Чем измеряют напряжение тока. Как правильно измерять напряжение вольтметром: подробная инструкция

Как подключить вольтметр для измерения напряжения. Какие бывают виды вольтметров. На что обратить внимание при измерении постоянного и переменного напряжения. Какие меры предосторожности необходимо соблюдать.

Измерение напряжения — одна из базовых операций при работе с электрическими цепями. Для этого используется специальный прибор — вольтметр. В этой статье мы подробно рассмотрим, как правильно измерять напряжение с помощью вольтметра.

Что такое вольтметр и для чего он нужен

Вольтметр — это измерительный прибор, предназначенный для определения разности потенциалов (напряжения) между двумя точками электрической цепи. Основные характеристики вольтметра:

• Измеряет напряжение в вольтах (В)
• Подключается параллельно участку цепи
• Имеет высокое внутреннее сопротивление
• Бывает аналоговым (стрелочным) или цифровым

Вольтметр позволяет контролировать уровень напряжения в цепи, проверять исправность источников питания, находить неполадки в электрооборудовании.

Виды вольтметров

По принципу действия и конструкции вольтметры делятся на несколько основных типов:

1. Аналоговые (стрелочные) вольтметры

Принцип действия основан на отклонении стрелки под воздействием электромагнитного поля. Показания снимаются со шкалы прибора.

2. Цифровые вольтметры

Преобразуют измеряемое напряжение в цифровой код. Результат отображается на дисплее в виде числа.

3. Мультиметры

Многофункциональные приборы, совмещающие функции вольтметра, амперметра и омметра. Наиболее универсальны в использовании.

Как правильно подключить вольтметр

Для корректного измерения напряжения нужно соблюдать следующие правила подключения вольтметра:

1. Вольтметр всегда подключается параллельно исследуемому участку цепи
2. Красный щуп «+» подключается к точке с более высоким потенциалом
3. Черный щуп «-» подключается к точке с более низким потенциалом
4. Перед подключением нужно установить предел измерения выше ожидаемого напряжения
5. При измерении в высоковольтных цепях использовать специальные щупы с изоляцией

Измерение постоянного напряжения

При измерении постоянного напряжения необходимо:

1. Установить переключатель режимов в положение измерения постоянного напряжения (обозначается V⎓ или DC)
2. Выбрать предел измерения выше ожидаемого напряжения
3. Подключить щупы параллельно исследуемому участку, соблюдая полярность
4. Снять показания с дисплея или шкалы прибора

Измерение переменного напряжения

Для измерения переменного напряжения алгоритм следующий:

1. Установить переключатель в режим измерения переменного напряжения (обозначается V~ или AC)
2. Выбрать предел измерения с запасом
3. Подключить щупы к исследуемым точкам (полярность не важна)
4. Считать показания прибора

Меры предосторожности при работе с вольтметром

При проведении измерений напряжения важно соблюдать технику безопасности:

• Не превышать максимально допустимое напряжение для прибора
• Использовать изолированные щупы
• Не касаться оголенных проводников и металлических частей
• При работе с высоким напряжением использовать диэлектрические перчатки
• Не проводить измерения во влажных помещениях

Возможные ошибки при измерении напряжения

При работе с вольтметром можно столкнуться со следующими ошибками:

• Неправильный выбор предела измерения
• Нарушение полярности подключения при измерении постоянного напряжения
• Неверный выбор режима измерения (AC вместо DC или наоборот)
• Плохой контакт щупов с измеряемыми точками
• Влияние внешних электромагнитных полей на показания

Преимущества цифровых вольтметров

Цифровые вольтметры имеют ряд преимуществ по сравнению с аналоговыми:

• Высокая точность измерений
• Отсутствие ошибок считывания показаний
• Автоматический выбор предела измерения
• Возможность сохранения результатов
• Дополнительные функции (измерение частоты, температуры и др.)

Калибровка и проверка точности вольтметра

Для поддержания точности измерений вольтметр необходимо периодически калибровать. Это можно сделать следующими способами:

1. Сравнить показания с эталонным прибором
2. Измерить напряжение на источнике с известным значением (например, новая батарейка)
3. Провести калибровку в специализированной лаборатории

Регулярная проверка и калибровка позволяет поддерживать высокую точность измерений вольтметра.

В чем измеряется напряжение — единицы измерения и пояснения

Подобный вопрос может быть кого-то и насмешит, ведь это же элементарно. Но в наше время есть и такие люди, кто не знает на него ответа, хотя, наверное, каждый, кто себя уважает, должен иметь представление, что такое напряжение, какова единица его измерения и какие бывают приборы для замеров электрического тока.

По сути, этот термин обозначает разность потенциалов, а единица измерения напряжения — это вольт. Вольт — это фамилия ученого, который положил начало всему, что мы сейчас знаем об электричестве. А звали этого человека Алессандро.

Но это то, что касается электрического тока, т.е. того, при помощи которого работают привычные для нас бытовые электроприборы. Но существует и понятие механического параметра. Подобный параметр измеряется в паскалях. Но речь сейчас идет не о нем.

Чему равен вольт

Этот параметр может быть как постоянным, так и переменным.

Как раз переменный ток и «течет» в квартиры, здания и сооружения, дома и организации. Электрическое напряжение представляет собой амплитудные волны, обозначаемые на графиках в виде синусоиды.

Переменный ток обозначается в схемах значком «~». А если говорить о том, чему равен один вольт, то можно сказать, что это электрическое действие в цепи, где при протекании заряда, равного одному кулону (Кл), совершается работа, равная одному джоулю (Дж).

Измерение напряжения в сети

Стандартной формулой, по которой можно его рассчитать, является:

U = A:q, где U — это как раз и есть нужная величина; «А» является работой, которую выполняет электрическое поле (в Дж), перенося заряд, ну а «q» как раз и есть сам заряд, в кулонах.

Если же говорить о постоянных величинах, то они практически не отличаются от переменных (за исключением графика построения) и из них же и производятся, посредством выпрямительного диодного моста. Диоды, не пропуская ток в одну из сторон, как бы делят синусоиду, убирая из нее полуволны. В результате, вместо фазы и нуля получается плюс и минус, но исчисление при этом остается в тех же вольтах (В или V).

Измерение напряжения

Раньше для измерения подобного параметра использовался только аналоговый вольтметр. Сейчас на прилавках магазинов электротехники представлен очень широкий ассортимент подобных приборов уже в цифровом исполнении, а также мультиметров, как аналоговых, так и цифровых, при помощи которых и измеряют так называемый вольтаж. Подобным прибором может измеряться не только величина, но и сила тока, сопротивление цепи, и даже появляется возможность проверить емкость конденсатора или замерить температуру.

Конечно, аналоговые вольтметры и мультиметры не дают такой точности, как цифровые, на дисплее которых высвечивается единица напряжения вплоть до сотых или тысячных долей.

При измерении этого параметра вольтметр включается в цепь параллельно, т.е. при необходимости замерить величину между фазой и нулем, щупы прикладываются одним к первому проводу, а другим — ко второму, в отличие от измерения силы тока, где прибор включается в цепь последовательно.

В схемах вольтметр обозначается буквой V, обведенной кругом. Различные типы подобных приборов измеряют, помимо вольта, разные единицы напряжения. Вообще оно измеряется в следующих единицах: милливольт, микровольт, киловольт или мегавольт.

Обозначение вольтметра и амперметра в схеме и способы их включения в цепь

Значение напряжения

Значение этого параметра электрического тока в нашей жизни очень высоко, ведь от того, соответствует ли оно положенному, зависит, насколько ярко будут гореть в квартире лампы накаливания, а если установлены компактные люминесцентные, то уже встает вопрос, будут или нет они вообще гореть. От его скачков зависит долговечность работы всех световых и бытовых электроприборов, а потому наличие дома вольтметра или мультиметра, а также умение им воспользоваться становится необходимостью в наше время.

По этой причине можно с уверенностью сказать, что знание того, в каких единицах измеряется напряжение и из чего подобная величина складывается, очень важно в жизни каждого.

Похожие статьи:

В чем измеряется напряжение: единица измерения напряжения

О том, что в электротехнике есть такое понятие, как напряжение, знают многие. Напряжение может быть постоянным или переменным, оно может иметь различные величины и разную форму. Но в отличие от силы тока объяснить, что называется электрическим напряжением, могут далеко не все. Также многие знают, что напряжение измеряется в Вольтах, но что это за величина? Постараемся разобраться в этих и подобных вопросах.

Что такое электрическое напряжение?

Прежде чем разбираться в таких тонкостях, вспомним, что такое электрический ток. Упорядоченное движение заряженных частиц по замкнутой цепи называется электрическим током. А теперь подумаем, что заставляет эти заряженные частицы двигаться? Есть несколько способов заставить их перемещаться:

• механическое;
• химическое;
• фотоэлектрическое;
• статистическое;
• атмосферное;
• биологическое.

Для широкого пользования применяют первые два способа, их и разберем. При механическом способе вокруг катушки вращается магнит, или, наоборот, вокруг магнита вращается катушка, не так важно, главное, чтобы они двигались относительно друг друга.

Когда происходит такой процесс, в катушке электроны начинают двигаться вслед за магнитным полем, на концах катушки появляется заряд противоположного знака. То есть на одном конце имеется положительный заряд, на другом отрицательный.

Если катушку соединить проводом, то по проводу пойдет ток, потому что противоположно заряженные частицы притягиваются. А раз на концах катушки имеется разность потенциалов, то они стремятся соединиться, провод помогает им в этом.

Логично, что чем больше заряда накапливается на концах катушки, тем сильнее будет притяжение. Вот эту разность зарядов, в большинстве случаев, принято считать напряжением.

Единица измерения напряжения

Само по себе напряжение не производит работу, это делают заряды, перемещающиеся по цепи. Например, при движении электронов по вольфрамовой нити, электроны сталкиваются с атомами вольфрама и отдают ему часть энергии.

Благодаря этому нить нагревается и испускает электромагнитное излучение: тепло и свет. Но чтобы нить накалилась до необходимой температуры, необходимо точно знать сопротивление ее и подаваемое напряжение. В чем измеряется напряжение?

Единицей измерения напряжения служит Вольт. В русском обозначении используется буква В, в международном – V. Что понимается под напряжением в 1В? При таком напряжении по цепи должен идти постоянный ток величиной 1 А и совершаться работа мощностью 1 Вт.

Электрическое напряжение измеряется в Вольтах, названа эта величина в честь итальянского ученого Алессандро Вольта

По другому определению при напряжении в 1 В для перемещения заряда в 1 Кулон совершается работа в 1 Джоуль. Если более подробно рассматривать, в каких единицах измеряется напряжение, то следует отметить более крупную величину в 1 кВ (киловольт) и более мелкие: 1 мВ (милливольт), 1 мкВ (микровольт). Более подробную информацию можно увидеть в приведенной таблице:

От чего зависит напряжение

Как было показано выше, источники питания могут иметь разную природу. Так, грозовой разряд может достигать напряжения в 100 МВ и более, а в живом организме до нескольких вольт: у электрического ската 200–250 В; электрического угря до 650В. Гальванические элементы рассчитаны на питание приборов, для которых они предназначены и имеют напряжение до нескольких десятков вольт.

Также электрическое напряжение зависит от норм страны, где оно используется. Хотя напряжение на электростанциях имеет небольшое значение, с помощью трансформаторов его поднимают до нескольких десятков или сотен киловольт. Это снижает потери при передачах его на большие расстояния.

Каким прибором измеряется напряжение

Важно знать не только в чем измеряется напряжение, но и с помощью какого прибора можно произвести это измерение. Для этого потребуется вольтметр.

Несколько десятилетий назад существовали стрелочные приборы. В них стрелка отклонялась под действием электромагнита, выполненного в виде рамочной катушки, расположенной в постоянном магните. В современных приборах применяется жидкокристаллическое табло, а показания определяются встроенной микросхемой.

Осторожно! При измерении напряжения переключатель выбора измеряемых величин не должен оказаться в области измерения тока, это неизбежно приведет к выходу прибора из строя.

У некоторых может возникнуть вопрос: что лучше, отдельный вольтметр или мультиметр? Не имеет значения, каким прибором измеряется напряжение, все они приспособлены для этого. Те погрешности, которые содержатся в широко распространенных приборах, вполне допустимы для бытовых измерений.

Качество же прибора не зависит от его сложности или функциональности, как правило, это связано с недобросовестностью или неопытностью производителя.

Виды напряжения

Во время измерения напряжения важно знать, с каким родом напряжения мы имеем дело. Дело в том, что для получения желаемого результата необходимо:

• знать род тока;
• иметь представление о возможной величине;
• знать возможности прибора.

От рода тока будет зависеть, в какой области прибора следует устанавливать круговой переключатель. Также может иметь значение расположения щупов относительно клемм источника питания. Хотя многие приборы защищены от неправильного выбора шкалы измерений, неправильно выбранная шкала может значительно повлиять на показания.

Мультиметры способны измерять постоянное и переменное напряжение, но что касается переменного тока, здесь они ограничены в выборе. Рассмотрим это более подробно.

Постоянное напряжение

Электрическое напряжение бывает:

• постоянное;
• переменное.

К постоянному току традиционно относят следующие источники:

• гальванические элементы, солнечные батареи;
• выпрямители;
• генераторы постоянного тока.

Из них только первый источник действительно считается постоянным. По определению постоянным называется ток, не изменяющийся по величине и направлению. Выпрямители выдают однонаправленный пульсирующий ток, у которого есть своя частота.

Использование сглаживающих фильтров снижает эти колебания, но полностью не устраняет их, по крайней мере, в большинстве выпрямителях. Что касается генераторов, то у них и вовсе напряжение «скачет» от нуля до максимального значения. Это тоже требует сглаживание импульсов.

Гальванические элементы, как и солнечные батареи, на самом деле выдают постоянный ток. Конечно, при разряде элемента напряжение падает, но это происходит независимо от самого источника.

Для измерения постоянного напряжения необходимо соблюдать полярность. Поэтому щупы многих вольтметров или их провода окрашиваются в разные цвета.

Переменное напряжение

К переменному току можно отнести:

Синусоидальный ток отличается от других видов тем, что напряжение переходит нулевую отметку. В одном периоде напряжение с нуля доходит до максимального положительного значения, а затем снижается до максимального отрицательного значения, переходя нулевое значение. Пульсирующее и выпрямленное напряжения измеряются постоянным вольтметром, в то время как синусоидальный измеряется переменным вольтметром.

Синусоидальный ток многим отличается от постоянного. Например, различают способ измерения:

• фазный;
• линейный.

Фазное напряжение измеряется между нулевым проводом и фазой, в то время как линейное измеряется между фазами. Поскольку напряжение во времени постоянно меняется, можно определить его разные значения:

• мгновенное;
• амплитудное;
• среднее;
• среднеквадратическое;
• средневыпрямленное.

Мгновенным напряжением называется напряжение, соответствующее мгновенному значению по времени. То есть оно может иметь любое значение как в положительной области, так и в отрицательной.

Амплитудное – напряжение между двумя максимальными значениями периода. Среднее значение в переменном токе равно нулю.

Среднеквадратическое, это именно то значение, которое показывает мультиметр. Средневыпрямленное напряжение приравнивается к постоянному току.

Мы разобрали не только, в чем измеряется напряжение, но и разницу между постоянным и переменным напряжением. Узнали, что переменное напряжение можно измерять различными способами. Вся эта информация поможет лучше понимать специфичные формулировки, связанные с напряжением.

Похожие материалы на сайте:

Понравилась статья — поделись с друзьями!

 

§101. Измерение тока и напряжения

Измерение тока.

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

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.

Рис. 332. Схемы для измерения тока (а, б) и напряжения (в, г)

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. Большая 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:

I = I_А (R_А+R_ш)/R_ш = I_Аn (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.

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.

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 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:

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.

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 U₁ к выходному U₂ (рис. 333, а) называется коэффициентом деления. При холостом ходе U₁/U₂ = (R₁+R₂)/R2 = 1 + R₁/R₂. В делителях напряжения это отношение может быть выбрано равным 10, 100, 500 и т. д. в зависимости от того, к каким

Рис. 333. Схемы включения делителей напряжения

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).

Рис. 334. Включение электроизмерительных приборов посредством измерительных трансформаторов напряжения (а) и тока (б)

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 U₁ и U₂ на первичной и вторичной обмотках будут прямо пропорциональны числу витков N₁ и N₂ обеих обмоток трансформатора, т. е.

U₁/U₂ = N₁/N₂ = n (108)

Таким образом, подобрав соответствующее число витков N₁ и N₂ обмоток трансформатора, можно измерять высокие напряжения, подавая на электроизмерительный прибор небольшие напряжения.

Напряжение U₁ может быть определено умножением измеренного вторичного напряжения U₂ 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 I₁ и I₂, проходящие по его обмоткам, будут обратно пропорциональны числу витков N₁ и N₂ этих обмоток, т.е.

I₁/I₂ = N₁/N₂ = n (109)

Следовательно, подобрав соответствующим образом число витков N₁ и N₂ обмоток трансформатора, можно измерять большие токи I₁, пропуская через электроизмерительный прибор малые токи I₂. Ток I₁ может быть при этом определен умножением измеренного вторичного тока I₂ на величину n.

Амперметры, предназначенные для постоянной работы совместно с трансформаторами тока, градуируют на заводе с учетом коэффициента трансформации, и значения измеряемого тока I₁ 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.

Рис. 335. Проходной измерительный трансформатор тока

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 отношенияU₁/U₂ и I₁/I₂ 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 измерений 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.

Как измерять величину напряжение вольтметром

Вольтметр – это измерительный прибор, который предназначен для измерения напряжения постоянного или переменного тока в электрических цепях.

Вольтметр подключается параллельно к выводам источника напряжения с помощью выносных щупов. По способу отображения результатов измерений вольтметры бывают стрелочные и цифровые.

Величина напряжения измеряется в Вольтах, обозначается на приборах буквой В (в русском языке) или латинской буквой V (международное обозначение).

На электрических схемах вольтметр обозначается латинской буквой V, обведенной окружностью, как показано на фотографии.

Напряжение тока бывает постоянное и переменное. Если напряжение источника тока переменное, то перед значением ставится знак «~«, если постоянного, то знак «–«.

Например, переменное напряжение бытовой сети 220 Вольт кратко обозначается так: ~220 В или ~220 V. На батарейках и аккумуляторах при их маркировке знак «–» часто опускается, просто нанесено число. Напряжение бортовой сети автомобиля или аккумулятора обозначается так: 12 В или 12 V, а батарейки для фонарика или фотоаппарата: 1,5 В или 1,5 V. На корпусе в обязательном порядке наносится маркировка возле положительного вывода в виде знака «+«.

Полярность переменного напряжения изменяется во времени. Например, напряжение в бытовой электропроводке изменяет полярность 50 раз в секунду (частота изменения измеряется в Герцах, один Герц равен одному изменению полярности напряжения в одну секунду).

Полярность постоянного напряжения во времени не меняется. Поэтому для измерения напряжения переменного и постоянного тока требуются разные измерительные приборы.

Существуют универсальные вольтметры, с помощью которых можно измерять как переменное, так и постоянное напряжение без переключения режимов работы, например, вольтметр типа Э533.

Как измерять напряжение в электропроводке бытовой сети

Внимание! При измерении напряжения величиной выше 36 В недопустимо прикосновение к оголенным провода,так как это может привести к поражению электрическим током!

Согласно требованиям ГОСТ 13109-97 действующее значение напряжения в электрической сети должно быть 220 В ±10%, то есть может изменяться в пределах от 198 В до 242 В. Если в квартире стали тускло гореть лампочки или часто перегорать, стала нестабильно работать бытовая техника, то для принятия мер, требуется сначала измерять значение напряжения в электропроводке.

    Приступая к измерениям, необходимо подготовить прибор:

– проверить надежность изоляции проводников с наконечниками и щупов;

– установить переключатель пределов измерений в положение измерения переменного напряжения не менее 250 В;

– вставить разъемы проводников в гнезда прибора ориентируясь по надписям возле них;

– включить измерительный прибор (если необходимо).

Как видно на картинке, в тестере выбран предел измерения переменного напряжения 300 В, а в мультиметре 700 В. Во многих моделях тестеров, нужно установить в требуемое положение сразу несколько переключателей. Род тока (~ или –), вид измерений (В, А или Омы) и еще вставить концы щупов в нужные гнезда.

В мультиметре конец щупа черного цвета вставлен в гнездо COM (общее для всех измерений), а красного в V, общий для изменения постоянного и переменного напряжения, тока, сопротивления и частоты. Гнездо, обозначенное ma , используются для измерения малых токов, 10 А при измерении тока достигающего 10 А.

Внимание! Измерение напряжения, когда штекер вставлен в гнездо 10 А выведет прибор из строя. В лучшем случае перегорит вставленный внутри прибора предохранитель, в худшем придется покупать новый мультиметр. Особенно часто допускают ошибки при использовании приборов для измерения сопротивления, и, забыв переключить режим, измеряют напряжение. Встречал не один десяток таких неисправных приборов, с горелыми резисторами внутри.

После проведения всех подготовительных работ можно приступать к измерению. Если Вы включили мультиметр, а на индикаторе не появились цифры, значит, либо в прибор не установлена батарейка или она уже выработала свой ресурс. Обычно в мультиметрах применяется батарейка типа «Крона», напряжением 9 В, срок годности которой один год. Поэтому, даже если прибор не использовался долгое время, батарейка может быть неработоспособна. При эксплуатации мультиметра в стационарных условиях целесообразно вместо кроны использовать адаптер ~220 В/–9 В.

Вставляете концы щупов в розетку или прикасаетесь ними к проводам электропроводки.

Мультиметр сразу покажет напряжение в сети, а вот в стрелочном тестере показания надо еще уметь прочитать. На первый взгляд, кажется, что сложно, так как много шкал. Но если присмотреться, то становится ясно, по какой шкале считывать показания прибора. На рассматриваемом приборе типа ТЛ-4 (который безотказно мне служит более 40 лет!) есть 5 шкал.

Верхняя шкала используется для снятия показаний, когда переключатель стоит в положениях кратных 1 (0,1, 1, 10, 100, 1000). Шкала, расположенная чуть ниже, кратных 3 (0,3, 3, 30, 300). При измерениях напряжения переменного тока величиной 1 В и 3 В, нанесены еще 2 дополнительные шкалы. Для измерения сопротивления имеется отдельная шкала. Аналогичную градуировку имеют все тестеры, но кратность может быть любая.

Так как предел измерений был выставлен ~300 В, значит, отсчет нужно производить по второй шкале с пределом 3, умножив показания на 100. Цена маленького деления равна 0,1, следовательно, получается 2,3 + стрелка стоит посередине между штрихами, значит, берем значение показаний 2,35×100=235 В.

Получилось, что измеренное значение напряжения составляет 235 В, что в пределах допустимого. Если в процессе измерений наблюдается постоянное изменение значения цифр младшего разряда, а у тестера стрелка постоянно колеблется, значит, имеются плохие контакты в соединениях электропроводки и необходимо провести ее ревизию.

Как измерять напряжение батарейки

аккумулятора или блока питания

Так как напряжение источников постоянного тока обычно не превышает 24 В, то прикосновение к клеммам и оголенным проводам не опасно для человека и особых мер безопасности соблюдать не требуется.

Для того, чтобы оценить годность батарейки, аккумулятора или исправность блока питания требуется измерять напряжение на их выводах. Выводы у круглых батареек находятся по торцам цилиндрического корпуса, положительный вывод обозначен знаком «+».

Измерение напряжения постоянного тока практически мало чем отличается от измерения переменного. Нужно просто переключить прибор в соответствующий режим измерения и соблюдать полярность подключения.

Величина напряжения, которое создает батарейка обычно нанесена на ее корпусе. Но даже если результат измерений показал достаточное напряжение, это еще не говорит о том, что батарейка хорошая, так как измерена ЭДС (электро движущая сила), а не емкость батарейки, от которой зависит продолжительность работы изделия, в которое она будет установлена.

Для более точной оценки емкости батарейки нужно напряжение измерять, подсоединив к ее полюсам нагрузку. В качестве нагрузки для батарейки 1,5 В хорошо подходит лампочка накаливания для фонарика, рассчитанная на напряжение 1,5 В. Для удобства работы нужно припаять к ее цоколю проводники.

Если напряжение под нагрузкой снижается менее, чем на 15%, то батарейка или аккумулятор вполне пригодны для эксплуатации. Если нет измерительного прибора, то можно судить о годности к дальнейшей эксплуатации батарейки по яркости свечения лампочки. Но такая проверка не может гарантировать продолжительность работы батарейки в устройстве. Она лишь свидетельствует, что в настоящее время батарейка еще пригодна к эксплуатации.

Прибор для измерения напряжения. Как измерить напряжение мультиметром

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Теперь сам процесс измерения.

1. Измерение постоянного напряжения.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

2. Измерение переменного напряжения.

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

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

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

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

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

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

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:

I = \frac{U}{R} = \frac{12}{100} = 0.12

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:

I = \frac{U}{R_1+r_А}

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:

R = \frac{r_А}{n\medspace-\medspace 1}

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:

R = \frac{r_А}{n\medspace-\medspace 1}

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:

I_А\medspace r_А = I_R\medspace R

Выразим ток шунта через ток амперметра:

I_R = I_А\medspace \frac{r_А}{R}

Измеряемый ток равен:

I = I_R + I_А

Подставим в это уравнение предыдущее выражение для тока шунта:

I = I_А + I_А\medspace \frac{r_А}{R}

Но сопротивление шунта нам также известно (R = \frac{r_А}{n\medspace-\medspace 1}). В итоге мы получаем:

I = I_А\medspace (1 + \frac{r_А\medspace (n\medspace-\medspace 1)}{r_А}\enspace) = I_А\medspace n

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:

I_1 = I_2 = \frac{U}{R_1 + R_2} = \frac{30}{10 + 20} = 1

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:

R_Д = r_В\medspace (n\medspace-\medspace 1)

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:

U_2 = I_2\medspace R_2 = U_В + I_В\medspace R_3

Подставим в эту формулу выражение для расчета сопротивления добавочного резистора:

U_2 = U_В + I_В\medspace (r_В\medspace (n\medspace-\medspace 1)) = U_В + I_В\medspace r_В\medspace n\medspace-\medspace I_В\medspace r_В = U_В + U_В\medspace n\medspace-\medspace U_В = U_В\medspace n

Таким образом: U_В = \frac{U_2}{n}. 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!

Физика 8 класс. Измерение силы тока и напряжения. Измерение работы и мощности тока :: Класс!ная физика

Физика 8 класс. ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТОКА В УЧАСТКЕ ЦЕПИ

Для измерения силы тока существует измерительный прибор — амперметр.

Условное обозначение амперметра на электрической схеме:

При включении амперметра в электрическую цепь необходимо знать :

1. Амперметр включается в электрическую цепь последовательно с тем элементом цепи,
силу тока в котором необходимо измерить.

2. При подключении надо соблюдать полярность: «+» амперметра подключается к «+» источника тока,
а «минус» амперметра — к «минусу» источника тока.

ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ
НА УЧАСТКЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

Для измерения напряжения существуют специальный измерительный прибор — вольтметр.

Условное обозначение вольтметра на электрической схеме:

При включении вольтметра в электрическую цепь необходимо соблюдать два правила:

1. Вольтметр подключается параллельно участку цепи, на котором будет измеряться напряжение;

2.Соблюдаем полярность: «+» вольтметра подключается к «+» источника тока,
а «минус» вольтметра — к «минусу» источника тока.

___

Для измерения напряжения источника питания вольтметр присоединяют непосредственно к его зажимам.

ИЗМЕРЕНИЕ РАБОТЫ И МОЩНОСТИ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Для определения работы или мощности тока можно использовать специальный измерительный прибор — ваттметр.
При отсутствии ваттметра пользуются одновременным подключением двух измерительных приборов к нужному участку цепи: амперметра и вольтметра.

Далее проводится расчет работы и мощности тока по формулам.

P = UI ……… и ……. A = UIt

ОПРЕДЕЛИ !

1. Что изменилось на участке цепи, если включенный параллельно вольтметр
показывает уменьшение напряжения?

___

2. Какими способами можно определить напряжение в городской сети,
имея в своем распоряжении любые приборы, кроме вольтметра?

Устали? — Отдыхаем!

Что такое напряжение? | Fluke

Напряжение — это давление от источника питания электрической цепи, которое проталкивает заряженные электроны (ток) через проводящую петлю, позволяя им выполнять такую ​​работу, как включение света.

Вкратце, напряжение = давление , и оно измеряется в вольт (В). Этим термином признан итальянский физик Алессандро Вольта (1745-1827), изобретатель гальванической батареи — предшественника современной бытовой батареи.

В первые дни развития электричества напряжение было известно как электродвижущая сила (ЭДС).Вот почему в уравнениях, таких как закон Ома, напряжение обозначается символом E .

Пример напряжения в простой цепи постоянного тока:

1. В этой цепи постоянного тока переключатель замкнут (включен).
2. Напряжение в источнике питания — «разность потенциалов» между двумя полюсами батареи — активируется, создавая давление, которое заставляет электроны течь в виде тока через отрицательную клемму батареи.
3. Ток достигает свет, заставляя его светиться.
4. Ток возвращается к источнику питания.

Напряжение — это либо напряжение переменного тока (ac) , либо напряжение постоянного тока (dc) . Способы, которыми они различаются:

Напряжение переменного тока (на цифровом мультиметре обозначено):

• Течение равномерно волнообразными волнами, как показано ниже:
• Меняет направление через равные промежутки времени.
• Обычно производятся коммунальными предприятиями с помощью генераторов , в которых механическая энергия — вращательное движение, приводимое в движение проточной водой, паром, ветром или теплом — преобразуется в электрическую энергию.
• Чаще, чем напряжение постоянного тока. Коммунальные предприятия поставляют переменное напряжение в дома и на предприятия, где большинство устройств используют переменное напряжение.
• Источники первичного напряжения зависят от страны. В США, например, 120 вольт.
• Некоторые бытовые устройства, такие как телевизоры и компьютеры, используют питание постоянного тока. Они используют выпрямители (например, этот толстый блок в шнуре портативного компьютера) для преобразования переменного напряжения и тока в постоянный.

Генераторы преобразуют вращательное движение в электричество.Вращательное движение обычно вызывается текущей водой (гидроэлектростанция) или паром из воды, нагретой газом, нефтью, углем или ядерной энергией.

Напряжение постоянного тока (обозначено на цифровом мультиметре значком и):

• Перемещается по прямой линии и только в одном направлении.
• Обычно производится из источников накопленной энергии, таких как батареи .
• Источники постоянного напряжения имеют положительную и отрицательную клеммы. Клеммы устанавливают полярность в цепи, и полярность может использоваться, чтобы определить, является ли цепь постоянным или переменным током.
• Обычно используется в портативном оборудовании с батарейным питанием (автомобили, фонарики, фотоаппараты).

Какая разница потенциалов?

Напряжение и термин «разность потенциалов» часто используются как синонимы. Разницу потенциалов можно было бы лучше определить как разность потенциальной энергии между двумя точками в цепи. Величина разницы (выраженная в вольтах) определяет, сколько существует потенциальной энергии для перемещения электронов из одной конкретной точки в другую. Количество определяет, сколько работы потенциально может быть выполнено через схему.

Бытовая щелочная батарея AA, например, имеет напряжение 1,5 В. Обычные бытовые электрические розетки имеют напряжение 120 В. Чем больше напряжение в цепи, тем выше ее способность «выталкивать» больше электронов и выполнять работу.

Напряжение / разность потенциалов можно сравнить с водой, хранящейся в резервуаре. Чем больше резервуар и чем больше его высота (и, следовательно, его потенциальная скорость), тем больше способность воды создавать удар, когда клапан открывается и вода (как электроны) может течь.

Почему полезно измерять напряжение

Техники подходят к большинству ситуаций устранения неисправностей, зная, как обычно должна работать схема.

Цепи используются для передачи энергии нагрузке — от небольшого устройства до бытовой техники и промышленного двигателя. Нагрузки часто имеют паспортную табличку, на которой указаны их стандартные электрические эталонные значения, включая напряжение и ток. Вместо паспортной таблички некоторые производители предоставляют подробную схему (техническую схему) схемы нагрузки.Руководства могут включать стандартные значения.

Эти числа говорят технику, какие показания следует ожидать при нормальной работе нагрузки. Показания цифрового мультиметра позволяют объективно определить отклонения от нормы. Даже в этом случае технический специалист должен использовать знания и опыт, чтобы определить факторы, вызывающие такие отклонения.

Ссылка: Принципы цифрового мультиметра Глена А. Мазура, American Technical Publishers.

Измерения напряжения: практическое руководство — NI

Несмотря на то, что многие датчики выдают напряжение постоянного тока, которое можно измерить с помощью мультиметра или устройства сбора данных, основная задача этого технического документа — изучить общие измерения постоянного тока, не требующие установки промежуточного датчика.

Основы измерения напряжения

Чтобы понять, как измерять напряжение, важно понимать основы того, как вы проводите измерения. По сути, напряжение — это разность электрических потенциалов между двумя интересующими вас точками в электрической цепи. Однако общая путаница заключается в том, как определяется контрольная точка измерения. Контрольная точка измерения — это уровень напряжения, при котором выполняется измерение.

Методы опорных точек

Существует два основных метода измерения напряжений: опорное заземление и дифференциальное.

Измерение опорного напряжения на землю

Один из методов — измерить напряжение относительно общей точки или точки «земли». Часто эти «земли» стабильны и неизменны и чаще всего составляют около 0 В. Исторически термин «земля» возник из обычного применения, когда потенциал напряжения равен 0 В путем подключения сигнала непосредственно к земле. особенно хороши для канала, который соответствует следующим условиям:

• Входной сигнал высокого уровня (более 1 В)
• Длина проводов, соединяющих сигнал с устройством, составляет менее 10 футов (3 м)
• Входной сигнал может иметь общую опорную точку с другими сигналами
  

Заземление обеспечивается либо устройством, выполняющим измерения, либо измеряемым внешним сигналом.Когда заземление обеспечивается устройством, эта установка называется несимметричным режимом с привязкой к земле (RSE), а когда земля обеспечивается сигналом, такая установка называется несимметричным режимом без привязки (NRSE).

Большинство приборов предлагают аналогичные конфигурации контактов для измерений аналогового входа. Следующий пример демонстрирует этот тип измерения с использованием шасси CompactDAQ и модуля аналогового ввода NI 9205 (см. Рисунок 1).

Рисунок 1.Шасси CompactDAQ с модулем аналогового ввода NI 9205

На рисунке 2 показана схема подключения для измерения напряжения RSE с использованием шасси NI cDAQ-9178 с NI 9205, а также распиновка для модуля. На рисунке 2 контакт 1 соответствует каналу «Аналоговый вход 0», а контакт 17 соответствует общему заземлению.

Рисунок 2. Односторонний режим с заземлением

На рисунке 3 показана схема подключения для измерения напряжения NRSE с использованием cDAQ-9178 с NI 9205.На рисунке контакт 1 соответствует каналу «Аналоговый вход 0», а контакт 35 соответствует каналу «Контроль аналогового входа». Этот канал, особенно для измерений NRSE, может обнаруживать напряжение земли, создаваемое сигналом.

Рисунок 3. Односторонний режим без ссылки

Измерение дифференциального напряжения

Другой способ измерения напряжения — определение «разности» напряжения между двумя отдельными точками в электрической цепи.Например, чтобы измерить напряжение на одном резисторе, вы измеряете напряжение на обоих концах резистора. Разница между напряжениями — это напряжение на резисторе. Обычно измерения дифференциального напряжения полезны для определения напряжения, которое существует на отдельных элементах схемы, или если источники сигнала зашумлены.

Дифференциальные входные соединения особенно хорошо подходят для канала, который соответствует любому из следующих условий:

• Входной сигнал низкого уровня (менее 1 В)
• Длина проводов, соединяющих сигнал с устройством, превышает 3 м (10 футов)
• Входной сигнал требует отдельной опорной точки заземления или обратного сигнала
• Сигнальные провода проходят через шумную среду
  

На рисунке 4 показана схема подключения для измерения дифференциального напряжения с использованием cDAQ-9178 с NI 9205.На рисунке контакт 1 соответствует каналу «Аналоговый вход 0», а контакт 19 соответствует каналу «Аналоговый вход 8».

В дифференциальном режиме отрицательный сигнал подключается к аналоговому выводу, обращенному непосредственно к аналоговому каналу, который подключен к положительному сигналу. Например, «Аналоговый вход 0» будет подключен к положительному сигналу, «Аналоговый вход 8» будет подключен к отрицательным сигналам, «Аналоговый вход 1» — к положительному, «Аналоговый вход 9» — к отрицательному и так далее. Недостатком дифференциального режима является то, что он эффективно уменьшает вдвое количество аналоговых входных измерительных каналов.

Рисунок 4. Дифференциальный режим

Типы источников сигналов

Перед настройкой входных каналов и подключением сигналов необходимо определить, являются ли источники сигналов плавающими или заземленными.

Плавающие источники сигналов

Беспотенциальный источник сигнала не подключен к системе заземления здания, но имеет изолированную контрольную точку заземления. Некоторыми примерами плавающих источников сигналов являются выходы трансформаторов, термопар, устройств с батарейным питанием, оптических изоляторов и развязывающих усилителей.Инструмент или устройство с изолированным выходом является источником плавающего сигнала. Заземление плавающего сигнала должно быть подключено к земле устройства, чтобы установить местный или бортовой опорный сигнал для сигнала. В противном случае измеряемый входной сигнал изменяется, поскольку источник выходит за пределы синфазного входного диапазона.

Источники сигналов с привязкой к земле

Источник сигнала с привязкой к земле подключен к заземлению системы здания, поэтому он уже подключен к общей точке заземления по отношению к устройству, предполагая, что измерительное устройство подключено к той же системе питания, что и источник.К этой категории относятся неизолированные выходы приборов и устройств, которые подключаются к системе электроснабжения здания. Разница в потенциале земли между двумя приборами, подключенными к одной и той же энергосистеме здания, обычно составляет от 1 до 100 мВ, но разница может быть намного выше, если цепи распределения питания подключены неправильно. Если заземленный источник сигнала измерен неправильно, эта разница может проявиться как ошибка измерения. Следуя инструкциям по подключению заземленных источников сигнала, можно устранить разность потенциалов земли из измеряемого сигнала.

На рис. 5 показаны различные типы источников сигнала, а также оптимальные схемы подключения, основанные на отдельном методе измерения. Обратите внимание, что в зависимости от типа сигнала конкретный метод измерения напряжения может дать лучшие результаты, чем другие.

Рисунок 5. Типы обычных источников сигнала в сравнении с рекомендуемыми конфигурациями входов

Узнайте больше о полевой проводке и шумах для аналоговых сигналов.

Измерения высокого напряжения и изоляция

При измерении более высоких напряжений необходимо учитывать множество факторов.При выборе системы сбора данных первый вопрос, который вы должны задать, — будет ли эта система безопасной. Выполнение измерений высокого напряжения может быть опасным для вашего оборудования, тестируемого устройства и даже для вас и ваших коллег. Чтобы обеспечить безопасность вашей системы, вы должны обеспечить изоляционный барьер между пользователем и опасными напряжениями с изолированными измерительными устройствами.

Изоляция

, средство физического и электрического разделения двух частей измерительного устройства, может быть разделено на электрическую и безопасную изоляцию.Электрическая изоляция предназначена для устранения путей заземления между двумя электрическими системами. Обеспечивая электрическую изоляцию, вы можете разорвать контуры заземления, увеличить синфазный диапазон системы сбора данных и сдвинуть опорный сигнал заземления по уровню на единицу заземления системы. Изоляция безопасности ссылается на стандарты, которые содержат особые требования к изоляции людей от контакта с опасным напряжением. Он также характеризует способность электрической системы предотвращать передачу высокого напряжения и переходных напряжений через ее границу в другие электрические системы, с которыми пользователь может контактировать.

Включение изоляции в систему сбора данных выполняет три основные функции: предотвращение контуров заземления, подавление синфазного напряжения и обеспечение безопасности.

Узнайте больше об измерениях и изоляции высокого напряжения.

Контуры заземления

Контуры заземления являются наиболее распространенным источником шума в приложениях для сбора данных. Они возникают, когда две подключенные клеммы в цепи имеют разные потенциалы заземления, вызывая протекание тока между двумя точками.Локальное заземление вашей системы может быть на несколько вольт выше или ниже земли ближайшего здания, а удары молнии поблизости могут вызвать разницу в несколько сотен или тысяч вольт. Это дополнительное напряжение само по себе может вызвать значительную ошибку в измерениях, но вызывающий его ток может также связывать напряжения в соседних проводах. Эти ошибки могут проявляться в виде переходных процессов или периодических сигналов. Например, если контур заземления сформирован из линий электропередачи переменного тока 60 Гц, нежелательный сигнал переменного тока проявляется как периодическая ошибка напряжения при измерении.

При наличии контура заземления измеренное напряжение Vm представляет собой сумму напряжения сигнала Vs и разности потенциалов Vg, которая существует между землей источника сигнала и землей измерительной системы (см. Рисунок 6). Этот потенциал обычно не является уровнем постоянного тока; таким образом, результатом является зашумленная система измерения, часто показывающая в показаниях компоненты частоты сети (60 Гц).

Рис. 6. Заземленный источник сигнала, измеренный с помощью системы с заземлением
, имеет контуры заземления

Во избежание образования контуров заземления убедитесь, что в измерительной системе имеется только один эталон заземления, или используйте изолированное измерительное оборудование.Использование изолированного оборудования исключает путь между землей источника сигнала и измерительным устройством, тем самым предотвращая протекание тока между несколькими точками заземления.

В ранее упомянутой настройке CompactDAQ модуль аналогового ввода NI 9229 обеспечивает межканальную изоляцию 250 В.

Рисунок 7. Изолированный модуль аналогового ввода NI 9229 между каналами

Синфазное напряжение

Идеальная дифференциальная измерительная система реагирует только на разность потенциалов между двумя своими клеммами, входами (+) и (-).Дифференциальное напряжение на паре цепей является полезным сигналом, однако может существовать нежелательный сигнал, который является общим для обеих сторон пары дифференциальных цепей. Это напряжение известно как синфазное напряжение. Идеальная дифференциальная измерительная система полностью отклоняет, а не измеряет синфазное напряжение. Однако практические устройства имеют несколько ограничений, описываемых такими параметрами, как диапазон синфазного напряжения и коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR), которые ограничивают эту способность отклонять синфазное напряжение.

Диапазон синфазного напряжения определяется как максимально допустимое колебание напряжения на каждом входе относительно земли измерительной системы. Нарушение этого ограничения приводит не только к ошибке измерения, но и к возможному повреждению компонентов на плате.

Коэффициент подавления синфазного сигнала описывает способность измерительной системы отклонять синфазное напряжение. Усилители с более высокими коэффициентами подавления синфазных напряжений более эффективны при подавлении синфазных напряжений.

В неизолированной дифференциальной измерительной системе электрический путь все еще существует в цепи между входом и выходом.Следовательно, электрические характеристики усилителя ограничивают уровень синфазного сигнала, который можно подать на вход. Использование развязывающих усилителей устраняет токопроводящий электрический путь и резко увеличивает коэффициент подавления синфазного сигнала.

Топологии изоляции

При настройке системы измерения важно понимать топологию изоляции устройства. Различные топологии имеют несколько связанных соображений стоимости и скорости.

Между каналами

Самая надежная топология изоляции — это изоляция каналов. В этой топологии каждый канал отдельно изолирован друг от друга и от других неизолированных компонентов системы. Кроме того, каждый канал имеет собственный изолированный источник питания.

Что касается скорости, можно выбрать из нескольких архитектур. Использование развязывающего усилителя с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) на канал обычно быстрее, поскольку вы можете получить доступ ко всем каналам параллельно.Модули аналогового ввода NI 9229 и NI 9239 обеспечивают межканальную изоляцию для обеспечения высочайшей точности измерений.

Более экономичная, но более медленная архитектура предполагает мультиплексирование каждого изолированного входного канала в один АЦП.

Другой метод обеспечения межканальной развязки — использование общего изолированного источника питания для всех каналов. В этом случае синфазный диапазон усилителей ограничен шинами питания этого источника питания, если вы не используете входные аттенюаторы.

Банк

Другая топология развязки включает объединение или группирование нескольких каналов вместе для совместного использования одного развязывающего усилителя. В этой топологии разница синфазного напряжения между каналами ограничена, но синфазное напряжение между группой каналов и неизолированной частью измерительной системы может быть большим. Отдельные каналы не изолированы, но берега каналов изолированы от других берегов и от земли. Эта топология представляет собой более дешевое решение для изоляции, поскольку в этой конструкции используются один изолирующий усилитель и источник питания.

Большинство модулей аналогового ввода NI C Series, таких как NI 9201 и NI 9221, изолированы от банка и могут обеспечивать точные аналоговые измерения напряжения при меньших затратах.

Как увидеть свои измерения: NI LabVIEW

После подключения датчика к измерительному прибору вы можете использовать программное обеспечение графического программирования LabVIEW для визуализации и анализа данных по мере необходимости (см. Рисунок 8).

Рисунок 8. Измерение напряжения LabVIEW

Что измеряют напряжения? | IOPSpark

Напряжение / разность потенциалов

Электричество и магнетизм

Что измеряют напряжения?

Руководство для преподавателей для 11-14

Загадочное количество

Думая об обучении

Размышление о напряжении либо с точки зрения размера толчка, либо с точки зрения второго фактора (а также тока), который устанавливает мощность, коммутируемую элементом в цепи (см. Повествование по физике), вероятно, будет интуитивно понятным для учеников. на этом этапе обучения.Батареи с более высоким напряжением обеспечивают больший толчок, что приводит к большей мощности, рассеиваемой в цепях, частью которых они являются.

Размышляя об обучении

Почему важны измерения напряжения? Какого рода информацию они предоставляют? Что, по словам измерения напряжения, отличается от измерения тока?

Это важные вопросы, на которые следует обратить внимание при обучении. Краткий ответ на все из них заключается в том, что измерения напряжения дают энергетическую картину электрической цепи.В то время как измерения тока говорят нам о потоке заряда (кулон в секунду), измерения напряжения предоставляют информацию о мощности, рассеиваемой этим зарядом (ватт на ампер) в различных частях цепи.

Мы действительно считаем важным не зайти слишком далеко с детьми младшего возраста. Напряжение — сложная идея.

Мы действительно думаем, что использование веревочной петли может здесь помочь. Это потому, что ученики могут разыграть то, что происходит в контуре со скакалкой. По мере того, как веревка проходит через их руки, их руки нагреваются, и это аккуратно моделирует передачу энергии в тепловой накопитель за счет электрической работы.Рассеиваемая мощность зависит от двух факторов: протекания веревки (тока) и того, насколько сильно вы держите веревку (напряжение).

Чем крепче ученики берут веревку, тем теплее становятся их руки на каждый метр веревки, проходящей через их руки. Напряжение — аналогичный сигнал, хотя и электрический. Он действует аналогично твердости восприятия учеников: чем больше напряжение, тем больше мощность на каждый ампер. (Точнее, сила трения, препятствующая течению веревки, является точным аналогом напряжения.)

Поскольку то, что ученики делают руками, позволяет им предсказать, где в конечном итоге энергия переместится в веревочной петле, мы называем это обучающей моделью. Это модель, потому что она обладает предсказательной силой. Структура этой модели такая же, как и у модели электрической схемы, поэтому она является таким мощным эвристическим инструментом.

Различные трактовки напряжения / тока и энергии / мощности. История

Можно познакомить с понятием напряжения на разных уровнях сложности, которое можно использовать с учениками разного возраста и способностей.Вникать в идею во всех деталях, вероятно, лучше всего, думая о силе. Это подход, использованный в теме SPT: Электричество и энергия.

На феноменологическом уровне напряжение батареи устанавливает мощность для каждого ампера. Чем больше батарея, тем ярче лампы, потому что:

• В каждой лампочке больше тока.
• На каждой лампочке больше напряжения.

Накопление всей этой электрической работы заключается в том, что энергия передается в накопители и из них.

Напряжение сравнивает изменение энергии в разных хранилищах, прогнозируя или измеряя сравнительные количества энергии, смещенной разными частями цепи. Но, конечно, эти изменения накапливаются со временем — чем дольше работает цепь, тем больше изменение энергии. Мощность остается постоянной, пока работает цепь.

На более продвинутом уровне напряжение батареи принимается как мера количества джоулей энергии, смещенной за каждый проходящий кулон заряда.Напряжение на лампочке или сопротивление какой-либо другой цепи принимается как мера количества джоулей энергии, смещаемой каждым кулоном заряда, когда это количество заряда проходит через этот компонент.

Напряжение: что это? (Определение, формула и как измерить разность потенциалов)

Что такое напряжение?

Напряжение (также известное как разность электрических потенциалов, ЭДС электродвижущей силы, электрическое давление или электрическое напряжение) определяется как разность электрических потенциалов на единицу заряда между двумя точками в электрическом поле.Напряжение выражается математически (например, в формулах) с помощью символа «V» или «E».

Если вы ищете более интуитивное объяснение, помогающее объяснить, что такое напряжение, перейдите к этому разделу статьи.

В противном случае мы продолжим ниже с более формальным определением напряжения.

В статическом электрическом поле работа, необходимая для перемещения единицы заряда между двумя точками, известна как напряжение. Математически напряжение может быть выражено как

, где проделанная работа выражается в джоулях, а заряд — в кулонах.

Мы можем определить напряжение как количество потенциальной энергии между двумя точками в цепи.

Одна точка имеет более высокий потенциал, а другая точка имеет более низкий потенциал. Разница в заряде между более высоким и более низким потенциалами называется разностью напряжений или потенциалов.

Напряжение или разность потенциалов заставляют электроны проходить через цепь.

Чем выше напряжение, тем больше сила и, следовательно, тем больше электронов проходит через цепь.Без напряжения или разности потенциалов электроны беспорядочно перемещались бы в свободном пространстве.

Напряжение также известно как электрическое напряжение. Например, допустимая нагрузка на напряжение таких кабелей, как 1 кВ, 11 кВ, 33 кВ, называется кабелями низкого, высокого и сверхвысокого напряжения соответственно.

Определение разности потенциалов как потенциала электрического поля

Как уже упоминалось, напряжение определяется как разность электрических потенциалов на единицу заряда между двумя точками в электрическом поле.Опишем это с помощью уравнений.

Рассмотрим две точки A и B.

Потенциал точки A по отношению к точке B определяется как работа, совершаемая при перемещении a на единицу заряда из точки A в B в присутствии электрического поля E.

Математически, это может быть выражено как:

Это также разность потенциалов между точками A и B с точкой B в качестве контрольной точки. Его также можно выразить как:

. Понятие напряжения может быть довольно сложным для концептуального понимания.

Итак, мы будем использовать аналогию с чем-то осязаемым — чем-то из реального мира — чтобы облегчить понимание напряжения.

Понятие напряжения по аналогии

«Гидравлическая аналогия» — распространенная аналогия, используемая для объяснения напряжения.

В гидравлической аналогии:

• Напряжение или электрический потенциал эквивалентны гидравлическому давлению
• Электрический ток эквивалентен расходу гидравлической воды
• Электрический заряд эквивалентен количеству воды
• Электрический проводник эквивалентен к трубе

Аналогия 1

Рассмотрим резервуар для воды, показанный на рисунке ниже.На рисунке (а) показаны два резервуара, наполненные одинаковым уровнем воды. Таким образом, вода не может перетекать из одного резервуара в другой из-за отсутствия разницы давлений. Гидравлическая аналогия 1

На рисунке (b) показаны два резервуара, заполненные разными уровнями воды. Следовательно, между этими двумя резервуарами существует некоторая разница давлений. Таким образом, вода будет перетекать из одного резервуара в другой до тех пор, пока уровень воды в обоих резервуарах не станет одинаковым.

Точно так же, если мы соединим две батареи проводящим проводом с разными уровнями напряжения, тогда заряды могут перетекать от батареи с более высоким потенциалом к ​​батарее с более низким потенциалом.Следовательно, батарея с более низким потенциалом заряжается до тех пор, пока потенциал обеих батарей не станет одинаковым.

Аналогия 2

Рассмотрим резервуар для воды, расположенный на определенной высоте над землей. На дне резервуара находится шланг, как показано на рисунке ниже.

Гидравлическая аналогия 2

Давление воды на конце шланга эквивалентно напряжению или разности потенциалов в электрической цепи. Вода в баке эквивалентна электрическому заряду. Теперь, если мы увеличим количество воды в баке, на конце шланга будет создаваться большее давление.

И наоборот, если слить определенное количество воды из бака, давление, создаваемое на конце шланга, уменьшится. Можно принять этот резервуар для воды как аккумуляторную батарею. Когда напряжение батареи уменьшается, лампы тускнеют.

Аналогия 3

Давайте разберемся, как можно выполнять работу с помощью напряжения или разности потенциалов в электрической цепи. Простая аналогия между гидравлическим водяным контуром и электрическим контуром показана на рисунке ниже.

Рабочая аналогия гидравлического и электрического контура

Как показано в гидравлическом водяном контуре, вода течет по трубе, приводимой в действие механическим насосом. Труба эквивалентна проводящему проводу в электрической цепи.

Теперь, если механический насос создает разницу давлений между двумя точками, то вода под давлением сможет выполнять работу, например, приводить в движение турбину.

Точно так же в электрической цепи разность потенциалов батареи может вызывать прохождение тока через проводник, следовательно, работа может выполняться посредством протекания электрического тока, например, зажигания лампы.

В чем измеряется напряжение (единицы напряжения)?

Единица измерения напряжения в системе СИ

Единица измерения напряжения в системе СИ — вольты. Это представлено в В. Вольт — производная единица измерения напряжения в системе СИ. Итальянский физик Алессандро Вольта (1745-1827), который изобрел гальваническую батарею, которая была первой электрической батареей, поэтому в честь них названа единица вольт.

Вольт в базовых единицах СИ

Вольт можно определить как разность электрических потенциалов между двумя точками в электрической цепи, которая рассеивает один джоуль энергии на кулон заряда, проходящего через электрическую цепь.Математически это может быть выражено как

Следовательно, вольт может быть выражен в основных единицах СИ как или.

Его также можно измерить в ваттах на ампер или в ампер-единицах в омах.

Формула напряжения

Основная формула напряжения показана на изображении ниже.

Треугольник формулы напряжения

Формула напряжения 1 (закон Ома)

В соответствии с законом Ома напряжение можно выразить как:

Пример 1

Как показано на схеме ниже, через сопротивление 15 Ом.Определите падение напряжения в цепи.

Решение:

Данные данные: ,

Согласно закону Ома,

Таким образом, используя уравнение, мы получаем падение напряжения в цепи 60 Вольт.

Формула напряжения 2 (мощность и ток)

Передаваемая мощность является произведением напряжения питания и электрического тока.

Теперь, подставив приведенное выше уравнение, мы получаем

(1)

Таким образом, мы получаем, что напряжение равно мощности, деленной на ток.Математически:

Пример 2

Как показано на схеме ниже, через лампу мощностью 48 Вт протекает ток 2 А. Определите напряжение питания.

Решение:

Данные данные: ,

Согласно формуле,

Таким образом, используя уравнение, мы получаем напряжение питания 24 Вольт.

Формула напряжения 3 (мощность и сопротивление)

Согласно уравнению (1), напряжение является квадратным корнем из произведения мощности и сопротивления.Математически

Пример 3

Как показано на схеме ниже, определите необходимое напряжение для зажигания лампы мощностью 5 Вт с сопротивлением току 2 Ом.

Решение:

Заданные данные:,

По формуле,

Таким образом, используя уравнение, мы получаем необходимое напряжение для накаливания лампы 3,16 Вольт.

Символ цепи напряжения (переменного и постоянного тока)

Символ напряжения постоянного и переменного тока показан на изображении ниже.

Символ напряжения переменного тока

Символ напряжения переменного тока

Символ напряжения постоянного тока

Символ напряжения постоянного тока

Размеры напряжения

Напряжение (В) — это представление электрической потенциальной энергии на единицу заряда. ]

Параметры напряжения могут быть выражены через массу (M), длину (L), время (T) и ампер (A), как.

Обратите внимание, что некоторые также используют I вместо A для представления тока. В этом случае измерение напряжения может быть представлено как.

Как измерить напряжение

В электрической и электронной схеме измерение напряжения является важным параметром, который необходимо измерить. Мы можем измерить напряжение между определенной точкой и землей или нулевой линией в цепи.

В трехфазной цепи, если мы измеряем напряжение между любой из одной фазы от трехфазной до нейтральной точки, то это называется напряжением между фазой и землей.

Точно так же, если мы измеряем напряжение между любыми двумя фазами из 3-х фазного, то оно называется линейным напряжением.

Для измерения напряжения используются различные инструменты. Давайте обсудим это по очереди.

Метод вольтметра

Напряжение между двумя точками в системе можно измерить с помощью вольтметра. Для измерения напряжения вольтметр должен быть подключен параллельно к компоненту, напряжение которого должно быть измерено.

Один вывод вольтметра должен быть подключен к первой точке, а другой — ко второй. Обратите внимание, что вольтметр никогда не следует подключать последовательно.

Вольтметр

также можно использовать для измерения падения напряжения на любом компоненте или суммы падений напряжения на двух или более компонентах в цепи. На изображении ниже показано подключение вольтметра для измерения напряжения на резисторе.

Подключение напряжения для измерения напряжения на резисторе

Аналоговый вольтметр работает путем измерения тока через постоянный резистор. Теперь, согласно закону Ома, ток через резистор прямо пропорционален напряжению или разности потенциалов на фиксированном резисторе.Таким образом, мы можем определить неизвестное напряжение.

Другой пример подключения вольтметра для измерения напряжения на батарее 9 В показан на рисунке ниже.

Подключение вольтметра для измерения напряжения батареи

Метод мультиметра

В настоящее время одним из наиболее распространенных методов измерения напряжения является использование мультиметра. Мультиметр может быть аналоговым или цифровым, но чаще всего используются цифровые мультиметры из-за более высокой точности и низкой стоимости.

Напряжение или разность потенциалов на любом оборудовании можно просто измерить, подключив щупы мультиметра к двум точкам измерения напряжения. Измерение напряжения батареи с помощью мультиметра показано на изображении ниже.

Мультиметр для измерения напряжения батареи

Метод потенциометра

Потенциометр работает по принципу метода нулевого баланса. Он измеряет напряжение путем сравнения неизвестного напряжения с известным опорным напряжением.Схема потенциометра для измерения напряжения показана на рисунке ниже.

Схема потенциометра для измерения неизвестного напряжения

Другие инструменты, такие как осциллограф, электростатический вольтметр, также могут использоваться для измерения напряжения.

Разница между напряжением и током (напряжение по отношению к току)

Основное различие между напряжением и током состоит в том, что напряжение — это разность потенциалов электрических зарядов между двумя точками в электрическом поле, тогда как ток — это поток электрических зарядов от одна точка в другую точку в электрическом поле.

Мы можем просто сказать, что напряжение является причиной протекