схем.

В одной из них входное напряжение детектируется и затем усиливается усилителем постоянного тока.

В схемах с другим построением усиливается сначала входное переменное напряжение усилителем переменного тока. После этого сигнал выпрямляется детектором.

В зависимости от требований, предъявляемых к результатам измерений, выбирается либо одно построение схемы, либо другое.

Первый вариант используется там, где необходимо произвести измерение в широком диапазоне частот (от 10Гц до 1000МГц).

Применение второго варианта построения имеет место при измерении очень малых переменных напряжений (единицы микровольт).

Цифровые вольтметры

Измерители этого вида в процессе обработки представляют входное напряжение в виде ступенек (дискретных значений). Его значение отображается на индикаторе прибора в цифровом виде.

Входное устройство (ВУ) производит определение масштаба входного сигнала, его фильтрацию от помех. При измерении переменного напряжения производится его выпрямление. Таким образом, схема ВУ содержит делитель напряжения, фильтр сетевых помех, усилитель сигнала.

Фильтр необходим для повышения точности измерений, потому что сигнал помехи может восприниматься в виде полезного сигнала и после её дискретизации на выходном индикаторе отобразятся цифры, не соответствующие измеряемой величине полезного входного сигнала.

В «продвинутых» моделях дополнительно имеются устройства, осуществляющие выбор полярности и пределов измерения автоматически.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) осуществляет представление напряжения на входе прибора в виде интервала времени, длительность которого зависит от его величины. Этот интервал заполняется импульсами, которые вырабатывает собственный генератор вольтметра. Счётчик по командам устройства управления производит их подсчёт и на цифровом индикаторе прибора появляется цифровое значение величины, пропорциональное количеству импульсов.

Поскольку электронные компоненты ВУ имеют значительное входное сопротивление, цифровые вольтметры очень незначительно влияют на сопротивление участка цепи, на которой производится измерение. Точность их показаний намного выше, чем у всех предыдущих вольтметров.

Работать с прибором стало значительно проще. Нет необходимости производить дополнительный пересчёт полученного значения с учётом выбранной шкалы и установленного множителя (как у аналоговых вольтметров). Но требования, предъявляемые к качеству питающего напряжения очень высоки.

Основные характеристики приборов

Чем больше внутреннее сопротивление вольтметра, тем меньше его влияние на измеряемую цепь. Поэтому приборы с более высоким входным сопротивлением обладают большей точностью при проведении измерений.

Для того чтобы оценить возможности прибора, его преимущества по сравнению с другими, сделать окончательный вывод о возможности его приобретения необходимо внимательно ознакомиться с его техническими параметрами, к которым относятся:

  • внутреннее сопротивление вольтметра;
  • диапазон измеряемых вольтметром напряжений;
  • диапазон частот переменного напряжения;
  • погрешность измерения прибора.

Диапазон необходимо учитывать исходя из того, с какими величинами напряжений придётся иметь дело. Большинство вольтметров позволяют проводить измерение напряжений от нескольких десятков милливольт до сотен вольт. Этот диапазон вполне приемлем для многих пользователей. Исключение составляют милливольтметры с расширенным диапазоном и киловольтметры.

Погрешность показывает возможное отклонение измеряемой величины от эталонной. Определяется на этапе заводских испытаний прибора. Выражается в процентах или долях процента.

Все эти параметры представлены в описании на конкретный прибор.

Самодельные устройства

Как сделать вольтметр своими руками, для чего он нужен, как устроен, как подключается вольтметр, как пользоваться вольтметром — вот неполный перечень вопросов, которые возникают у начинающих радиолюбителей и простых пользователей. Принцип действия вольтметра или принцип работы вольтметра был рассмотрен ранее при рассмотрении разных его типов и видов.

При совсем небольших затратах можно самостоятельно его изготовить. Основной его частью является стрелочный измерительный прибор. На шкале присутствует обозначение напряжения — латинская буква «V». Конечно, желательно иметь вольтметр с необходимым диапазоном измерения. В левой части шкалы должна быть отметка «О», а в правой — число, которое показывает предельное значение напряжения, измеряемого этим прибором.

Это значение определяется величиной добавочного резистора, находящегося в корпусе готового прибора и током полного отклонения стрелки микроамперметра.

Часто при работе приходится измерять значения напряжений в широком диапазоне. Для обеспечения допустимой точности приходится использовать одну общую шкалу с набором добавочных сопротивлений. Их количество зависит от величин напряжений, которые необходимо измерять при работе.

Использование добавочных сопротивлений дают возможность измерять напряжения, величины которых больше последнего числа шкалы. Для измерения напряжений меньшего значения с достаточной точностью необходимо найти прибор с числом максимального значения шкалы меньшей величины или переделать существующий путём изменения величины добавочного сопротивления в корпусе прибора.

Входное сопротивление стрелочного вольтметра оценивается показателем относительного (удельного) сопротивления. Единица его измерения — кОм/В. То есть для разных значений измеренного напряжения величина входного сопротивления прибора будет разной. Отсюда вывод — наибольшей точности измерения соответствует правая часть шкалы. Внутреннее сопротивление вольтметра здесь имеет большее значение и его подключение оказывает меньшее негативное воздействие на работу схемы. Необходимо выбирать прибор с большей величиной удельного сопротивления.

Если приходится измерять переменное напряжение, то при небольшом усложнении схемы самодельного прибора можно решить и эту задачу. Входное напряжение необходимо выпрямить, сделать его однополярным.

Ток для нормальной работы микроамперметра прибора должен протекать по обмотке рамки прибора только в одном направлении (клеммы прибора имеют маркировку «+» и «-«). Только в этом случае стрелка прибора отклонится. Выпрямление может быть однополупериодным или двухполупериодным. Это зависит от выбранной схемы выпрямителя. При определении реальной величины напряжения показания стрелочного прибора разделить примерно на 3 (выпрямление однополупериодное) или на 1,5 (выпрямление двухполупериодное).

Несколько советов начинающим

Эти советы помогут новичкам, которым впервые приходится использовать вольтметр в своей работе. Их немного:

  • Подключение вольтметра.
  • Соблюдение полярности.

Полярность подключаемых измерительных щупов вольтметра должна соответствовать полярности напряжения, указанного на схеме.

Вольтметр всегда надо подсоединять параллельно измеряемой цепи. Этим он отличается от амперметра, который включается в разрыв. Для двухполупериодной схемы выпрямления переменного тока полярность измерительных щупов можно не учитывать. Щупы надо держать так, чтобы руки касались только изолированной их части.

Originally posted 2018-03-28 15:34:30.

Источник

Как подключать амперметр и вольтметр в цепь

В амперметрах ток, проходящий по прибору, создает вращающий момент, вызывающий отклонение его подвижной части на угол, зависящий от этого тока. По этому углу отклонения определяют величину тока амперметра.

Для того чтобы по показанию вольтметра определить напряжение на зажимах приемника энергии или генератора, необходимо его зажимы соединить с зажимами вольтметра так, чтобы напряжение на приемнике (генераторе) было равно напряжению на вольтметре (рис. 1).

Сопротивление вольтметра должно быть большим по сравнению с сопротивлением приемника энергии (или генератора) с тем, чтобы его включение не влияло на измеряемое напряжение (на режим работы цепи).

Рис. 2. Схема включения вольтметра

При этом на первом приемнике напряжение U1 =80 В, а на втором U 2=40 В.

Если параллельно первому приемнику включить вольтметр с сопротивлением rv= 2000 ом для измерения напряжения на его зажимах, то напряжение как на первом, так и на втором приемниках будет иметь значение U ‘ 1 = U ‘ 2 =60 В.

Таким образом, включение вольтметра вызвало изменение напряжения на первом приемнике с U1= 80 В до U ‘ 1 = 60 В , т. е. погрешность в измерении напряжения, обусловленная включением вольтметра равна ((60 В – 80 В)/80 В) х 100% = -25%

Таким образом, сопротивление вольтметра должно быть большим и тем большим, чем больше его номинальное напряжение. При номинальном напряжении 100 В сопротивление вольтметра rv = (2000 – 50000) ом. Вследствие большого сопротивления вольтметра мала мощность потерь в нем .

При номинальном напряжении вольтметра 100 В мощность потерь Р v = ( Uv 2 /rv ) Ва.

Из изложенного следует, что амперметр и вольтметр могут иметь измерительные механизмы одинакового устройства, отличающиеся только своими параметрами. Но амперметр и вольтметр различным образом включаются в измеряемую цепь и имеют разные внутренние (измерительные) схемы.

Если у вас есть обычный аналоговый амперметр и вы не знаете как его подключить то это сделать очень просто. Кроме амперметра вам нужен ШУНТ, так-как амперметр измеряет падение напряжения именно на шунте. Схема подключения амперметра с шунтом выглядит вот так (рисунок ниже). Если нет шунта то его можно сделать самому и об этом далее в статье.

Если есть амперметр а шунта к нему нет то его можно сделать самостоятельно. В качестве шунта можно взять отрезок медного провода, толщина этого провода зависит от силы тока которая будет измеряться. К примеру для токов до 10А можно взять провод сечением 1.5 кв, если ток будет до 30А то лучше взять провод 2,5кв.

Нужен отрезок примерно 30 см, его нужно зачистить полностью от изоляции. Далее подсоединяем этот провод вместо шунта, на картинке ниже думаю всё понятно.

Такой шунт ничем не хуже чем заводской, кроме конечно внешнего вида. А откалибровать амперметр достаточно просто. Нужен второй амперметр, который подключается последовательно с нашим шунтом. Можно до нашего самодельного шунта, а можно после. Подключаем к источнику питания потребитель энергии и смотрим сколько показывает второй амперметр. Далее смотрим на наш амперметр и на самодельном шунте передвигаем контакты амперметра, приближаем или удаляем их друг от друга так чтобы показания на обоих амперметрах были одинаковые. Вот и всё, когда показания амперметров будут одинаковые то остаётся только припаять контакты от амперметра к шунту чтобы они не сдвинулись и амперметр не сбился.

После этого амперметр готов к работе, а самодельный шунт можно уложить в какой нибудь корпус или спрятать от глаз если он вам не нравится. Кроме того шунт можно сделать не только из медного провода. Подойдёт металлическая пластинка, даже простой болт где гайками можно зажимать провода от амперметра и регулировать расстояние между проводами для калибровки прибора.

Ниже на фото мой амперметр с самодельным шунтом.

Длину активной зоны шунта я не замерял, по-этому сказать не могу на каком расстоянии припаивать провода от амперметра. Ну и сечение медного провода может быть разное и сам амперметр тоже, по,этому откалибровать всё-таки придётся. Я это делал с помощью мультиметра. Ещё несколько фото амперметра с самодельным шунтом.

Вот так всё выглядит с обратной стороны, видно как выходят провода из амперметра и как соединяются с этим медным шунтом

Я думаю понятно как работает амперметр и как подсоединять шунт. Шунт соединяется последовательно, то-есть в разрыв одного из проводов идущих к потребителю энергии. Можно как по плюсу ставить шунт так и по минусу. Если стрелка амперметра отклоняется не в ту сторону, то нужно просто перевернуть шунт. А так амперметр измеряет падение напряжения на шунте, падение напряжения там в милливольтах.

Заводские шунты по моему почти все с падением напряжения до 75 mV, и шунт нужно подбирать по характеристикам амперметра. Если амперметр на 50А и 75mV то и шунт надо покупать такой-же, иначе амперметр будет показывать неправильно.’ Надеюсь вам помогла эта информация, спасибо за прочтение и оставляйте комментарии.

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.

что такое, что показывает, для чего нужен

Для измерения силы тока применяется измерительный прибор, который называется Амперметр

. Силу тока приходится измерять гораздо реже, чем напряжение или сопротивление, но, тем не менее, если нужно определить потребляемую мощность электроприбором, то без зная величины потребляемого ним тока, мощность не определить.

Ток, как и напряжение, бывает постоянным и переменным и для измерения их величины требуются разные измерительные приборы. Обозначается ток буквой I

, а к числу, чтобы было ясно, что это величина тока, приписывается буква
А
. Например, I=5 A обозначает, что сила тока в измеренной цепи составляет 5 Ампер.

На измерительных приборах для измерения переменного тока перед буквой А ставится знак «~

«, а предназначенных для измерения постоянного тока ставится «

«. Например,
–А
означает, что прибор предназначен для измерения силы постоянного тока.

О том, что такое ток и законы его протекания в популярной форме Вы можете прочитать в статье сайта «Закон силы тока». Перед проведением измерений настоятельно рекомендую ознакомиться с этой небольшой статьей. На фотографии Амперметр, рассчитанный на измерение силы постоянного тока величиной до 3 Ампер.

Физическая величина

Амперметром измеряется физическая величина Ампер.

Ампер определяет силу тока. Силой тока является скорость прохождения заряженных частиц объемом 1 Кулон через 2 параллельных проводника длинной 1 метр. Этот закон был открыт французским физиком Андре-Мари Ампером.

Первое же функциональное устройство для измерения силы тока изобрел Йохан Швейгер в 1820 году. Тогда оно носило название гальванометр.

Амперметр

Амперметр — это прибор, который используется для измерения силы тока. Он представляет собой устройство со шкалой и стрелкой. Внутри устройства располагается металлическая или магнитная рама. Внутри рамы установлена катушка. Принцип работы амперметра следующий:

  1. Через катушку проходит электрический ток.
  2. Ток создает магнитное поле, которое сдвигает стрелку прибора.

Измерение имеет практически нулевую погрешность, по причине того, что сопротивление амперметра совсем незначительное. Оно не может влиять или изменять параметр проходящего напряжения.

Табло каждого механического амперметра имеет шкалу. Шкала показывает предел измерения амперметра. Подобными устройствами можно измерять от высокой величины 10 Ампер, до самой низкой в единицах до 200 микроампер. При работе необходимо учитывать предел измерений. Его можно расширить путем подключения трансформатора или шунтирующего элемента.

При работе также необходимо знать, для измерения какого тока предназначен амперметр. Они бывают: постоянными и переменными. На шкале каждого устройства есть обозначение, для какого вида напряжения предназначено устройство.

Амперметр постоянного тока используется для замера силы тока в приборах, которые работают через понижающий трансформатор и диодный мост. Часто потребители оснащаются амперметрами для контроля величины нагрузки. В принципиальной схеме очень легко найти амперметр — он обозначается буквой «А», заключенной в круг.

Амперметры переменного тока используются для замера нагрузки бытовых или высоковольтных сетей. Они работают при параллельном подключении трансформатора или шунтирующего резистора с большой величиной сопротивления. Таким образом удается снизить нагрузку на сам измерительный прибор. Далее будут рассмотрены основные типы амперметров.

Расширение пределов измерения амперметра

Лекция Измерение электрического тока и напряжения, мощности и энергии, сопротивления

Измерение тока

Для измерения тока используется амперметр, включаемый в цепь последовательно с электроприемником. Показания амперметра позволяют судить с определенной погрешностью о токе IН протекающем через данный электроприемник–нагрузку .

При измерении переменного синусоидального токастрелкиприборов электромагнитной, электродинамической, выпрямительной и тепловой систем будут давать отклонения пропорционально действующему значению тока,и в этих значениях, как правило, градуируют шкалы таких приборов.

При измерении несинусоидального переменного токапоявляется дополнительная погрешность, вызванная влиянием высших гармоник в кривой тока на вращающий момент подвижной части и отклонение стрелки и, следовательно, на показания прибора.

Сопротивление измерительной катушки амперметра очень малои его последовательное включение с нагрузкой практически не вызывает увеличение сопротивления цепи и потери мощности. Так, внутреннее сопротивление амперметров колеблется от RА= 0,2 Ом (электромагнитные и электродинамические системы амперметров) до RА= 0,01 Ом (магнитоэлектрические приборы).

Расширение пределов измерения амперметра

Для расширения пределов измерения амперметров применяют шунты и измерительные трансформаторы тока.

Шунт представляет собой активное сопротивление (резистор) сравнительно малой величины, включаемое параллельно к зажимам амперметра.

В том случае, когда сопротивление шунта меньше сопротивления измерительной катушки амперметра RA, сравнительно большая часть измеряемого тока проходит через шунт, а в амперметр ответвляется только его небольшая часть IA, определяемая соотношением сопротивлений амперметра RA и шунта :

Из этой формулы можно получить выражение для расчета необходимой величины сопротивления шунта:

Шкала амперметра с шунтом градуируется на полный ток , протекающий через нагрузку.

Таким образом, использование в амперметрах шунтов позволяет измерять большие постоянные или синусоидальные токи приборами, измерительные катушки которых рассчитаны на малые токи.

Измерение напряжения

Для измерения напряжения используются вольтметры. Зажимы этих приборов включаются параллельно нагрузке, как показано на рисунке ниже.

Чтобы включение вольтметра не приводило к изменению токов в цепи и режима работы нагрузки, его собственное сопротивление RB должно быть намного больше сопротивления нагрузки RH. Оно колеблется от 3–5 кОм (электромагнитные и электродинамические приборы) до 6–10 кОм (магнитоэлектрические приборы) и свыше 10 кОм (электронные приборы).

При включении вольтметра параллельно участку цепи отклонение его стрелки будет пропорционально напряжению на этом участке цепи. Вольтметры переменного тока указывают действующее значение измеряемого напряжения.

При ошибочном включении вольтметра, то есть последовательно с электроприемником, напряжение которого должно быть измерено, прибор не будет поврежден, так как через него будет протекать ничтожно малый ток из-за очень большого внутреннего сопротивления вольтметра. В то же время, показания вольтметра при таком включении будут неверны, так как напряжение на нагрузке значительно уменьшится (в сотни и тысячи раз), а вольтметр будет показывать напряжение, близкое к напряжению источника питания.

Расширение пределов измерения вольтметра

Для расширения пределов измерения вольтметра используют добавочное активное сопротивление RД, включаемое последовательно с измерительной катушкой вольтметра.

Величина добавочного сопротивления рассчитывается, исходя из требуемой кратности расширения предела измерения nu:

nu = UН/UB

по формуле: RД = RB (n-1),

где – измеряемое напряжение на нагрузке, UB – напряжение на вольтметре, RB – активное сопротивление измерительной катушки вольтметра.

С помощью разных добавочных сопротивлений можно получить многопредельный вольтметр с разной ценой деления шкалы.

Измерение мощности

Мощность РН, выделяемая в нагрузке с сопротивлением , может быть измеренакосвенным методом с помощью амперметра и вольтметра, так как РН = UI.

Более точно мощность можно измерить непосредственно электродинамическим ваттметром.

Вращающий момент подвижной катушки ваттметра пропорционален произведению токов в проводниках обеих катушек: МВР= К I IU,

где I – ток в неподвижной токовой катушке, практически равный току нагрузки; IU=U/RU – ток в подвижной катушке напряжения (причем IU<< I); RU – сопротивление цепи подвижной катушки напряжения (причем RU>>RН).

Следовательно МВР= К×I×U/RU=C×U×I = C×P, где С – коэффициент пропорциональности.

Таким образом, вращающий момент ваттметра пропорционален мощности Р и его шкала отградуирована непосредственно в ваттах или киловаттах.

Дляизмерения мощности в однофазной цеписинусоидального тока в основном используются электродинамические ваттметры, которые включают так же, как и при измерениях в цепи постоянного тока.

Ток IU в подвижной катушке пропорционален напряжению U и практически совпадает с ним по фазе, а ток I в неподвижной токовой обмотке равен току нагрузки. Поэтому вращающий момент ваттметра

МВР=CUIcosj = CP,

где j – угол сдвига фаз между U и I; С – коэффициент пропорциональности.

Зажимы токовой обмотки и обмотки напряжения ваттметра, помеченные звездочками (*) и называемыегенераторными,следует включать в электрическую цепь со стороны источника питания.

Дляизмерения активной мощности в трехфазной цепи переменного тока применяется несколько способов измерения мощности в зависимости от характера трехфазной нагрузки.

Присимметричной нагрузке активную мощность в трехфазной цепи можно измерить путемзамера мощности в одной фазе с помощью ваттметра.

После измерения мощности в одной из фаз РФ, соединенных звездой (U) или треугольником (D) показания ваттметра умножают на три, так как при симметричной нагрузке мощности всех трех фаз одинаковы:

РYсим=3РФ; РDсим=3РФ,

где РYсим и РDсим – активная мощность в трехфазной симметричной нагрузке соединенной звездой и треугольником, соответственно.

В трехпроводной трехфазной цепи при любой нагрузке (симметричной или несимметричной) и любом способе соединения электроприемников (звездой или треугольником) общую активную мощность трехфазной нагрузки можно измерять с помощьюдвух ваттметров.

При этом алгебраическая сумма активных мощностей РW1 и РW2 2-х ваттметров W1 и W2 равна активной мощности РY,D в трехпроводной трехфазной цепи при соответствующем способе соединения фаз (Y или D):

PY,D = PW1+PW2 = UABIAcosjA + UBCICcosjC.

Суммарная мощность двух ваттметров вычисляется с учетом знака мощностей этих ваттметров, как алгебраическая сумма. Практически, для отсчета отрицательной мощности по показаниям ваттметра необходимо изменить направление тока в обмотке напряжения, для чего переключатель направления тока на корпусе ваттметра надо переключить с «+» на «».

Измерить активную мощность в четырехпроводной трехфазной цепи при несимметричной нагрузке соединенной звездой можно тремя ваттметрами.

Поскольку, в этом случае каждый из ваттметров измеряет активную мощность одной фазы, то мощность в четырехпроводной трехфазной цепи:

РY = PA + PB + PC,

где PA, PB, PC – активные мощности фаз А, В, С, соответственно.

Применяются также специальные ваттметры трехфазного тока.

При измерении мощности в трехфазных цепях высокого напряжения и с большими токами ваттметры включаются через измерительные трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.

Разновидности

Описываемый измерительный прибор прошел долгий путь и множество модернизаций. На сегодняшний день существуют аналоговые и цифровые виды этих устройств. Также существуют: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, ферродинамические типы амперметров. Каждый тип имеет свои особенности устройства и работы с ним. Далее будет описан более подробно каждый тип.

Магнитоэлектрический прибор

Особенностью этих приборов является магнитная катушка, которая приходит в движение при воздействии электрического напряжения.

Все подобные устройства используются для измерения силы постоянного тока. Преимуществом является очень высокая чувствительность и точность измерения.

Электромагнитный

Прибор не имеет в своей конструкции вращающейся катушки.

Изменение угла положения стрелки на циферблате происходит за счет магнитного поля, воздействующего на сердечники катушек. Подобные амперметры универсального типа. С их помощью можно замерять силу постоянного и переменного тока. Главным недостатком является наличие погрешности.

Электродинамический

Прибор по конструкции схож с магнитоэлектрическим. Основное отличие заключается в наличие подвижной и неподвижной катушек.

При подключении, магнитные поля двух элементов воздействуют друг на друга, что приводит к изменению положения стрелки. Прибор достаточно точный. Единственный недостаток в том, что на его работу могут влиять посторонние магнитные поля.

Ферродинамический

Этот измерительный прибор считается наиболее точным. Устройство амперметра, включает в себя провод из феррита, металлический сердечник и катушку.

Работает прибор по принципу вращения катушки, за счет образования магнитного поля. Основной особенностью является полная независимость от воздействий посторонних магнитных полей. Обладает высокой чувствительностью.

Электронный

С развитием электроники, амперметры стали выпускать в цифровых вариациях. Наиболее известны 2: простой бытовой мультиметр и тестер с токоизмерительными клещами.

Основным преимуществом подобных приборов является простота и универсальность измерения силы тока. Они не восприимчивы к воздействию внешних магнитных полей, не боятся ударов, мелких повреждений и тряски. Близок к идеальному амперметру.

Для информации! Идеальный амперметр — амперметр с нулевым собственным сопротивлением.

Все описанные приборы используются и по сей день, в приборостроении, лабораториях, промышленности и отдельными энтузиастами.

Типы амперметров их устройство и принцип работы

Каждый тип амперметра использует различные физические явления, связанные с протеканием электрического тока через проводник. Некоторые из них перечислены ниже.

Магнитоэлектрический амперметр

  • На проводник с электрическим током, помещенный в магнитное поле, действует электродинамическая сила, величина которой зависит от абсолютной величины электрического тока, длины проводника и величины магнитной индукции.

Конструкция магнитоэлектрического амперметра, основанного на этом явлении, показана на рис. 2. Вращающаяся катушка, через которую протекает измеряемый электрический ток, отмечена красным цветом. Части катушки, перпендикулярные плоскости рисунка, используются в качестве проводника.

Магнитное поле создается постоянным магнитом, сформированным таким образом, чтобы поле было радиальным. Таким образом, каждый фрагмент взаимодействующего проводника всегда перпендикулярен вектору индукции магнитного поля, независимо от положения катушки с указателем.


Рис. 2. Схема работы магнитоэлектрического амперметра. Красный цвет — это катушка в которой течет ток, зеленый — пружина.

Формула, описывающая силу магнитного взаимодействия, действующую на прямолинейный проводник с током, помещенным в магнитное поле, имеет вид: F = I * L * B (1), где:

  • L — вектор вдоль проводника с величиной, равной его длине, и направлением — таким же как и направление протекания электрического тока;
  • B — вектор индукции магнитного поля.

Согласно этой формуле, на токоведущие проводники перпендикулярно плоскости (см. рисунок 2) действует сила, направление которой перпендикулярно как этим проводникам, так и вектору индукции магнитного поля. Эта сила вызывает вращение катушки. Значение силы, согласно формуле (1), равно F = I * l * B * sin α (2), где:

где α — угол между направлениями вектора L и вектора индукции магнитного поля B. Как было сказано выше, этот угол всегда равен 900, если магнитное поле радиальное.

Пружина, обозначенная зеленым цветом на рисунке 2, противодействует вращению катушки таким образом, что устанавливается равновесное положение в зависимости от силы тока, значение которой можно определить по стрелке, расположенной над шкалой амперметра.

Таким образом, описанный амперметр показывает направление протекания электрического тока. Его можно использовать только для постоянного или однонаправленного тока. Такова, в частности, конструкция гальванометров.

Электродинамический амперметр

  • Две катушки, по которым течет электрический ток, взаимодействуют друг с другом с помощью магнитного взаимодействия.

Электродинамический амперметр состоит из двух катушек — подвижной и неподвижной (см. рисунок 3).


Рис. 3. Устройство электродинамического амперметра. 1 — неподвижная катушка, 2 — подвижная катушка, 3 — пружина

Если через обе катушки протекает электрический ток, значение которого мы хотим измерить, магнитные поля будут взаимодействовать, вызывая отклонение подвижной катушки и прикрепленного к ней указателя (стрелки). Этот эффект не зависит от направления протекания электрического тока. Электродинамический амперметр может использоваться для измерения постоянного и переменного тока, включая быстро меняющийся ток. Это точные устройства, но дорогие. Чаще всего они используются в лабораториях в качестве эталонных измерительных приборов.

Индукционный амперметр

  • В металлическом вращающемся диске вихревые токи индуцируются под воздействием магнитных полей, создаваемых катушками, в которых протекает переменный электрический ток.

Электрические токи I1 и I2 (см. рисунок 4), протекающие в катушках электромагнитов, создают пульсирующие магнитные потоки, которые вызывают вихревые токи в диске, помещенном в воздушный зазор электромагнитов.

Вихревые токи также создают магнитное поле, которое отталкивающе взаимодействует с полем катушки, заставляя диск вращаться.


Рис. 4. Устройство индукционного амперметра

Индуктивный амперметр можно использовать только для измерения переменного тока, т.к. постоянный ток не будет вызывать вихревые токи в диске. Этот тип конструкции в настоящее время используются только в качестве счетчиков электроэнергии.

Проверка

Точность показаний любого измерительного прибора зависит от калибровки. На аналоговых устройствах ставился штамп, который подтверждал проверку в лаборатории. На современных цифровых мультиметрах с режимом замера силы тока, таких штампов нет, и проверку они не проходили. Многие начинающие электрики не знают, как проверить амперметр. Для проверки точности измерения необходимо:

  1. Тестируемый прибор подключить параллельно с эталонным. Желательно, чтобы это был механический амперметр.
  2. В цепь подключить переменный резистор.
  3. К переменному резистору подключить резистор с мощным сопротивлением.
  4. Подключить схему к источнику питания.
  5. При помощи переменного резистора «R2» установить порог напряжения таким образом, чтобы стрелка механического прибора встала точно на середине своей шкалы.
  6. Включить мультиметр на измерение силы тока.
  7. Сопоставить результаты.
  8. Переменным резистором регулировать отклонение стрелки механического прибора в сторону максимума.
  9. При отклонении на каждое следующее значение, сравнить результаты теста.

Таким образом можно проверить точность цифрового мультиметра при измерении силы тока. Для увеличения нагрузки, можно добавить в схему несколько ламп накаливания. Далее будет дано подробное описание, как пользоваться амперметром.

Как пользоваться и подключать амперметр к цепи?

Для измерения силы тока в простейшей электрической цепи мы должны обязательно разорвать цепь в любом месте и в этот разрыв подключить прибор (см. рисунок 5). Такое подключение называют последовательным. То есть, например, для измерения силы тока в проводнике амперметр подключают последовательно с этим проводником — в этом случае через проводник и амперметр идёт одинаковый ток.


Рис. 5. Способ подключения амперметра в электрической цепи

В цепи, состоящей из источника тока и ряда проводников, соединённых так, что конец одного проводника соединяется с началом другого, сила тока во всех участках одинакова. Это следует из того, что заряд, проходящий через любое поперечное сечение проводников цепи за 1 с, одинаков. Когда в электрической цепи существует ток, то заряд нигде в проводниках цепи не накапливается, подобно тому как нигде в отдельных частях трубы не собирается вода, когда она течёт по трубе. Поэтому при измерении силы тока амперметр можно включать в любое место цепи, состоящей из ряда последовательно соединённых проводников, так как сила тока во всех точках цепи одинакова. Если включить один амперметр в электрическую цепь до лампы, другой после неё, то оба они покажут одинаковую силу тока.

Внимание! Нельзя присоединять амперметр к зажимам источника без какого-либо приёмника тока, соединённого последовательно с амперметром. Можно испортить амперметр!

Для каждого амперметра существует верхний предел измерения (предельная сила тока), то есть по шкале амперметра видно, на какую наибольшую силу тока он рассчитан. Включение амперметра в электрическую цепь с большей силой тока недопустимо, так как он может выйти из строя.

При включении прибора необходимо соблюдать полярность, т. е. клемму прибора, о, нужно подключать только к проводу, идущему от клеммы со знаком «+» источника тока. При правильном включении прибора электрический ток через амперметр должен идти от клеммы « + » к клемме « — » .

При включении в цепь амперметр, как всякий измерительный прибор, не должен влиять на измеряемую величину. Поэтому он устроен так, что при включении его в цепь сила тока в ней почти не изменяется. Как мы уже знаем, любые измерительные электроприборы обладают определенным электрическим сопротивлением. При включении последовательно в электрическую цепь амперметра его электрическое сопротивление добавляется к полному электрическому сопротивлению электрической цепи. Это вызывает нежелательное уменьшение силы тока. Чтобы этого не случилось, сопротивление амперметра должно быть мало. Идеальным был бы амперметр без сопротивления (R = 0), но на практике этого достичь невозможно.

Подключение

Далее рассмотрим 2 варианта замера силы тока: для цепи с переменным и постоянным напряжением. Перед тем как подключить измерительное устройство, нужно вспомнить, что любой амперметр имеет очень низкое собственное сопротивление. Измерять силу тока без нагрузки со стороны стороннего элемента нельзя. Это особенно важно при работе с переменным напряжением. Все инструкции будут даны на примере цифрового мультиметра в режиме замера силы тока.

Переменный ток

Для того чтобы замерить силу переменного тока необходимо:

  1. Перевести переключатель мультиметра в режим замера силы переменного тока.
  2. Выбрать наибольшую величину.
  3. Красный измерительный щуп подключить в гнездо «10–20 А», в зависимости от типа прибора.
  4. Черный щуп вставить в гнездо «COM».
  5. К трансформатору подключить провод питания (запрещено включать в розетку).
  6. К клемме «+» от трансформатора подключить один контакт контрольной лампы.
  7. Второй контакт от лампы соединить с красным измерительным щупом тестера.
  8. Черный измерительный щуп соединить со второй клеммой трансформатора.
  9. Подать на трансформатор напряжение.

Амперметр покажет значение потребления контрольной лампой в амперах. Подключать измерительные щупы без лампы строго запрещено.

Переменный ток также можно измерить при помощи токоизмерительных клещей. Для этого необходимо:

  1. Вынуть из гнезд контрольные щупы.
  2. Перевести тестер в режим замера силы тока.
  3. Обхватить клещами жилу провода.

Амперметр выдаст значение потребления.

Постоянный ток

Для замера постоянного тока также используется параллельное подключение тестера. Далее необходимо:

  1. Перевести прибор в режим замера силы постоянного напряжения.
  2. Красный измерительный щуп вставить в гнездо «mA».
  3. Черный оставить в гнезде «COM».
  4. Выбрать наибольший параметр замера в миллиамперах.
  5. Вход «минус» измеряемого прибора подключить к клемме «минус» аккумулятора.
  6. Вход «+» прибора подключить к черному измерительному щупу.
  7. Красный измерительный щуп соединить с клеммой «+» аккумулятора.

Таким образом можно узнать пороговое потребление прибора или устройства, работающего от постоянного напряжения.

Как увеличить диапазон измерения амперметра?

Чтобы измерение тока было как можно более точным, нам необходимо использовать соответствующий диапазон измерений. Попытка считывания значений в несколько мА, когда шкала перекрывает измерения до 100 А закончится тем, что мы даже не заметим отклонения стрелки амперметра.

Разработчики амперметров используют различные технические решения для того, чтобы иметь возможность измерять силу тока в различных диапазонах. В некоторых случаях мы можем сами изменить диапазон измерения прибора. Если мы добавим к нему дополнительный резистор (так называемый шунт), как показано на рис. 6, мы сможем измерять более высокие токи, не подвергая хрупкую структуру амперметра разрушению.


Рис. 6. Расширение диапазона магнитоэлектрического амперметра путем добавления шунтирующего резистора

Предположим, что мы хотим увеличить диапазон измерения амперметра в n раз. Полный ток I, протекающий через устройство (рис. 6), тогда равен n*IA . Тогда уравнения первого и второго правил Кирхгофа будут следующими:

  • n ⋅ IA = IA + IB
  • IB ⋅ RB = IA ⋅ RA

Следовательно, сопротивление шунтирующего резистора можно будет рассчитать так:

RB = RA / (n-1)

По конструктивным соображениям шунтирующий резистор используется только для магнитоэлектрического амперметра.

ОЗНАКОМЛЕНИЕ С ПРАВИЛАМИ ЭКСПЛУАТАЦИИ АМПЕРМЕТРА, ВОЛЬТМЕТРА, ВАТТМЕТРА И ПРОСТЕЙШЕЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ АППАРАТУРОЙ

 

ЦЕЛЬ: Ознакомиться с устройством лабораторного стенда, научиться собирать простейшие схемы и снимать показания приборов.

 

ОБОРУДОВАНИЕ: Лабораторный стенд, ваттметр

 

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ:

 

1) Выполнить монтажную схему (рисунок 3.2) в соответствии с заданной электрической принципиальной (рисунок 3.1)

Рисунок 3.1 Схема исследования электрическая принципиальная

 

Рисунок 3.2 Монтажная схема

 
 

 

2) После проверки монтажной схемы преподавателем соберите электрическую цепь на панели стенда

3) Для заданных преподавателем предельных значений приборов вычислить цену деления приборов:

 

 

Вольтметра

Амперметра

Ваттметра

Где Uн, Iн – номинальные значения напряжения и тока приборов

– номинальное число делений на шкале прибора.

Если при измерении стрелка прибора отклонится на делений, то значение измеряемой величины будет:

для вольтметра

для амперметра

для ваттметра

4) После проверки схемы преподавателем подать питание на стенд, измерить величины напряжения, тока и мощности (Опыт 1). Показания записать в таблицу 3.1

5) Увеличить напряжение с помощью «ЛАТР». Выявить влияние изменения напряжения на показания приборов (Опыт 2)


6) Перемещая движок реостата уменьшить сопротивление, чтобы стрелка амперметра не вышла за пределы шкалы. Выявить влияние изменения сопротивления реостата на показания приборов (Опыт 3)

 

Таблица 3.1 – Показания приборов

№ опыта Показания приборов
Вольтметр Амперметр Ваттметр
α, дел U, В α, дел I, А α, дел P, Вт
Опыт1            
Опыт2            
Опыт3            

 

Выводы:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Контрольные вопросы:

1) Как влияет увеличение напряжения на показания приборов

2) Что такое цена деления

3) Как включаются в цепь амперметр, вольтметр, ваттметр

4) Как влияет уменьшение сопротивления на показания приборов

 

Вопрос №4. Электрические измерения (10 мин.)

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.

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

электродинамической системы

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.

Амперметр включают в цепь. Схемы включения измерительных приборов. Измерение значений постоянного тока

Амперметр — 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 с тем участком электрической цепи, силу тока в котором измеряют; для увеличения предела измерений — снабжённый шунтом (для цепей постоянного и переменного тока), трансформатором тока (только для цепей переменного тока) или магнитным усилителем (для цепей постоянного тока). Комплектное устройство из токоизмерительной головки и трансформатора тока специальной конструкции называется «токоизмерительные клещи».

Как подключают амперметр в электрическую цепь

Слева амперметр подключен таким образом, чтобы через него проходил весь ток, протекающий через цепь; альтернативных путей нет. Это правильный способ подключения амперметра для измерения общего тока цепи, но это не единственный способ. На схеме есть несколько точек в цепи, где амперметр может быть подключен для измерения. На этом изображении каждый амперметр также будет измерять общий ток схемы.

Теперь, когда мы знаем, как измерить общий ток через цепь, давайте посмотрим на измерение тока, проходящего через отдельные элементы. Ток перемещается по последовательному и параллельному элементам по-разному. В параллельном соединении ток разделяется между ветвями в например, для измерения только тока, проходящего через резистор 1, мы должны подключить амперметр последовательно с верхней ветвью параллельного контура. Это показано на левой стороне следующего изображения. Аналогично, размещение амперметра в нижняя ветвь будет измерять только ток, проходящий через резистор.

Принцип действия стрелочной измерительной головки

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 устанавливается при равенстве вращающего момента и момента пружины.

С правой стороны изображения видно, что параллельное подключение амперметра позволит току обходить резисторы, создавая еще одно короткое замыкание! В последовательном соединении то же количество тока проходит через каждый элемент. Чтобы увидеть это, давайте посмотрим на новую схему, как показано здесь. Таким образом, вам нужно всего лишь выполнить одно измерение с помощью амперметр, чтобы получить токи через каждый отдельный элемент в последовательном соединении. Амперметр — воздушный амперметр — это прибор, установленный последовательно с электрической нагрузкой, используемой для измерения количества тока, протекающего через нагрузку.

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.

Единицей измерения является ампер. Амперметр используется для контроля работы электрической системы воздушного судна. Он также указывает, заряжается ли аккумулятор электрическим зарядом. Амперметры спроектированы с нулевой точкой в ​​центре лица и с отрицательной или положительной индикацией с обеих сторон. Когда указатель амперметра находится на плюсе, он показывает скорость зарядки аккумулятора. Минус-индикация означает, что из аккумулятора извлекается больше тока, чем при замене. Полномасштабное положительное отклонение указывает на неисправность регулятора.

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

Включение амперметра в электрическую цепь

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

Не все самолеты имеют амперметр

Произведение этих двух чтений называется кажущейся силой. На приведенной ниже диаграмме показано положение Амперметра в электрической системе воздушного судна.

Конструкция и принцип основных операций
Перемещение железа обычно используется для измерения переменного напряжения и токов. В подвижно-железных приборах подвижная система состоит из одной или нескольких частей мягкого железа особого типа, которые так поворачиваются, что на них воздействует ток, создаваемый током в катушке.

Существует два основных типа подвижно-железных приборов. Тип отталкивания Тип притяжения. . Ниже приводится краткое описание различных компонентов прибора с подвижным железом. Отклоняющий крутящий момент в любом приборе с подвижным железом обусловлен силами небольшого куска магнитомягкого «железа», который намагничивается катушкой, несущей. В отталкивающем типе подвижно-железный инструмент состоит из двух цилиндрических мягких железных лопаток, установленных в неподвижной токопроводящей катушке.

Амперметр. Измерение силы тока.

Измерение тока. Для измерения тока в цепи амперметр 2 (рис. 332, а) или миллиамперметр включают в электрическую цепь последовательно с приемником 3 электрической энергии.



Одна железная лопасть удерживается на раме катушки, а другая свободно вращается, неся вместе с ней указательный вал. Два утюга лежат в магнитном поле, создаваемом катушкой, которая состоит всего из нескольких оборотов, если прибор является амперметром или многими витками, если прибор является вольтметром.

Ток в катушке индуцирует намагничивание обеих лопаток, а отталкивание между одинаково намагниченными лопастями приводит к пропорциональному вращению. Только фиксированная катушка переносит ток нагрузки и сконструирована таким образом, чтобы выдерживать высокий переходный ток.

Для того чтобы включение амперметра не оказывало влияния на работу электрических установок и он не создавал больших потерь энергии, амперметры выполняют с малым внутренним сопротивлением. Поэтому практически сопротивление его можно считать равным нулю и пренебрегать вызываемым им падением напряжения. Амперметр можно включать в цепь только последовательно с нагрузкой. Если амперметр подключить непосредственно к источнику 1, то через катушку прибора пойдет очень большой ток (сопротивление амперметра мало) и она сгорит.

Измерение электрического напряжения и тока

Передвижные железные инструменты имеют весы, которые являются нелинейными и несколько переполнены в нижнем диапазоне калибровки.


Таким образом, высокое сопротивление порядка килообемов соединено последовательно с катушкой прибора.

Диапазоны амперметра и вольтметра
Для данного прибора с подвижным железом ампер-витки, необходимые для создания полномасштабного отклонения, являются постоянными. Один может изменить диапазон амперметров, предоставив шунтирующую катушку с движущейся катушкой. Диапазон колебания может изменяться, соединяя сопротивление последовательно с катушки. Следовательно, одна и та же спецификация обмотки катушки может использоваться для ряда диапазонов. Углерод из-за трения довольно мал, так как соотношение вращающего момента очень велико в движущихся инструментах катушки. Поверхности поля вызывают относительно низкие значения силы намагничивания, создаваемой катушкой. Ошибка из-за изменения температуры. . Аналоговые счетчики, устарели ли они?

Для расширения пределов измерения амперметров, предназначенных для работы в цепях постоянного тока, их включают в цепь параллельно шунту 4 (рис. 332,б). При этом через прибор проходит только часть I А измеряемого тока I, обратно пропорциональная его сопротивлению R А. Бо льшая часть I ш этого тока проходит через шунт. Прибор измеряет падение напряжения на шунте, зависящее от проходящего через шунт тока, т. е. используется в качестве милливольтметра. Шкала прибора градуируется в амперах. Зная сопротивления прибора R A и шунта R ш можно по току I А, фиксируемому прибором, определить измеряемый ток:

Аналоговый измеритель перемещает иглу по шкале. Аналоговые мультиметры с коммутируемым диапазоном очень дешевы, но новичкам трудно читать точно, особенно по шкалам сопротивления. Движение счетчика деликатно и падает, метр, вероятно, повредит его! У каждого типа счетчика есть свои преимущества. В качестве вольтметра цифровой измеритель обычно лучше, потому что его сопротивление намного выше, 1 МОм или 10 МОм, по сравнению с 200 Ом для аналогового мультиметра в аналогичном диапазоне.

Аналоговый мультиметр, используемый в качестве амперметра, имеет очень низкое сопротивление и очень чувствительный, с весом до 50 мкА. Более дорогие цифровые мультиметры могут быть равны или лучше этой производительности. Использование мультиметра для измерения усилителей, напряжения и Ом.

I = I А (R А +R ш)/R ш = I А n (105)

где n = I/I А = (R A + R ш)/R ш — коэффициент шунтирования. Его обычно выбирают равным или кратным 10. Сопротивление шунта, необходимое для измерения тока I, в n раз большего, чем ток прибора I А,

R ш = R A /(n-1) (106)

Конструктивно шунты либо монтируют в корпус прибора (шунты на токи до 50 А), либо устанавливают вне его и соединяют с прибором проводами. Если прибор предназначен для постоянной работы с шунтом, то шкала его градуируется сразу в значениях измеряемого тока с учетом коэффициента шунтирования и никаких расчетов для определения тока выполнять не требуется. В случае применения наружных (отдельных от приборов) шунтов на них указывают номинальный ток, на который они рассчитаны, и номинальное напряжение на зажимах (калиброванные шунты). Согласно стандартам это напряжение может быть равно 45, 75, 100 и 150 мВ. Шунты подбирают к приборам так, чтобы при номинальном напряжении на зажимах шунта стрелка прибора отклонялась на всю шкалу. Следовательно, номинальные напряжения прибора и шунта должны быть одинаковыми. Имеются также индивидуальные шунты, предназначенные для работы с определенным прибором. Шунты делят на пять классов точности (0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5). Обозначение класса соответствует допустимой погрешности в процентах.

Прежде чем подробно рассказывать о мультиметрах, вам важно иметь четкое представление о том, как счетчики подключены к схемам. Измерительные усилители. Подумайте об изменениях, которые вы должны были бы внести в практическую схему, чтобы включить амперметр. Для начала вам необходимо разбить цепь так, чтобы амперметр можно было подключить последовательно. Все ток, протекающий в цепи, должен проходить через амперметр.

Измерительное напряжение. На этот раз вам не нужно нарушать схему. Вольтметр подключен параллельно между двумя точками, где должно быть выполнено измерение. Поскольку вольтметр обеспечивает параллельный путь, он должен принимать как можно меньше тока.

Для того чтобы повышение температуры шунта при прохождении по нему тока не оказывало влияния на показания прибора, шунты изготовляют из материалов с большим удельным сопротивлением и малым температурным коэффициентом (константан, манганин, никелин и пр.). Для уменьшения влияния температуры на показания амперметра последовательно с катушкой прибора в некоторых случаях включают добавочный резистор из констан-тана или другого подобного материала.

Какая техника измерения, по вашему мнению, будет более полезной? Фактически измерения напряжения используются гораздо чаще, чем текущие измерения. Обработка электронных сигналов обычно рассматривается в терминах напряжения. Дополнительным преимуществом является то, что измерение напряжения легче сделать. Исходная схема не нуждается в изменении. Часто измерительные датчики соединены просто, прикоснувшись к ним к интересующим точкам.

Измерение Ома. Омметр не работает с цепью, подключенной к источнику питания. Омметры работают, пропуская небольшой ток через компонент и измеряя производимое напряжение. Если вы попробуете это с компонентом, подключенным к цепи с источником питания, скорее всего, это приведет к повреждению счетчика. Большинство мультиметров имеют предохранитель для защиты от неправильного использования.

Измерение напряжения. Для измерения напряжения U, действующего между какими-либо двумя точками электрической цепи, вольтметр 2 (рис. 332, в) присоединяют к этим точкам, т. е. параллельно источнику 1 электрической энергии или приемнику 3.

Для того чтобы включение вольтметра не оказывало влияния на работу электрических установок и он не создавал больших потерь энергии, вольтметры выполняют с большим сопротивлением. Поэтому практически можно пренебрегать проходящим по вольтметру током.

Для измерения электрического тока через провод используется амперметр. Вы можете использовать его для измерения очень малых электрических токов или очень больших. Однако, если вы новичок, используйте его только для измерения малых токов. Большие электрические токи могут быть опасными.

Подключение амперметра для измерения тока занимает всего несколько минут или меньше. Однако иногда люди путаются и думают, что это слишком просто. Например, они могут просто подключить два датчика к проводу. Ключ к правильному подключению амперметра помнит, что соединение такое, что ток течет через амперметр, как если бы это был провод.

Для расширения пределов измерения вольтметров последовательно с обмоткой прибора включают добавочный резистор 4 (R д) (рис. 332,г). При этом на прибор приходится лишь часть U v измеряемого напряжения U, пропорциональная сопротивлению прибора R v .

Зная сопротивление добавочного резистора и вольтметра, можно по значению напряжения U v , фиксируемого вольтметром, определить напряжение, действующее в цепи:

Если ваша схема является аккумулятором, ток будет постоянным. Если вы подключите свою цепь к источнику питания, тип тока будет зависеть от вашего источника питания. Изучите калибровку амперметра. Когда ток течет через амперметр, игла на счетчике будет перемещаться по калиброванной шкале. Маркировка на шкале, на которую огибает иглу, будет соответствовать току, протекающему через ваш амперметр. Номер на крайнем правом конце счетчика соответствует максимальному показанию тока для определенного диапазона, для которого установлен амперметр.

U = (R v +R д )/R v * U v = nU v (107)

Величина n = U/U v =(R v +R д)/R v показывает, во сколько раз измеряемое напряжение U больше напряжения U v , приходящегося на прибор, т. е. во сколько раз увеличивается предел измерения напряжения вольтметром при применении добавочного резистора.

Сопротивление добавочного резистора, необходимое для измерения напряжения U, в п раз большего напряжения прибора Uv, определяется по формуле R д =(n- 1) R v .

Это максимальное число часто называют полномасштабным чтением. Установите переключатель мультипликатора диапазона на максимальное значение. Изучите различные диапазоны, которые имеет ваш амперметр. Один диапазон может быть для ампер, другого миллиампера и других микроампер. Однако помните, что разные амперметры будут иметь разные диапазоны, поэтому проверьте руководство пользователя. Установите переключатель мультипликатора диапазона в самый высокий диапазон. В этом случае выберите диапазон ампер.

И это потому, что амперы в тысячу раз больше, чем миллиамперы, а миллиамперы в тысячу раз больше, чем микроамперы. Определите полномасштабное показание для диапазона. Умножьте настройку на множитель диапазона на полномасштабное число на счетчике. Полномасштабным номером на счетчике является номер на счетчике, который находится на крайнем правом конце калиброванного шкалы. Это может быть 1, 2 или 5 или любое другое число. Затем умножьте полномасштабное число на значение множителя диапазона.

Добавочный резистор может встраиваться в прибор и одновременно использоваться для уменьшения влияния температуры окружающей среды на показания прибора. Для этой цели резистор выполняется из материала, имеющего малый температурный коэффициент, и его сопротивление значительно превышает сопротивление катушки, вследствие чего общее сопротивление прибора становится почти независимым от изменения температуры. По точности добавочные резисторы подразделяются на те же классы точности, что и шунты.

Делители напряжения. Для расширения пределов измерения вольтметров применяют также делители напряжения. Они позволяют уменьшить подлежащее измерению напряжение до значения, соответствующего номинальному напряжению данного вольтметра (предельного напряжения на его шкале). Отношение входного напряжения делителя U 1 к выходному U 2 (рис. 333, а) называется коэффициентом деления . При холостом ходе U 1 /U 2 = (R 1 +R 2)/R2 = 1 + R 1 /R 2 . В делителях напряжения это отношение может быть выбрано равным 10, 100, 500 и т. д. в зависимости от того, к каким

выводам делителя подключен вольтметр (рис. 333,б). Делитель напряжения вносит малую погрешность в измерения только в том случае, если сопротивление вольтметра R v достаточно велико (ток, проходящий через делитель, мал), а сопротивление источника, к которому подключен делитель, мало.

Измерительные трансформаторы. Для включения электроизмерительных приборов в цепи переменного тока служат измерительные трансформаторы, обеспечивающие безопасность обслуживающего персонала при выполнении электрических измерений в цепях высокого напряжения. Включение электроизмерительных приборов в эти цепи без таких трансформаторов запрещается правилами техники безопасности. Кроме того, измерительные трансформаторы расширяют пределы измерения приборов, т. е. позволяют измерять большие токи и напряжения с помощью несложных приборов, рассчитанных для измерения малых токов и напряжений.

Измерительные трансформаторы подразделяют на трансформаторы напряжения и трансформаторы тока. Трансформатор напряжения 1 (рис. 334, а) служит для подключения вольтметров и других приборов, которые должны реагировать на напряжение. Его выполняют, как обычный двухобмоточный понижающий трансформатор: первичную обмотку подключают к двум точкам, между которыми требуется измерить напряжение, а вторичную — к вольтметру 2.

На схемах измерительный трансформатор напряжения изображают как обычный трансформатор (на рис. 334, а показано в круге).

Так как сопротивление обмотки вольтметра, подключаемого к трансформатору напряжения, велико, трансформатор практически работает в режиме холостого хода, и можно с достаточной степенью точности считать, что напряжения U 1 и U 2 на первичной и вторичной обмотках будут прямо пропорциональны числу витков? 1 и? 2 обеих обмоток трансформатора, т. е.

U 1 /U 2 = ? 1 /? 2 = n (108)

Таким образом, подобрав соответствующее число витков? 1 и? 2 обмоток трансформатора, можно измерять высокие напряжения, подавая на электроизмерительный прибор небольшие напряжения.

Напряжение U 1 может быть определено умножением измеренного вторичного напряжения U 2 на коэффициент трансформации трансформатора n.

Вольтметры, предназначенные для постоянной работы с трансформаторами напряжения, градуируют на заводе с учетом коэффициента трансформации, и значения измеряемого напряжения могут быть непосредственно отсчитаны по шкале прибора.

Для предотвращения опасности поражения обслуживающего персонала электрическим током в случае повреждения изоляции трансформатора один выэод его вторичной обмотки и стальной кожух трансформатора должны быть заземлены.

Трансформатор тока 3 (рис. 334,б) служит для подключения амперметров и других приборов, которые должны реагировать на протекающий по цепи переменный ток. Его выполняют в виде

обычного двухобмоточного повышающего трансформатора; первичную обмотку включают последовательно в цепь измеряемого тока, к вторичной обмотке подключают амперметр 4.

Схемное обозначение измерительных трансформаторов тока показано на рис. 334, б в круге.

Так как сопротивление обмотки амперметра, подключаемого к трансформатору тока, обычно мало, трансформатор практически работает в режиме короткого замыкания, и с достаточной степенью точности можно считать, что токи I 1 и I 2 , проходящие по его обмоткам, будут обратно пропорциональны числу витков? 1 и? 2 этих обмоток, т.е.

I 1 /I 2 = ? 1 /? 2 = n (109)

Следовательно, подобрав соответствующим образом число витков? 1 и? 2 обмоток трансформатора, можно измерять большие токи I 1 , пропуская через электроизмерительный прибор малые токи I 2 . Ток I 1 может быть при этом определен умножением измеренного вторичного тока I 2 на величину n.

Амперметры, предназначенные для постоянной работы совместно с трансформаторами тока, градуируют на заводе с учетом коэффициента трансформации, и значения измеряемого тока I 1 могут быть непосредственно отсчитаны по шкале прибора.

Для предотвращения опасности поражения обслуживающего персонала электрическим током в случае повреждения изоляции трансформатора один из зажимов вторичной обмотки и кожух трансформатора заземляют.

На э. п. с. применяют так называемые проходные трансформаторы тока (рис. 335). В таком трансформаторе магнитопровод 3 и вторичная обмотка 2 смонтированы на проходном изоляторе 4, служащем для ввода высокого напряжения в кузов, а роль первичной обмотки трансформатора выполняет медный стержень 1, проходящий внутри изолятора.

Условия работы трансформаторов тока отличаются от обычных. Например, размыкание вторичной обмотки трансформатора тока при включенной первичной обмотке недопустимо, так как это вызовет значительное увеличение магнитного потока и, как следствие, температуры сердечника и обмотки трансформатора, т. е. выход его из строя. Кроме того, в разомкнутой вторичной обмотке трансформатора может индуцироваться большая э. д. с, опасная для персонала, производящего измерения.

При включении приборов посредством измерительных трансформаторов возникают погрешности двух видов: погрешность в коэффициенте трансформации и угловая погрешность (при изменениях напряжения или тока отношенияU 1 /U 2 и I 1 /I 2 несколько изменяются и угол сдвига фаз между первичным и вторичным напряжениями и токами отклоняется от 180°). Эти погрешности возрастают при нагрузке трансформатора свыше номинальной. Угловая погрешность оказывает влияние на результаты измере-

ний приборами, показания которых зависят от угла сдвига фаз между напряжением и током (например, ваттметров, счетчиков электрической энергии и пр.). В зависимости от допускаемых погрешностей измерительные трансформаторы подразделяют по классам точности. Класс точности (0,2; 0,5; 1 и т. д.) соответствует наибольшей допускаемой погрешности в коэффициенте трансформации в процентах от его номинального значения.

| Снятие характеристик генератора постоянного тока

12

Лабораторная работа № 8

Снятие характеристик генератора постоянного

тока с параллельным возбуждением

Цель:

1. Изучить основные свойства генератора постоянного тока.

2. Ознакомиться с методами снятия характеристик холостого хода, внешней и регулировочной.

3. Опытным путём снять и построить характеристики.

4. Приобрести навыки управления генератором постоянного тока.

Оборудование:

Таблица 1

Наименование

Тип

Заводской номер

Технические данные

1.  Генератор постоянного тока параллельного возбуждения

Рн = кВт;

Uн = В;

Iн = А.

2.  Приводной двигатель

Рн = 1 кВт;

Uн = 220 / 380 В.

3.  Вольтметр

Uн =

кл. точн. =

4.  Амперметр цепи нагрузки

I н =

кл. точн. =

5.  Амперметр цепи возбуждения

Iн =

кл. точн. =

6.  Реостат регулировоч-ный

РСП

Rн =

7.  Реостат нагрузочный

РП

Rн = 10 Ом

8.  Пусковая аппаратура

ПМЕ

U = 380 В;

Р = 1 кВт.

9.  Соединительные провода

Краткие сведения из теории:

По назначению электрические машины постоянного тока делятся на генераторы и двигатели.

Генераторы вырабатывают электрическую энергию, поступающую в энергосистему; двигатели создают механический вращающий момент на валу, который используется для привода различных механизмов.

Электрические машины обратимы, т. е. одна и та же машина может работать и как генератор, и как двигатель.

33

6. Рассчитайте абсолютную и приведённую погрешности и результаты расчётов занесите в таблицу 2.

7. Сформулируйте выводы о проделанной работе и ответьте на вопросы.

Выводы:

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы:

1. Какой прибор используется для измерения электрической мощности, электрической энергии?_________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Как включаются в электрическую цепь амперметр и вольтметр?_________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Какое сопротивление должны иметь амперметр и вольтметр? __________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Как классифицируются приборы по принципу действия?_________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Каковы основные единицы в СИ?_______________________________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Как включаются обмотка напряжения и токовая обмотка ваттметра?___________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________

7. К какой системе относятся приборы (амперметры, вольтметры) на лабораторном стенде?__________________________________________________

_______________________________________________________________________

32

3. Измените направление тока в катушке К1 и результаты наблюдений запишите в отчёт:

·  Рис. в) — ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

·  Рис. г) — ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Сформулируйте выводы о проделанной работе и ответьте на вопросы.

Выводы:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы:

1. Электромагнитная индукция — ________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Явление самоиндукции — ______________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Правило Ленца — _____________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Взаимной индукцией называется ______________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

13

Лабораторная работа № 4

Исследование основных соотношений в цепи

переменного тока с последовательным соединением активного сопротивления и индуктивности

Цель:

Опытным путём убедится в справедливости закона Ома. Установить зависимость индуктивного сопротивления от частоты. Установить зависимость полного сопротивления от частоты.

Краткие сведения из теории:

Переменным током называется ток, величина и направление которого изменяется с течением времени.

Наиболее распространён синусоидальный ток i = Im · sin wt, график которого показан на рисунке. Он изменяется по значению и направлению. Одно его направление условно считают положительным, другое – отрицательным. Токи положительного направления откладывают выше оси абсцисс, а отрицательного – ниже.

Параметры переменного тока:

·  мгновенное значение тока i, А

·  амплитудное значение тока Im, А

·  действующее значение тока I, А

·  циклическая частота f, Гц

·  угловая частота w, рад/с

·  угол сдвига фаз φ

Связь между величинами:

I = f = w = 2 · π · f

Сопротивления в цепи переменного тока:

Активное Реактивные

индуктивное емкостное

R, ХL = w · L ХС =

14

Таблица 1

Использование счетчиков для измерения простых цепей — Базовое электричество

Электричество — это то, чего нельзя увидеть. Мы можем только увидеть последствия этого.

Когда цепь работает неправильно, очень трудно посмотреть на нее и обнаружить, что не так.

Счетчики используются для измерения воздействия электричества. Измерители — это точные инструменты, которые можно легко повредить, поэтому необходимо соблюдать определенные меры предосторожности:

  • Избегайте ударов и вибрации.
  • Следует учитывать температуру, влажность и пыль.
  • Магнитные поля: Магнитное поле лотка может привести к неточным показаниям.

Меры предосторожности при использовании счетчиков

Соблюдайте следующие меры предосторожности:

  • Никогда не используйте омметр в цепи под напряжением, потому что омметр является собственным источником питания. В лучшем случае вы получите неточные показания, в худшем — повредите счетчик или вы сами.
  • Подсоедините счетчик к источнику питания. Если вы работаете с постоянным током, используйте измеритель постоянного тока; при работе с переменным током используйте измеритель переменного тока.
  • При работе с любым измерителем постоянного тока всегда соблюдайте правильную полярность при его подключении к цепи.
  • Убедитесь, что счетчик правильно сориентирован для считывания. Некоторые предназначены для чтения сидя, а другие — в положении лежа.
  • Считайте показания счетчика, глядя прямо на него, чтобы избежать ошибки параллакса.
  • Когда закончите со счетчиком, выключите его.

Вольтметры

Рисунок 21. Вольтметр

Вольтметры — это гигантские резисторы, которые потребляют минимальный ток от источника.Вольтметры предназначены для измерения разности потенциалов между двумя точками.

Счетчик должен быть подключен параллельно нагрузке.

Рекомендуется сначала проверить вольтметр на известной цепи.

Амперметры

Рисунок 22. Прикладной амперметр

Амперметры имеют низкое сопротивление, поэтому они не добавляют нежелательного сопротивления в цепь.

Подключите амперметр последовательно к цепи. При параллельном подключении это может привести к короткому замыканию и перегоранию предохранителя в счетчике.

Ваттметры

Рисунок 23. Ваттметр

Ваттметр имеет четыре измерительных провода. Два для тока и два для напряжения.

Мощность — это произведение напряжения и тока, поэтому ваттметр измеряет влияние обоих факторов и умножает их, чтобы получить мощность.

Подключите катушку напряжения параллельно нагрузке.

Подключите токовую катушку последовательно с нагрузкой.

Не превышайте номинальную мощность счетчика.

Омметры

Рисунок 24. Изображение омметра, сделанное Ханнесом Грёбе. Используется по лицензии Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

Омметры используются для измерения сопротивления. У них есть собственный источник ЭДС (батарея), и их нельзя использовать в цепи под напряжением.

Шкала на большинстве омметров показывает обратную сторону от других измерителей. Справа находится ноль, а слева — бесконечность.

Многие омметры имеют настройку нуля. Всегда обнуляйте глюкометр перед использованием.Сделайте это, закоротив два провода вместе.

Безопасность электрических счетчиков

Видео ниже объясняет, как не все электрические счетчики созданы равными. Убедитесь, что вы понимаете характеристики своего глюкометра и понимаете, в каких ситуациях его можно использовать.

Атрибуция

ВЕРНУТЬСЯ В ТОП

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

I. Качественное исследование последовательных и параллельных цепей

Электрическая цепь состоит из полного замкнутого пути (или путей) для электрического тока.«Последовательная» цепь имеет только один путь для прохождения электричества. «Параллельная» цепь имеет два или более пути для электричества.

Сначала вы подключите простую схему, которая позволит вам проверять материалы на проводимость. Затем будут подключены некоторые цепи, чтобы продемонстрировать влияние последовательных и параллельных цепей на компоненты в цепи.

ПРОЦЕДУРА:

1. Подключите печатную плату, как показано на рисунке, и обратите внимание, что лампочка загорится, когда вы коснетесь зондов вместе.

2. Коснитесь концами другого провода щупами. Обратите внимание, что лампочка горит ярко. Это показатель хорошей электропроводности, поскольку ток через лампочку напрямую зависит от яркости.

3. Проверьте несколько других предметов и запишите свои результаты. Включите монету, кожу и стакан с водой. Убедитесь, что зонды контактируют с измеряемым материалом, но не друг с другом. Перечислите проверенные материалы и свои выводы об их проводимости.

4. Подключите цепь заново, как показано на схеме ниже. Это последовательная или параллельная схема?

5. Теперь отсоедините провод №2 и подсоедините его к лампочке №2. Подключите другой провод от лампочки №2 к лампочке №1. На рисунке показана схема. Как яркость каждой лампы соотносится с яркостью лампы в шаге 4 процедуры. Почему она отличается? Откручиваем одну лампочку. Что происходит и почему?

6.Подключите показанную схему. Покажите на схеме или на эскизе путь (и) текущего потока. Это последовательная или параллельная схема? Откручиваем одну лампочку. Опишите, что происходит и почему.

II. Количественное исследование напряжения, тока и закона Ома.

Электрический ток — это скорость электрического заряда, измеряемая в амперах. Ток переносит электрическую энергию по проводникам. Напряжение (В) — это мера энергии на единицу заряда между двумя точками в цепи.Можно думать о напряжении как об эффективной «разнице давлений», которая вызывает протекание тока. Сопротивление (R) является противодействием току и измеряется в омах. На практике резисторы принимают форму лампочек, тостеров, нагревателей и других устройств, которые используют электрическую энергию для выполнения полезных задач, а также являются нежелательной формой сопротивления в электропроводке, которая передает электрическую энергию вам.

В этом лабораторном упражнении будет использован закон

Ома для определения напряжения, тока или сопротивления в цепи.Закон Ома просто гласит, что ток в цепи прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению в цепи:

или в символьной форме

.

Символы и приборы: В принципиальных схемах будут использоваться следующие символы.

Провод имеет практически нулевое сопротивление в большинстве практических случаев.

«Батарея» будет подключать лабораторные столы к центральной электросети постоянного тока.

Один и тот же лабораторный измеритель будет использоваться для функций амперметра и вольтметра. Вам нужно будет выбрать правильную функцию с помощью переключателя.

Амперметр всегда подключается последовательно в цепи. Несоблюдение этого правила приведет к перегоранию предохранителей или повреждению счетчиков. Напомним, что ток имеет только один путь в последовательном соединении, поэтому амперметр измеряет ток, протекающий через последовательно соединенные с ним элементы схемы.Используемые амперметры будут измерять в миллиамперах или 10-3 амперах.

Вольтметр всегда подключается параллельно элементам цепи, которые он проверяет, и измеряет изменение напряжения на них.

ПРОЦЕДУРА:

(Надлежащая маркировка принципиальных схем является частью вашего отчета.)

Закон А. Ома

1. Подключите цепь, как показано, с установленным амперметром, соблюдая правильную полярность. Установите селекторный переключатель измерителя для ампер постоянного тока и диапазона на максимум.«Батареей» в этом случае будут круглые розетки Flex Lab на лабораторном столе, которые подключены к источнику постоянного тока — НЕ ПОДКЛЮЧАЙТЕ ПИТАНИЕ, пока схема не будет одобрена инструктором.

2. После утверждения подайте питание, подключив провода к розеткам постоянного тока, и запишите показания амперметра в миллиамперах. Повторите измерение тока каждого из остальных резисторов, поместив их в цепь вместо первого.

3. Отсоедините провода питания и выньте амперметр из цепи.Переключите его на постоянное напряжение и подключите параллельно резистору. Подключите напряжение постоянного тока и измерьте напряжение на резисторе. Повторите то же самое для других резисторов.

4. Теперь у вас есть измерения напряжения и тока для каждого резистора. Используйте закон Ома, чтобы вычислить сопротивление для каждого резистора и сравнить рассчитанное значение, полученное из маркировки на резисторе или из цветового кода на резисторе.

B. Распределение тока.

1.Сформируйте последовательную цепь, показанную ниже. Поскольку вы снова будете использовать измеритель в качестве амперметра, установите его селекторный переключатель в положение постоянного тока. Перед подачей питания убедитесь, что это правильно.

2. Последовательно подключите амперметр к точкам 1, 2, 3 и 4 и запишите текущее значение в каждой точке. Обратите внимание, что обычный ток в этой цепи считается направленным по часовой стрелке, а электроны будут циркулировать против часовой стрелки. Какие выводы можно сделать о токе в последовательной цепи по результатам измерений?

С.Распределение напряжения

Цепь, подключенная к Части B, теперь будет использоваться для измерения напряжений. Будут использоваться соединения, показанные ниже, но поскольку вы будете использовать один и тот же измеритель для амперметра и вольтметра, амперметр не будет на месте, когда вы будете измерять напряжения.

1. Измерьте напряжение на каждом резисторе по очереди и во всей цепи, как показано на V4. Запишите результаты.

2. Сравните сумму напряжений на отдельных резисторах с напряжением во всей цепи.Что можно сделать о напряжении в последовательной цепи?

3. Используйте напряжения на каждом резисторе, полученные в шаге 1 выше, и токи, полученные из раздела B выше, вместе с законом Ома, чтобы получить значения для отдельных сопротивлений. Сравните значения с указанными значениями для резисторов.

4. Из общего напряжения, измеренного на этапе 1, и общего тока, измеренного в разделе B, вычислите эквивалентное сопротивление всей цепи, состоящей из трех последовательно включенных резисторов.Сравните этот результат с суммой RA + RB + RC.

ВОПРОСОВ:

1. Какие функции выполняет провод? Связаны ли с вашим аппаратом изоляторы? Что они делают?

2. Что, если что, по проводам течет?

3. Почему должно быть два подключения к аккумулятору и к лампочке?

4. Если у вас есть прибор на 120 вольт и через него протекает ток 2 ампера, какова потребляемая мощность в ваттах? Какое у него сопротивление в Ом?

5.Почему розетки в вашем доме подключены параллельно, а не последовательно?

электрических цепей | Электромагнетизм | Физика

EMF

Выполняется работа по выталкиванию электронов с положительной клеммы на отрицательную. Работа, совершаемая на единицу заряда, известна как электродвижущая сила, или ЭДС:

. $$ ε = ЭДС = W / q $$

Аккумулятор

Батарея преобразует химическую энергию в электрическую, чтобы проводить выборы в сети.Внутри батареи выполняется работа по перемещению электронов от положительной клеммы к отрицательной, а ток, как говорят, проходит от отрицательной клеммы к положительной. Следовательно, работа выполняется с электронами. Действующая сила известна как электродвижущая сила, ЭДС.

Батарея не может пропускать электроны через электролит без потери энергии из-за сопротивления. Это внутреннее сопротивление батареи r, и можно предположить, что оно последовательно с ячейкой. Умноженный на внутреннее сопротивление ток I, покидающий батарею, равен напряжению V батареи:

$$ V = ε — Ir $$

, где V — напряжение, подаваемое батареей с ЭДС (электромагнитной силой) ε, I — током, а r — его внутренним сопротивлением.

Последовательное сопротивление

Когда нагрузки включены последовательно, одинаковый ток должен проходить через все из них. Поскольку напряжение на всех резисторах равно напряжению цепи:

$ V = IR_ {tot} = I (R_1 + R_2 + R_3 + ..) $, поэтому:

$$ R_ {total} = R_1 + R_2 + R_3 + …. $$

, где $ R_ {tot} $ — полное сопротивление отдельных сопротивлений $ R_1, R_2, R_3 …. $, расположенных последовательно.

Параллельные сопротивления

А схема с 3 параллельными резисторами.Можно рассчитать эффективное полное сопротивление параллельной схемы.

Когда нагрузки включены параллельно, ток разделяется на разные ветви цепи, но напряжение одинаково на каждой ветви:

$ V / {R_ {tot}} = I_ {tot} = V / {R_1} + V / {R_2} + V / {R_3} + … $, поэтому:

$$ 1 / {R_ {tot}} = 1 / {R_1} + 1 / {R_2} + 1 / {R_3} + … $$

, где $ R_ {total} $ — полное сопротивление отдельных сопротивлений $ R_1, R_2, R_3 …. $, расположенных параллельно.

Амперметр

Ток измеряется амперметром, названным в честь Андре-Мари Ампера (1775–1836), французского ученого, пионера электродинамики.Амперметр имеет небольшое электрическое сопротивление, но идеальный амперметр имеет нулевое сопротивление. На практике амперметры потребляют небольшую часть мощности схемы, но для целей расчетов это обычно считается незначительным.

Компоненты схем имеют специальные символы, признанные во всем мире

Вольтметр

Разность потенциалов или напряжение измеряется прибором, называемым вольтметром, названным в честь Алессандро Вольта (1745–1827), итальянского ученого, который создал первую батарею с жидкими элементами и разрешил спор о природе электричества животных.Вольтметр имеет большое электрическое сопротивление, но идеальный вольтметр имеет бесконечное сопротивление. На практике вольтметры потребляют небольшое количество энергии из главной цепи, но для целей расчетов это обычно считается незначительным.

Гальванометр

Гальванометр — это устройство, используемое для определения электрического тока. Это основа как вольтметра, так и амперметра. Он имеет катушку, которая вызывает вращение стрелки, когда через нее проходит электрический ток из-за индуцированного магнитного поля.

Вольтметр

Вольтметр подключается параллельно к участку цепи. Он состоит из последовательно соединенных гальванометров с очень высоким сопротивлением (не менее 50 кОм). Высокое сопротивление гарантирует, что при параллельном подключении вольтметра из цепи будет отводиться очень небольшой ток. Показания вольтметра являются мерой разности потенциалов на сопротивлении (V = IR).

Амперметр

Амперметр — это прибор, включенный последовательно в цепи.Его гальванометр работает параллельно с очень низким сопротивлением амперметра, так что небольшой ток проходит через гальванометр напрямую, но позволяет току создавать крутящий момент на циферблате, чтобы отображать величину и направление тока.

Контент © Renewable.Media. Все права защищены. Создано: 7 апреля 2014 г.

План блока

электрических цепей, Кевин Эмерджи План блока

электрических цепей, Кевин Эмерги

План агрегата: электрические цепи

Кевин С.Эмери

Преподавание физики в средней школе

Физика 301

Осенний семестр 1998 г.

Государственный университет Иллинойса

Карл Дж. Веннинг, инструктор

I. Обзор агрегата

A. Резюме

Этот модуль предназначен для изучения основных электрических цепей. С использованием концептуальный, экспериментальный и несколько исторический подход, студенты получит широкое понимание электричества, электрических цепей и некоторых информация о некоторых ученых, ответственных за разработку электрических цепей.Примеры некоторых процедур, которые будут включены в этот блок входят пояснительные уроки, совместные учебные упражнения, и справочные уроки. Разъяснительные уроки предполагают диалог между инструктором. и класс в целом. Они предназначены для эффективного представления информации студентам ясно и организованно. Совместные обучающие упражнения включают занятия, которые студенты выполняют в небольших группах. Некоторые преимущества совместного обучения включают индивидуальную, а также групповую ответственность, положительная взаимозависимость и улучшение социальных навыков.Запросы уроки могут также вовлекайте группы студентов, работающих вместе. Студенты, использующие стратегии исследования, вынуждены думать о концепциях и применять научные процесс при этом. Целевая аудитория или студенты для этого модуля план включает младших и старших школьников в первый год обучения или ускоренные классы физики. Предпосылки включают понимание алгебра и некоторые базовые знания о токах. Учебник, использованный с этим раздел «Физика — принципы и проблемы» Мерфи, Холлона, Зитцевица, и Smoot.

B. Голы

Некоторые общие цели этого блочного плана включают общее, но четкое понимание основных электрических схем. Учащиеся должны уметь понимать, как электрические схемы используются в быту. По завершении единицы, сможет провести научный эксперимент, в котором студент собирать и анализировать данные, чтобы прийти к заключению. Им также следует приобрести прикладные навыки, которые позволяют им исследовать тему на более глубоком уровне. Эти цели, хотя и очень широкие, соответствуют национальным и государственным стандартам, поскольку они включать использование технологий в виде компьютеров для разработки и применять научные навыки.

C. Обоснование

1) Личный

На личном уровне, после того, как модуль завершен, студент должен уметь понимать основные концепции, регулирующие электрические цепи. Эти знания могут оказаться очень полезными на утилитарном уровне. С технологией увеличения бытовой техники, базовые знания электрических схем может дать лучшее представление об общих электроприборах. Кроме того, знания, полученные в этом разделе, обеспечивают отличную основу для дальнейшего изучение темы электрических схем.

2) Социальные

На уровне общества знания и понимание электрических схем является преимуществом с экономической точки зрения. Имея представление об электрических схемы дают потребителю знания, которые при правильном применении могут помочь он / она принимает информированные решения относительно электрического оборудования и приборов. Общество также извлекает выгоду из возможности минимизировать затраты, необходимые для эксплуатации. такое оборудование и техника. \ par

3) Профессиональный

Научная профессия может извлечь выгоду из знаний и понимания электрических цепей, потому что сейчас, как никогда ранее, электрическое оборудование используется во всех областях научных исследований.Новые и лучшие способы запрос и исследования, вытекающие из расширенных знаний и понимания электрических цепей может привести к новым открытиям в науке. \ par

II. Содержание / Описание процедур

A. Определения

1) Электрический ток

2) Аккумулятор

3) Фотоэлементы

4) Кулон

5) Ампер

6) Напряжение

7) Ватт

8) Сопротивление

9) Емкость

10) Индуктивность

11) Амперметр v.Вольтметр

B. Графические представления

} 1) Закон Ома

a) Ток против сопротивления

б) Напряжение и сопротивление

2) Электрический ток

а) Постоянный ток

б) Переменный ток

3) Принципиальная схема

4) Последовательное соединение v. Параллельное соединение

5) Электрический потенциал

6) Эффективные схемы

а) Сопротивление

б) Емкость

c) Индуктивность

7) Закон Кирхгофа

III.Основные цели

A. Основные цели знаний о содержании

1) По завершении раздела учащиеся должны уметь правильно определить компоненты электрической цепи и сформулировать взаимосвязи между каждым компонентом.

2) По завершении раздела учащийся должен уметь распознавать направление протекания тока в электрической цепи и сделать качественный и количественные прогнозы об активности в этой цепи на заданном позиция.

B. Цели основных навыков процесса

1) По завершении раздела учащиеся должны уметь правильно определить все переменные, связанные с законом Ома \ rquote (напряжение ({\ i V}), Ток ({\ i I}) и сопротивление ({\ i R})).

2) По завершении раздела студент также должен уметь манипулировать Закон Ома применительно к различным ситуациям для решения простых задачи, количественно, с точностью 80%.

3) По завершении раздела студенты должны иметь возможность применять Кирхгоф \ rquote s Закон, позволяющий ответить на конкретные вопросы о неизвестных в данной цепи. точность 80%.

4) По завершении раздела учащиеся должны уметь интерпретировать данные из графика, показывающего отношения закона Ома, и ответ на качественный и количественные вопросы о данных с графика с точностью 80%.

C. Основные научные цели

1) Выполняя задание, учащиеся должны правильно изобразить научный отношение к деятельности. Правильное отношение включает, но не ограничивается любопытству, энтузиазму, соответствующей этике и сотрудничеству.

2) Выполняя раздел, студент должен следовать объективному, критическому, и логический путь при решении проблемы или завершении деятельности.

3) По завершении раздела учащиеся должны проявлять уверенное отношение когда к нему обращаются с проблемой или вопросом, связанным с электрическими цепями.

IV. Альтернативные концепции

Габель, Д.Л. (1994). {\ Справочник исследований по преподаванию и изучению естественных наук}. Нью-Йорк, Нью-Йорк: MacMillan

г.Габель в своем справочнике перечисляет пять версий отдельной модели, которая были использованы в этом исследовании для выявления различных предубеждений, касающихся электричество и электрические схемы у детей. Один из самых популярных заблуждение было названо понятием «однопроводной». Эта идея вера в то, что ток проходит по одному проводу от батареи к лампочка. Эта лампочка служила своего рода «раковиной» электричества, где электричество упало, и никто его больше не видел. Еще одно популярное заблуждение была открыта в рамках модели «сталкивающихся токов».В этом модели, электричество покидает оба полюса батареи и движется в сторону лампочка там, где она «израсходована» — снова, и больше ее никто не увидит. Определены конкретные модели, называемые «однонаправленными» моделями. заблуждения. Три из них, упомянутые в этом разделе, были «однонаправленными. без сохранения »,« однонаправленный с совместным использованием »и «однонаправленный с сохранением.

Упомянутые здесь предубеждения, похоже, основаны на возрасте. Дети младшего возраста склонны верить в однопроводную модель.Дети среднего возраста обычно верят в модель «конфликтующих токов». Этот метод постепенно заменяются на «однонаправленные» модели. Понятие сохранности становится очевидным только примерно в 10 процентах дети в возрасте 12 лет, но к 18 годам их принимают около 60 процентов.

V. Классные методы

Два примера планов уроков:

A) Установка

Электрические схемы

Цели

1) Определите и объясните закон Ома и отношения между всеми переменными. вовлеченный.

2) Учитывая простую схему и последовательно включенные резисторы, примените Ом \ rquote s закон и решите для нескольких переменных с точностью 80%.

3) Учитывая простую схему параллельно включенных резисторов, примените Ом \ rquote s закон и решите для нескольких переменных с точностью 80%. \ par

Содержание:

1) Учитывая, что приложенное напряжение вызывает протекание тока в проводнике, ток прямо пропорционален напряжению:

То есть чем больше напряжение, тем больше ток.Это аналогично к большему количеству воды, протекающей по трубе, когда есть большая гравитационная потенциал.

2) Почти каждый проводник оказывает сопротивление электрическому току. Этот сопротивление вызывает разность потенциалов между концами проводник, когда через него проходит ток. Немецкий ученый Георг Симон Ом (1787-1854) обнаружил, что отношение разности потенциалов между концы проводника и ток через него постоянен для многих материалы.

3) Это соотношение известно как сопротивление проводника.Это постоянно для любого проводника, поддерживаемого при постоянной температуре. Это отношения, известный как закон Ома, гласит, что ток через данный проводник изменяется непосредственно с приложенной разностью потенциалов и обратно пропорционально сопротивлению.

Электрический ток I выражается в амперах. Разность потенциалов, В, в вольтах. Сопротивление проводника R указано в омах. \ Par

Учебные мероприятия:

1) Повторите домашнее задание из предыдущего задания.Работайте над проблемами о чем конкретно спрашивают студенты.

2) Проведите предварительное обсуждение простых схем, охватывающих соотношение между напряжением, током и сопротивлением. \

3) Показать демонстрацию закона Ома (Demo. F). Объясните все аспекты демонстрации.

4) Проведите пояснительный урок, охватывающий содержание этого плана урока.

5) Проработайте пример задачи на диапроекторе.

6) Раздайте домашнее задание на следующий урок.

B. Единица:

Электрические схемы

Целей:

1) Объясните качественно и количественно понятие эффективного сопротивление в электрической цепи.

2) Учитывая простую схему из нескольких последовательно включенных резисторов, учащиеся должны уметь рассчитать эффективное сопротивление цепи с точностью до 80%.

3) Учитывая простую схему из нескольких параллельно включенных резисторов, студенты должен уметь рассчитать эффективное сопротивление цепи при Точность 80%.

Содержание:

1) При последовательном подключении резисторов весь ток проходит через каждый резистор, один за другим. Эффективное сопротивление — это сопротивление одного резистора, который мог бы заменить все резисторы в цепи.

2) Эффективное сопротивление в последовательной цепи является суммой индивидуальных сопротивления.

3) В параллельной цепи ток может течь по нескольким путям. Рассмотрим пороги на реке. Вода может делиться на несколько каналов.В некоторых каналах может быть большой поток воды, в некоторых — небольшой. Тем не мение, сумма потоков равна расходу воды в реке.

4) Общее сопротивление параллельной цепи уменьшается с каждым новым резистором. добавлен. Полный ток в параллельной цепи — это сумма токов в его филиалах. Величина, обратная эффективному сопротивлению в параллельном Схема представляет собой сумму каждого отдельного обратного сопротивления.

Учебные мероприятия:

1) Повторите домашнее задание из предыдущего задания.Работайте над проблемами о чем конкретно спрашивают студенты.

2) Показать эквивалентное последовательное сопротивление демонстрации (демонстрация L.). Объяснять все грани демонстрации.

3) Предложите учащимся предсказать решения для заданных ситуаций, используя Эквивалент Демонстрация сопротивления серии

4) Проведите пояснительный урок, охватывающий содержание этого плана урока.

5) Проработайте пример задачи на диапроекторе.

6) Раздайте домашнее задание на следующий урок.

VI. Демонстрации

A. Поле и напряжение

1) Концепция

Напряжение, связанное с конденсатором, пропорционально расстоянию между пластинами конденсатора.

2) Описание / процедуры

Конденсатор с параллельными пластинами построен таким образом, чтобы расстояние между пластинами могут быть разными. Когда конденсатор заряжен, поле практически не меняется. между пластинами. Затем можно показать, что напряжение, связанное с конденсатор пропорционален расстоянию между пластинами конденсатора.

3) Ссылка

Андерсон, Ф.Дж. и Г.Д. Фрейер (1996). Демонстрационный справочник по физике. Американская ассоциация учителей физики.

Б. Заряд конденсатора

1) Концепция

Энергия в виде электрического заряда может храниться в цепи с помощью конденсатор. Заряд на конденсаторе будет оставаться неподвижным, пока он не разрядится. разрешено разрядить.

2) Описание / процедуры

Конденсатор заряжается аккумулятором и разряжается баллистическим гальванометр.Отклонение проецируется отраженным световым лучом. от зеркала, прикрепленного к катушке гальванометра. Прогиб может быть получен с различными напряжениями и конденсаторами, чтобы утверждать, что Q = CV. \

3) Ссылки

Андерсон, Ф.Дж. и Г.Д. Фрейер (1996). Демонстрационный справочник по физике. Американская ассоциация учителей физики.

В. Разряд конденсатора

1) Концепция

Когда конденсатор заряжен и разрядится, заряд от конденсатор медленно затухает в соответствии с постоянной времени, которая является произведение сопротивления измерителя и емкости выбранного конденсатора.

2) Описание / процедуры

Электролитический конденсатор заряжается от аккумулятора. Затем он разряжается через сопротивление многодиапазонного измерителя. Постоянная времени регулируется так что напряжение на измерителе может быть прочитано во время спада заряда.

3) Ссылки

Андерсон, Ф.Дж. и Г.Д. Фрейер (1996). Демонстрационный справочник по физике. Американская ассоциация учителей физики.

D. Энергия, накопленная в конденсаторе

1) Концепция

Энергия, накопленная в конденсаторе, может использоваться для работы с объектом.Существует прямая корреляция между энергией, запасенной в конденсаторе, и энергия, используемая для работы.

2) Описание / процедуры

Электролитический конденсатор емкостью 500 {\ f23 m} f заряжается до известного напряжения. Затем конденсатор разряжается через небольшой двигатель, который может поднять масса. Энергия, запасенная в конденсаторе, сравнивается с проделанной работой. в поднятии веса.

3) Ссылки

Андерсон, Ф.Дж. и Г.Д. Фрейер (1996). {Демонстрационное руководство для Физика.Американская ассоциация учителей физики.

E. Модель сопротивления

1) Концепция

При движении по проводнику возникает сопротивление потоку. электричества. Это сопротивление зависит от физических свойств дирижер.

2) Описание / процедуры

Доска забита случайным образом гвоздями, расположенными так, чтобы шарикоподшипник может катиться между ними. Шарики катятся по лабиринту гвоздей. Доски с различными конфигурациями гвоздей может использоваться для демонстрации различной средней свободной пути.

Различное количество шаров может использоваться для отображения разного количества зарядов. перевозчики. Доска может быть наклонена под разными углами для иллюстрации эффекты примененного Э.М.Ф.

3) Ссылки

Андерсон, Ф.Дж. и Г.Д. Фрейер (1996). Демонстрационный справочник по физике. Американская ассоциация учителей физики.

Закон Ф. Ома

1) Концепция

Напряжение в цепи с сопротивлением пропорционально току. прохождение цепи и эквивалентное сопротивление цепи (V = IR).

2) Описание / процедуры

Реостат, амперметр и аккумулятор включены последовательно. Вольтметр подключается через реостат. Длина провода, используемого в реостате пропорциональна отношению напряжения к току.

3) Ссылки

Андерсон, Ф.Дж. и Г.Д. Фрейер (1996). Демонстрационный справочник по физике. Американская ассоциация учителей физики. \ Par

.

G. Температурная зависимость сопротивления

1) Концепция

Сопротивление цепи увеличивается при повышении температуры и уменьшалась при понижении температуры.

2) Описание / процедуры

Лампочка включена последовательно с катушкой и аккумулятором. В змеевик находится на конце стержня, который может быть опущен в сосуд с жидкостью азот. Свет горит намного ярче, когда он охлаждается, потому что его сопротивление снижено. Затем катушку можно поместить в пламя Бунзена, и свет горит очень тускло, потому что его сопротивление увеличивается. Катушка должен быть сделан из неизолированного провода, намотанного на фарфоровый сердечник, чтобы Не будет проблем с прожиганием утеплителя.

3) Ссылки

Андерсон, Ф.Дж. и Г.Д. Фрейер (1996). Демонстрационный справочник по физике. Американская ассоциация учителей физики.

Лампы серии H. и параллельные лампы

1) Концепция

Ток, протекающий через последовательно включенные резисторы, ведет себя иначе, чем ток, протекающий через резисторы параллельно.

2) Описание / процедуры

Изготовлена ​​плата, позволяющая включать и выключать лампочки. схема.Могут быть включены лампы одинакового или разного размера. чтобы дать несколько комбинаций. Яркость лампочек указывает как протекают токи для различных последовательных и параллельных комбинаций сопротивления.

3) Ссылки

Андерсон, Ф.Дж. и Г.Д. Фрейер (1996). Демонстрационный справочник по физике. Американская ассоциация учителей физики.

I. Параллельные схемы

1) Концепция

Параллельная цепь — это электрическая цепь, в которой выходящие электроны у источника питания есть два или более путей, по которым они могут вернуться к источник питания.Если несколько лампочек в лампе были подключены параллельно, а одна не удалось, остальные продолжат работу. Свет в вашем классе подключен в параллели.

2) Описание / процедуры

Подключите один конец переключателя к положительному полюсу батареи, и подключите другой конец переключателя к обеим цоколям ламп. Подключите Обозначьте отрицательный полюс аккумулятора на обоих цоколях лампы. Закройте переключатель и обе лампочки загорятся. Аккуратно откручиваем одну лампочку. Другой останется горит и будет светить немного ярче, потому что напряжение не делится между двумя лампочками.

3) Ссылки

Кардос, Томас (1996). 75 демонстраций простой физики. Портленд, штат Мэн: J. Weston Walch \ par

J. Kirchoff \ rquote Закон напряжения

1) Концепция

Сумма прироста напряжения в цепи равна сумме напряжений падает на каждый отдельный компонент.

2) Описание / процедуры

Батарея на 1,5 В и 3 резистора включены в плату последовательно. Показания цифрового вольтметра показывают, что сумма прироста напряжения в цепь равна сумме падений напряжения на каждом отдельном компоненте.Резисторы можно заменить другими батареями.

3) Ссылки

Андерсон, Ф.Дж. и Г.Д. Фрейер (1996). Демонстрационный справочник по физике. Американская ассоциация учителей физики.

К. Сопротивление эквивалентной серии

1) Концепция

Напряжение и ток от батареи одинаковы для нескольких резисторов. как для одного эквивалентного резистора.

2) Описание / процедуры

Набор резисторов расположен последовательно.Тогда эквивалентный резистор включили в схему на их месте. Счетчик может использоваться для отображения напряжение и ток от аккумулятора одинаковы для эквивалентных резистор такой же, как и в замененном наборе резисторов.

3) Ссылки

Андерсон, Ф.Дж. и Г.Д. Фрейер (1996). Демонстрационный справочник по физике. Американская ассоциация учителей физики.

L. Эквивалентное параллельное сопротивление

1) Концепция

Напряжение и ток от батареи одинаковы для нескольких резисторов. как и для одного эквивалентного резистора.

2) Описание / процедуры

Резисторы расположены параллельно. Затем они заменяются эквивалентными сопротивление. Измеритель используется, чтобы показать, что ток и напряжение от батареи в каждом случае одинаковы.

3) Ссылки

Андерсон, Ф.Дж. и Г.Д. Фрейер (1996). Демонстрационный справочник по физике. Американская ассоциация учителей физики. \ Par

.

M. Мотор-генератор

1) Концепция

Энергия, вырабатываемая электродвигателем, приводимым в действие электромагнетизмом, может быть раньше делал работу.\ par

2) Описание / процедуры

Большая плоская катушка размещена так, чтобы она могла вращаться между полюсами большого Магнит алнико. На арматуре есть контактные кольца и коммуникатор. Оба напряжения переменного и постоянного тока могут быть получены, когда устройство работает как генератор. Катушка приводится в движение падающим грузом. Если на коммуникатор подается ток, устройство работает как двигатель. и наматывает гирю. \ par

3) Ссылка

Андерсон, Ф.Дж. И Г.Д. Фрейер (1996). {\ ul Демонстрационный справочник по физике.} Американская ассоциация учителей физики. \ par

VII. Лабораторная деятельность

A. Измерение сопротивления: метод вольтметра-амперметра

1) Концепция

Различные вещества обладают разным сопротивлением электрическому Текущий. В целом металлы — хорошие проводники, хотя среди металлов существует широкий диапазон проводимости. Физики обнаружили, что четыре переменные определить сопротивление проводника электрическому току.Эти переменные являются: температура, длина, площадь поперечного сечения и тип металла в который сделан проводником. Этот эксперимент показывает влияние длины и площади поперечного сечения по сопротивлению проводов того же и разные металлы. Измеряя разность потенциалов на проводнике образец и ток в проводнике, сопротивление образца можно рассчитать по закону Ома. После завершения этого эксперимента вы должны уметь определять сопротивление проводов с помощью вольтметра-амперметра метод и влияние длины, диаметра и материала на сопротивление дирижера.\ par

2) Описание / процедуры

а) Аппарат

1. Батарея — от 3 до 6 В

2. Амперметр постоянного тока, от 0 до 0,1 А

3. Вольтметр, от 0 до 7,5 В

4. Трубчатый реостат

5. Провод сигнализатора, 18 га, для подключений

6. 3 никель-серебряные резистивные катушки, 30 ga-200 см, 28 ga-200 см, 30 ga-160 см (можно использовать катушки с константаном или немецким серебром)

7. 1 медная катушка сопротивления, латунные соединители 30 ga — 2000 см, двойные выключатель мгновенного действия, SPST

б) Процедура

1.Подключите устройство, как показано на Рисунке 1-b. Вольтметр V подключен {\ i параллельно} с катушкой сопротивления R {\ fs16 \ dn4 x}, сопротивление которой подлежит измерению. Амперметр A подключен {\ i последовательно} с сопротивлением катушка, тесто и реостат R {\ fs16 \ dn4 1}. Реостат служит как переменное сопротивление для ограничения тока цепи.

2. С сопротивлением реостата R {\ fs16 \ dn4 1} в цепи и Катушка длиной 200 см с никелево-серебряным проводом 30 g, подключенная к клеммам AB как R {\ fs16 \ dn4 x}, постепенно уменьшайте сопротивление R {\ fs16 \ dn4 1} до тех пор, пока амперметр показывает примерно 0.2 А. Разомкните выключатель и поменяйте амперметр. к его более низкому диапазону. Считайте показания вольтметра и амперметра, оценивая с точностью до десятых долей наименьшего деления страха. Затем откройте переключатель немедленно. Запишите данные для V {\ fs16 \ dn4 x} и I в таблицу данных. Можете ли вы назвать две причины для настройки R {\ fs16 \ dn4 1} на малый ток?

3. Заменить каждую из оставшихся катушек по очереди на катушку просто измерить, отрегулировать ток цепи до подходящего значения и снять показания вольтметра. и амперметр с точностью, которую позволяет каждый прибор.Запишите данные для каждая катушка.

4. Вольтметр измеряет разность потенциалов на сопротивлении. катушка, а амперметр измеряет ток в катушке сопротивления. К Процитируем закон Ома, определим сопротивление R {\ fs16 \ dn4 x} для каждой катушки с точки зрения его пробных значений V {\ fs16 \ dn4 x} и I с точностью вашей измерения позволяют. Запишите значения R {\ fs16 \ dn4 x} в таблицу данных. Полный остальные столбцы в таблице данных. Диаметр и сечение сечения проводов указаны номерами калибра проводов в Приложении B, Таблица. 21 указанного руководства.

Рисунок 1-a

Схема

— Монтажная плата

Рисунок 1-b

Таблица данных и расчетов

Таблица данных

Таблица расчетов

г. Расчеты

1) Вычислите удельное сопротивление {\ f23 r} металла, составляющего катушку. для каждого испытания и занесите в таблицу расчетов в качестве экспериментального значения {\ f23 r}.

2) Сравните ваши экспериментальные значения {\ f23 r} с принятыми значениями. приведенных в Приложении B, Таблица 20, и запишите вашу абсолютную ошибку для каждого испытания.

3) Вычислите свою относительную ошибку для каждого испытания и запишите

3) Ссылки

Тринклейн, Фредерик Э. Современная физика — лабораторные эксперименты. Холт, Райнхарт и Уилсон, 1990.

.

B. Последовательное и параллельное сопротивление

1) Концепция

При последовательном соединении катушек сопротивления ток цепи I {\ fs16 \ dn4 T} находится в каждой катушке. Каждая последующая катушка добавляет свое сопротивление к сопротивлению другие последовательно, и их общее сопротивление равно сумме всех отдельные сопротивления.

Когда две или более катушки сопротивления соединены параллельно, больше путей предусмотрены для электрического тока и, следовательно, эквивалентного сопротивления равно величине, обратной эквивалентному сопротивлению.

Вернуться к обзору планов размещения

Амперметр и вольтметр

Последовательные и параллельные схемы — примеры (A) Последовательная схема: Рождественские огни соединены последовательно.Если вы вытащите одну из лампочек из жгута, остальные лампочки «погаснут».
(B) Параллельная цепь: так устроены провода в наших домах. Каждая комната имеет свою параллельную схему освещения. Таким образом, даже если одна лампочка вытащена, остальные продолжают гореть. Последовательные и параллельные соединения

Цепи, состоящие только из одной батареи и одного сопротивления нагрузки, очень просто анализировать, но они не часто встречаются на практике.Обычно мы находим цепи, в которых вместе соединено более двух компонентов. Существует два основных способа соединения более двух компонентов схемы: последовательно и параллельно .

Предположим, есть три лампочки, которые нужно подключить в цепь. В последовательной цепи лампочки расположены в цепочку, поэтому ток имеет только один путь. Лампочки можно добавить в одну цепочку без точки разветвления. По мере того, как добавляется все больше и больше лампочек, яркость каждой лампочки постепенно уменьшается.Это наблюдение является индикатором того, что ток в цепи уменьшается. Если одну из трех лампочек в последовательной цепи вывинтить из патрона, остальные лампочки не загорятся.

В параллельной цепи лампочки соединены двумя или более путями, поэтому ток разделяется на два или более путей для замыкания цепи. Для параллельных цепей с увеличением количества лампочек увеличивается и общий ток. Это увеличение тока согласуется с уменьшением общего сопротивления.Если отдельная лампочка в параллельной ветви вывинчивается из патрона, тогда в общей цепи в других ветвях все еще есть ток, и оставшиеся лампочки по-прежнему будут светиться.

Электрические компоненты и схемы

Глава 2 Электрические компоненты и схемы

Целью этой главы является обсуждение основных компонентов цепей постоянного тока (постоянного тока) в рамках подготовки к следующим двум главам, посвященным интегральным схемам и микрокомпьютерам в приборах для химического анализа.

2A ЦЕПИ И ИЗМЕРЕНИЯ ПРЯМОГО ТОКА

Будут рассмотрены некоторые основные цепи постоянного тока и то, как они используются для измерения тока, напряжения и сопротивления.
Общее определение цепи — это замкнутый путь, по которому может проходить электрический ток.
Гальванометр — это устройство с вращающимся индикатором, который будет поворачиваться из положения равновесия, когда через него проходит ток. Гальванометр имеет незначительное сопротивление.

Рисунок 1. Амперметр
Амперметр (амперметр) — это гальванометр с калиброванной шкалой тока для индикатора и байпасным резистором (называемым шунтом) для фиксированной доли тока, показанной на рисунке 1. Многие амперметры имеют несколько выбираемых шунтов, которые обеспечивают соответствующий измеритель тока. диапазоны. Обычно амперметры можно найти с калиброванными диапазонами от 1 мкА для полного отклонения до 1000 А для полного отклонения и с кратными 10 между этими крайними значениями.
Рисунок 2. Вольтметр
Вольтметр, показанный на рисунке 2, представляет собой калиброванный гальванометр с последовательным резистором, так что общее сопротивление пути увеличивается. Диапазон гальванометра откалиброван по проходящему через него току Ig. Эта шкала настраивается для отображения разности потенциалов между точками A и B (напряжение) путем замены значений Vg на Ig на шкале, где Vg = Ig Rg, а Rg — полное сопротивление вольтметра. Вольтметры могут иметь более одной калиброванной шкалы, которую можно выбрать, изменяя сопротивление Rg.
Ток в цепи — это поток положительного заряда от высокого потенциала (+) к низкому потенциалу (-). Счетчики имеют маркировку, указывающую правильное направление тока через них. Обратный поток постоянного тока может вывести из строя счетчик.
Электрический заряд не будет перемещаться по токопроводящей дорожке, если между концами проводников не будет разности потенциалов. Все материалы сопротивляются прохождению через них тока, что требует выполнения работы по перемещению заряда через материал.Источником энергии в цепи, который обеспечивает энергию для перемещения заряда по цепи, может быть аккумулятор, фотоэлемент или какой-либо другой источник питания.
Электрическая цепь — это обходной путь проводов и устройств. На схематическом чертеже реальной цепи используются символы, показанные на рисунке 3.
Рисунок 3. Символы цепи

В примере на рисунке 4 показана схема с постоянным током. блок питания последовательно с резистором, параллельная ветвь с резистором и вольтметром и амперметр.
Рисунок 4. Пример электрической цепи.

ОСНОВНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ
Фонарь — это пример базовой электрической схемы. Он содержит источник электрической энергии (сухие элементы в фонарике), нагрузку (лампочку), которая преобразует электрическую энергию в более полезную форму энергии (свет), и переключатель для управления энергией, подаваемой на нагрузку.
Нагрузка — это любое устройство, через которое протекает электрический ток и которое преобразует эту электрическую энергию в более полезную форму.Ниже приведены распространенные примеры нагрузок:
Лампочка (преобразует электрическую энергию в световую).
Электродвигатель (преобразует электрическую энергию в механическую).
Динамик в радио (преобразует электрическую энергию в звук).
Источником является устройство, вырабатывающее электрическую энергию, используемую нагрузкой. Это может быть простой сухой элемент (как в фонарике), аккумулятор (как в автомобиле) или источник питания (например, зарядное устройство).Переключатель позволяет управлять электрическим устройством, прерывая ток, подаваемый на нагрузку.

Принципиальная схема фонаря

Электроэнергетика Закон

Ома описывает соотношение между потенциалом, сопротивлением и током в резистивной последовательной цепи. В последовательной схеме все элементы схемы соединены последовательно по уникальному пути, голова к хвосту, как и батарея и три резистора, показанные на рисунке 2-1.Закон Ома можно записать как:


Где V — разность потенциалов в вольтах между двумя точками в цепи, R — сопротивление между двумя точками в омах, а I — результирующий ток в амперах.

диаграмм для определения сопротивления и напряжения в основной цепи соответственно.


Используя закон Ома, можно определить сопротивление цепи, зная только напряжение и ток в цепи. В любом уравнении, если известны все переменные (параметры), кроме одной, то неизвестное может быть найдено.Например, используя закон Ома, если известны ток (I) и напряжение (E), вы можете определить сопротивление (R), единственный неизвестный параметр:

.


2) Постоянное увеличение сопротивления в цепи с постоянным напряжением приводит к постепенному (не прямолинейному, если изображено на графике) более слабому току.

Проще говоря, закон Ома означает:
1) Постоянное увеличение напряжения в цепи с постоянным сопротивлением приводит к постоянному линейному увеличению тока.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВНИМАНИЕ!
Закон Ома — это формулировка зависимости напряжения, тока и сопротивления, выраженная как:

Где:
V — напряжение, измеренное в вольтах
I — ток, измеренный в амперах
R — сопротивление, измеренное в Ом
Следовательно:
Вольт = Ампер, умноженный на сопротивление

Закон

Ома используется для вычисления недостающего значения в цепи.


В этой простой схеме есть ток 12 ампер (12 А) и резистивная нагрузка 1 Ом (1 Вт). Используя первую формулу выше, мы определяем напряжение:
В = 12 x 1: В = 12 В (12 В)
Если бы мы знали, что батарея выдает 12 вольт давления (напряжения), и была бы резистивная нагрузка в 1 Ом, подключенная последовательно, ток был бы:
I = 12/1: I = 12 ампер (12A)
Если бы мы знали, что батарея подает 12 В, а генерируемый ток составлял 12 А, тогда сопротивление было бы:
R = 12/12: R = 1 Вт

Примечание: Помните, что батарея не измеряется в силе тока, как это принято считать новичками в электронике.Батарея обеспечивает давление, которое создает поток (ток) в данной цепи. Номинальная сила тока батареи — это «Как долго батарея будет работать в течение одного часа при питании цепи с такой силой тока». Он измеряется в амперах-часах. Таким образом, 1000 мАч хватило бы на 1 час в цепи на один ампер. (1000 мАч — это 1 А в течение одного часа)

Легкий способ запомнить формулы — использовать эту диаграмму.

Чтобы определить недостающее значение, прикройте его пальцем.Горизонтальная линия посередине означает разделение двух оставшихся значений. «X» в нижней части круга означает умножение оставшихся значений.
• Если вы рассчитываете напряжение, накройте его, и у вас останется I X R (V = I умножить на R).
• Если вы рассчитываете силу тока, накройте ее, и у вас получится разделить V на R влево (I = V / R).

• Если вы рассчитываете сопротивление, накройте его, и у вас останется V, разделенная на I (R = V / I).
Примечание: Буква E иногда используется вместо V для обозначения напряжения.

Закон Кирхгофа
Текущий закон Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма токов вокруг любой точки в цепи равна нулю. Закон Кирхгофа утверждает, что алгебраическая сумма напряжений в замкнутом электрическом контуре равна нулю.
Закон Кирхгофа о напряжении


Закон напряжения Кирхгофа (или правило петли Кирхгофа) является результатом консервативности электростатического поля. В нем указано, что полное напряжение вокруг замкнутого контура должно быть равно нулю.Если бы это было не так, тогда, когда мы путешествуем по замкнутому контуру, напряжения были бы неопределенными. Итак

На рисунке 1 полное напряжение вокруг контура 1 должно быть равно нулю, как и общее напряжение в контуре 2. Кроме того, цикл, который состоит из внешней части схемы (путь ABCD), также должен быть равен нулю.


Рисунок 1 В замкнутом контуре полное напряжение должно быть нулевым

Мы можем принять соглашение, согласно которому потенциальных выгод (т.е.е. переход от более низкого к более высокому потенциалу, например, с источником ЭДС) считается положительным. Потенциальные потери (например, через резистор) будут отрицательными. Однако, если вы последовательно решаете свои проблемы, у вас должна быть возможность выбрать любое соглашение, которое вам нравится. Хорошая идея — принять соглашение, используемое в вашем классе.

Силовой закон
Согласно степенному закону мощность в ваттах, рассеиваемая в резистивном элементе, определяется произведением силы тока в амперах и разности потенциалов на сопротивлении в вольтах:

И подстановка закона Ома дает:

P = I2R = V2 / R

Основные цепи постоянного тока
Принципиальная схема
Принципиальная схема состоит из идеализированных элементов схемы , каждый из которых представляет некоторые свойства фактической цепи .На рисунке показаны некоторые общие элементы схемы, встречающиеся в цепях постоянного тока. Сеть с двумя терминалами — это цепь, которая имеет только две точки интереса, скажем, A и B .

Рисунок: Общие элементы схемы, встречающиеся в цепях постоянного тока: а) идеальный источник напряжения, б) идеальный источник тока и в) резистор.

Будут описаны два типа основных цепей постоянного тока; последовательные резистивные цепи и параллельные резистивные цепи.

Цепи серии
На рис. 2-1 показана базовая последовательная схема, состоящая из батареи, переключателя и трех последовательно соединенных резисторов.

Рисунок 2-1 (Принципы инструментального анализа)

Ток одинаков во всех точках последовательной цепи, то есть:

I = I1 = I2 = I3 = I4

Применение закона напряжения Кирхгофа к схеме на рис. 2-1 дает:

В = V1 + V2 + V3

Общее сопротивление Rs последовательной цепи равно сумме сопротивлений отдельных компонентов.
Rs = R1 + R2 + R3

Параллельные цепи
На рисунке 2-2 показана параллельная цепь постоянного тока.

Рисунок 2-2 (Принципы инструментального анализа)

Применяя действующий закон Кирхгофа, получаем:

Это = I1 + I2 + I3

Применение закона Кирхгофа по напряжению к этой схеме дает три независимых уравнения.
V = I1R1
V = I2R2
V = I3R3

Замена и деление на V дает:

1 / Rp = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3

Поскольку проводимость G резистора R определяется выражением G = 1 / R:

Gp = G1 + G2 + G3

Проводимость в параллельной цепи складывается, а не сопротивление.

В заключение, наиболее важные вещи, которые следует помнить о различиях между резисторами, включенными последовательно и параллельно, заключаются в следующем:
Последовательные резисторы имеют одинаковый ток и
Параллельно подключенные резисторы имеют одинаковое напряжение.

2B ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

ЗАДАЧИ:

Цели обучения указаны в начале каждой главы. Эти учебные цели служат предварительным просмотром информации, которую вы, как ожидается, усвоите в этой главе.Комплексные контрольные вопросы основаны на поставленных задачах. Цели обучения перечислены ниже.
По завершении этой главы вы сможете делать следующее:

  • Укажите в терминах энергетических зон различия между проводником, изолятором и полупроводником.
  • Объясните теорию потока электронов и дырок в полупроводниках и объясните, как на полупроводник влияет легирование.
  • Дайте определение термину «диод» и дайте краткое описание его конструкции и работы.
  • Объясните, как диод можно использовать как однополупериодный выпрямитель и как переключатель.
  • Идентифицируйте диод по его символам, буквенно-цифровому обозначению и цветному коду.
  • Перечислите меры предосторожности, которые необходимо соблюдать при работе с диодами, и опишите различные способы их проверки.

Диод — это нелинейное устройство, которое имеет большую проводимость в одном направлении, чем в другом. Полезные диоды изготавливаются путем формирования смежных областей n-типа и p-типа в одном кристалле германия или кремния: граница раздела между этими областями называется pn переходом.
На рис. 2-3а показано поперечное сечение одного типа pn-перехода, который образован диффузией избытка примеси p-типа, такой как индий, в крошечный кремниевый кристалл, легированный примесью n-типа, например как сурьма. Такой переход позволяет дыркам перемещаться из p-области в n-область и перемещать электроны в обратном направлении. Поскольку дырки и электроны диффундируют в противоположном направлении, создается область, обедненная мобильными носителями заряда и, следовательно, имеющая очень высокое сопротивление.Эта область называется областью истощения. Поскольку существует разделение зарядов в обедненной области, в этой области возникает разность потенциалов, которая вызывает миграцию дырок и электронов в противоположном направлении. Ток, возникающий в результате диффузии дырок и электронов, уравновешивается током, создаваемым миграцией носителей в электрическом поле, поэтому чистый ток отсутствует. Величина разности потенциалов в обедненной области зависит от состава материалов, используемых в pn переходе.Для кремниевых диодов разность потенциалов составляет около 0,6 В, а для германия — около 0,3 В. Когда к pn переходу прикладывается положительный потенциал, сопротивление току в направлении от p-типа к материалу n-типа невелико. С другой стороны, pn переход обеспечивает высокое сопротивление потоку отверстий в противоположном направлении и называется выпрямителем тока.
На рис. 2-3b показан символ диода. Стрелка указывает в сторону низкого сопротивления положительному току.Можно представить, что треугольная часть символа диода указывает направление тока в проводящем диоде.
На рис. 2-3c показан механизм проведения заряда, когда p-область становится положительной по отношению к n-области за счет приложения потенциала; этот процесс называется прямым смещением. Дырки в p-области и избыточные электроны в n-области движутся под действием электрического поля к переходу, где они объединяются и аннигилируют друг друга.Отрицательный вывод батареи вводит новые электроны в область n, которые затем могут продолжать процесс проводимости; положительный вывод извлекает электроны из p-области, создавая новые дырки, которые могут свободно перемещаться к pn-переходу.
На рис. 2-3d показано, когда диод смещен в обратном направлении, и основные носители в каждой области дрейфуют от перехода, образуя обедненный слой, который содержит мало зарядов. Только небольшая концентрация неосновных носителей, присутствующих в каждой области, смещается к переходу и создает ток.
Рисунок 1. Амперметр
Амперметр (амперметр) — это гальванометр с калиброванной шкалой тока для индикатора и байпасным резистором (называемым шунтом) для фиксированной доли тока, показанной на рисунке 1. Многие амперметры имеют несколько выбираемых шунтов, которые обеспечивают соответствующий измеритель тока. диапазоны. Обычно амперметры можно найти с калиброванными диапазонами от 1 мкА для полного отклонения до 1000 А для полного отклонения и с кратными 10 между этими крайними значениями.
Рисунок 2. Вольтметр
Вольтметр, показанный на рисунке 2, представляет собой калиброванный гальванометр с последовательным резистором, так что общее сопротивление пути увеличивается. Диапазон гальванометра откалиброван по проходящему через него току Ig. Эта шкала настраивается для отображения разности потенциалов между точками A и B (напряжение) путем замены значений Vg на Ig на шкале, где Vg = Ig Rg, а Rg — полное сопротивление вольтметра. Вольтметры могут иметь более одной калиброванной шкалы, которую можно выбрать, изменив сопротивление Rg.
Ток в цепи — это поток положительного заряда от высокого потенциала (+) к низкому потенциалу (-). Счетчики имеют маркировку, указывающую правильное направление тока через них. Обратный поток постоянного тока может вывести из строя счетчик.
Электрический заряд не будет перемещаться по токопроводящей дорожке, если между концами проводников не будет разности потенциалов. Все материалы сопротивляются прохождению через них тока, что требует выполнения работы по перемещению заряда через материал.Источником энергии в цепи, который обеспечивает энергию для перемещения заряда по цепи, может быть аккумулятор, фотоэлемент или какой-либо другой источник питания.
Электрическая цепь — это обходной путь проводов и устройств. На схематическом чертеже реальной схемы используются символы, показанные на рисунке 3.

Типы электрических устройств и их применение:

Устройства со штрих-кодом (196 компаний) Устройства, такие как сканеры и верификаторы, используемые для декодирования (считывания) штрих-кодов, нанесенных на продукты.

Аккумуляторы и аксессуары (396 компаний) Устройства, преобразующие накопленную энергию в электрический ток; два основных типа — это химические батареи и физические батареи, такие как солнечные элементы, ядерная энергия и тепловые батареи.

Разъемы (714 компаний) Компоненты, используемые для проведения и передачи сигналов (электрических, оптических, радиочастотных и т. Д.) Или питания от одного кабеля к другому.

Устройства ввода данных (208 компаний) Устройства, такие как клавиатура или мышь, используемые для взаимодействия с другими устройствами или компьютерами с целью ввода данных.

Крепежные детали и скобяные изделия для электротехники и электроники (95 компаний) Мелкие компоненты и оборудование для электрических и электронных приложений.

Оборудование для распределения электроэнергии и защиты (1668 компаний) Оборудование, используемое для распределения энергии и защиты другого оборудования и систем от скачков тока или напряжения.

Электротехническое испытательное оборудование (200 компаний) Электротехнические испытательные приборы для измерения тока утечки и сопротивления изоляции.

Кожухи (2785 компаний) Используются для защиты электрических, электронных или механических компонентов или для защиты их операторов.

Вентиляторы и электронное охлаждение (765 компаний) Устройства и оборудование, используемые для регулирования температуры путем отвода тепла от электрических и электронных компонентов.

Предохранители (169 компаний) Предохранители защищают электрические устройства от сверхтоков и коротких замыканий, возникающих в неправильно работающих цепях.

Промышленные счетчики и таймеры (234 компании) Промышленные счетчики и промышленные таймеры используются в различных приложениях, включая синхронизацию процесса, управление процессом и подсчет единиц.
Магниты (194 компании) Магнит — это просто любой материал, способный притягивать железо и создавать магнитное поле вне себя, естественное или индуцированное.

Измерители, индикаторы и индикаторы (776 компаний) Оборудование любого типа, используемое для отображения информации в различных форматах, включая цифровые показания, световые индикаторы или панельные счетчики.

Двигатели (818 компаний) Все типы вращательных и линейных двигателей, включая AC, DC, сервоприводы, шаговые, индукционные, гидравлические, пневматические двигатели.

Пассивные электронные компоненты (2211 компаний) Пассивные электронные компоненты, такие как резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы, для работы которых не требуется питание.

Производство и хранение энергии (605 компаний) Продукция и аксессуары, относящиеся к производству и хранению энергии.

Источники питания и кондиционеры (1713 компаний) Устройства, вырабатывающие постоянное напряжение и стабилизирующие уровни напряжения и сигналы.

Реле и аксессуары для реле (326 компаний) Реле — это электромеханические переключатели, в которых изменение тока в одной электрической цепи управляет потоком электричества в другой цепи.

Ограничители перенапряжения (184 компании) Электрические устройства, используемые для обнаружения и контроля скачков высокого напряжения или тока с целью защиты оборудования или систем.

Коммутаторы (582 компании) Устройства, используемые для маршрутизации сигналов путем разрешения или предотвращения прохождения сигнала в закрытом или открытом положении.

Трансформаторы (516 компаний) Трансформаторы передают электрическую энергию из одной электрической цепи в другую, как правило, по принципам электромагнитной индукции. Типы трансформаторов включают потенциал, ток, повышающий, понижающий, распределительный и другие.

Провода, кабели и аксессуары (1816 компаний) Провода, кабели и аксессуары, используемые для передачи электроэнергии или сигналов.

СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ:

«Цепи постоянного тока.”Http://pneuma.phys.ualberta.ca/~gingrich/phys395/notes/node2.html

«Полевые транзисторы (FET) как преобразователи в электрохимических датчиках».
http://www.ch.pw.edu.pl/~dybko/csrg/isfet/chemfet.html

Скуг, Холлер и Ниман. Принципы инструментального анализа . 5-е изд. Орландо: Harcourt Brace & Co., 1998.

Шульга А.А., Куделка-Хеп М, де Ройж Н.Ф., Нетчипорук Л.И. «Глюкозочувствительный ферментный полевой транзистор, использующий феррицианид калия в качестве окисляющего субстрата.” Аналитическая химия . 15 января 1994 г.

Томпсон Дж. М., Смит СК, Крамб Р., Хаттон. «Клиническая оценка полевых транзисторов с селективным действием на ионы натрия для анализа цельной крови». Анналы клинической биохимии . 31 января 1994 г.

Источник: http://webpage.pace.edu/dnabirahni/rahnidocs/Electrical%20Components%20and%20Circuits.doc

Если вы являетесь автором приведенного выше текста и не соглашаетесь поделиться своими знаниями для преподавания , исследования, стипендия (для добросовестного использования, как указано в авторских правах США), отправьте нам электронное письмо, и мы быстро удалим ваш текст.Добросовестное использование — это ограничение и исключение из исключительного права, предоставленного законом об авторском праве автору творческой работы. В законах США об авторском праве добросовестное использование — это доктрина, которая разрешает ограниченное использование материалов, защищенных авторским правом, без получения разрешения от правообладателей. Примеры добросовестного использования включают комментарии, поисковые системы, критику, репортажи, исследования, обучение, архивирование библиотек и стипендии. Он предусматривает легальное, нелицензионное цитирование или включение материалов, защищенных авторским правом, в работы других авторов в соответствии с четырехфакторным балансирующим тестом.(источник: http://en.wikipedia.org/wiki/Fair_use)

Информация о медицине и здоровье, содержащаяся на сайте, имеет общий характер и цель, которая является чисто информативной и по этой причине не может в любом случае заменить совет врача или квалифицированного лица, имеющего законную профессию.

Тексты являются собственностью соответствующих авторов, и мы благодарим их за предоставленную нам возможность бесплатно делиться своими текстами с учащимися, преподавателями и пользователями Интернета, которые будут использоваться только в иллюстративных образовательных и научных целях.

Электрические схемы — IB Physics Stuff

5.2.1 Описание простой модели электропроводности в металле

Металл можно рассматривать как решетку положительно заряженных ионов в море отрицательно заряженных электронов. Некоторые электроны в металле могут свободно двигаться, электроны, которые могут двигаться, — это электроны, которые образуют электрический ток.

Свободные электроны движутся в металле с высокими скоростями, вплоть до 106 м / с, при движении они также сталкиваются с положительно заряженными ионами.Результатом всех столкновений является нулевое движение электронов, то есть отсутствие тока.

Когда существует разность потенциалов в проводнике, в результате возникает электрический ток, то есть чистый поток электронов в проводнике. Из-за всех столкновений реальная скорость среднего электрона через проводник очень мала. Было подсчитано, что средняя скорость электрона составляет порядка 10-4 м / с. Скорость электрона через проводник называется дрейфовой скоростью. Когда электрон сталкивается с положительными ионами, он теряет свою энергию, и проводник нагревается.

5.2.2 Определить электрический ток

Электрический ток — это чистый поток электрически заряженных частиц, он может возникать в твердых телах, жидкостях или газах. Электрический ток — фундаментальная единица физики. Сила тока измеряется в амперах и определяется как:

.

«Один ампер — это тот постоянный ток, который, если его поддерживать в двух прямых параллельных проводниках бесконечной длины, с ничтожно малым круглым поперечным сечением и помещать на расстоянии одного метра в вакууме, создавал бы между этими проводниками силу, равную 2 × 10-7. Ньютон на метр длины »

Как вам определение?

Обычно ток определяется как скорость, по которой течет заряд:

(1)

\ begin {align} I = \ frac {\ Delta q} {\ Delta t} \ end {align}

Где I — ток, q — заряд, а t — время.Ток определяется как переходящий от положительного к отрицательному потенциалу, это немного прискорбно, потому что поток электронов изменяется от отрицательного к положительному…

Например, в простой схеме с батареей и резистором:

5.2.3 Определение и применение концепции сопротивления

Некоторые материалы позволяют току течь легче, чем другие. Мера того, насколько легко протекает ток, называется сопротивлением . Сопротивление определяется как:

(2)

\ begin {align} R = \ frac {V} {I} \ end {align}

Где V — потенциальное напряжение на объекте, а I — ток, проходящий через объект.Это общее определение сопротивления, а не повторение закона Ома, который будет описан ниже.

5.2.4 Закон Ома
5.2.5 Сравните омические и неомические характеристики

«Если физические условия, такие как температура, поддерживаются постоянными, сопротивление остается постоянным в широком диапазоне приложенных разностей потенциалов, и, следовательно, разность потенциалов прямо пропорциональна протекающему току»

Математически это представлено как:

(3)

\ begin {align} \ frac {V} {I} = constant \ end {align}

Это соотношение является обобщением и применимо не ко всем материалам.Материал, который подчиняется закону Ома, называется омическим материалом, если материал не подчиняется закону Ома, он называется неомическим материалом.

Омическое поведение определяется как линейная зависимость между потенциалом на объекте и током, протекающим через него. Если соотношение не линейное, значит, поведение неомическое.

Пример неомического поведения:

Зависимость тока от напряжения для лампы накаливания

По мере увеличения напряжения на лампе накаливания ток увеличивается, но не линейно.Вы должны знать это и уметь нарисовать этот график для экзамена IB!

5.2.6 Вывести и применить выражения для рассеяния электрической мощности в резисторах

Все электрические компоненты используют энергию, скорость, с которой они потребляют энергию, называется электрической мощностью, потребляемой устройством или компонентом.

Начиная с основного определения мощности:

(4)

\ begin {align} P = \ frac {W} {t} \ end {align}

Затем, используя предыдущий результат для проделанной работы:

(5)

\ begin {уравнение} W = Vq \ end {уравнение}

Мы знаем, что ток — это заряд за единицу времени:

(6)

\ begin {align} I = \ frac {q} {t} \ end {align}

Итак, мы можем сказать:

(7)

\ begin {align} P = \ frac {Vq} {t} = IV \ end {align}

Используя определение сопротивления:

(8)

\ begin {align} R = \ frac {V} {I} \ end {align}

Мы можем определить мощность тремя различными способами:

(9)

\ begin {align} P = IV = I ^ 2 R = \ frac {V ^ 2} {R} \ end {align}

Эта последняя формула есть в вашем справочнике по формулам IB.Единица электрической мощности такая же, как и для механической мощности, ватт, определяемый как один Джоуль в секунду.

5.2.7 Определить электродвижущую силу

Электродвижущая сила — термин, вводящий в заблуждение. Это относится не к силе, а к напряжению или потенциалу, создаваемому электрическим источником. Если вопрос задает э.м.д. батареи или источника питания, он просто запрашивает разность потенциалов, генерируемую, создаваемую или между выводами источника.

Термин электродвижущая сила является историческим, поэтому просто запомните его название и не думайте о нем как о силе.

5.2.8 Опишите понятие внутреннего сопротивления

Каждый электрический элемент, независимо от того, насколько хорошо он сделан, не идеален и имеет некоторое сопротивление или внутреннее сопротивление. Чаще всего мы говорим о внутреннем сопротивлении батареи. По мере старения батарея химически разлагается, и внутреннее сопротивление батареи увеличивается, что вызывает ЭДС. батареи уменьшаться, т.е. понижается напряжение.

Единственное исключение — сверхпроводники, у которых внутреннее сопротивление ровно нулевое!

5.2.9 Выведите и примените уравнение для эквивалентных сопротивлений резисторов последовательно и параллельно
5.2.10 Рисование принципиальных схем

Действующий закон Кирхгофа — Правило перекрестка:

Сумма токов, протекающих в точке (или переходе) в цепи, равна сумме токов, протекающих в этой точке (или переходе).

Закон Кирхгофа является результатом закона сохранения заряда. Течение не может ни скопиться, ни исчезнуть.

Закон Кирхгофа о напряжении — правило петли:

В замкнутом цикле сумма e.m.f.s равняется сумме потенциальных падений.

Правило цикла является результатом сохранения энергии, энергия, подаваемая в цепь, равна энергии, выделенной или использованной, энергия не может накапливаться или исчезать.

Резисторы в серии:

В последовательной цепи:

  1. Все компоненты имеют только один путь тока
  2. Все компоненты имеют одинаковый ток через них
  3. Сумма падения потенциала на каждом компоненте равна e.м.ф. ячейки

Из законов Кирхгофа имеем:

(10)

\ begin {уравнение} I_1 = I_2 = I_3 = I_4 \ end {уравнение}

и

(11)

\ begin {уравнение} V = V_1 + V_2 + V_3 \ end {уравнение}

Из определения сопротивления:

(12)

\ begin {align} R = \ frac {V} {I} = \ frac {V_1 + V_2 + V_3} {I} \ end {align}

(13)

\ begin {align} R = \ frac {V_1} {I} + \ frac {V_2} {I} + \ frac {V_1} {2} = R_1 + R_2 + R_3 \ end {align}

Параллельные резисторы:

В параллельной цепи:

  1. Существует несколько текущих путей
  2. У всех компонентов одинаковая разность потенциалов
  3. Сумма токов, протекающих в любой точке, равна сумме токов, протекающих в этой точке.

Из законов Кирхгофа:

(14)

\ begin {уравнение} I = I_1 + I_2 + I_3 \ end {уравнение}

(15)

\ begin {уравнение} V = V_1 = V_2 = V_3 \ end {уравнение}

Из определения сопротивления:

(16)

\ begin {align} R = \ frac {V} {I} = \ frac {V} {I_1 + I_2 + I_3} \ end {align}

(17)

\ begin {align} \ frac {1} {R} = \ frac {I_1 + I_2 + I_3} {V} = \ frac {1} {R_1} + \ frac {1} {R_2} + \ frac {1 } {R_3} \ end {align}

Определения:

Ячейка: В основном батарея
Батарея: Источник постоянного тока для напряжения и тока, обычно состоит из множества ячеек.
Лампа: Лампочка!
Электропитание переменного тока: Это розетки в стене, переменный ток означает переменный ток. В цепи переменного тока электроны не имеют чистого движения, они просто бегают вперед и назад.
Switch: Если вы не знаете, что это такое, бросьте учебу и станьте государственным служащим.
Амперметр: Устройство, используемое для измерения тока, протекающего в цепи, необходимо подключать последовательно.
Гальванометр: Историческое название ранних простых амперметров.
Вольтметр: Устройство, используемое для измерения разности потенциалов, необходимо подключить параллельно.
Резистор: Не играет никакой роли, кроме как противодействовать прохождению тока, то есть убирает энергию из цепи или есть падение или разность потенциалов на резисторе.
Потенциометр: представляет собой электрический элемент с переменным сопротивлением, которым может управлять пользователь.
Трансформатор: Элемент, используемый для изменения напряжения и тока в электрической цепи.В идеальном трансформаторе энергия сохраняется. Таким образом, если напряжение повышается, ток снижается, и наоборот.
Нагревательный элемент: см. Переключатель

5.2.11 Описание использования амперметров и вольтметров

Вольтметры:

  1. Всегда подключается через устройство или параллельно.
  2. Имеет очень высокое внутреннее сопротивление, чтобы не забирать из цепи большой ток.

Амперметры:

  1. Всегда подключается последовательно с цепью
  2. Имеет очень низкое внутреннее сопротивление, чтобы не вызвать падения потенциала.

Хотите добавить или прокомментировать эти заметки? Сделайте это ниже.

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *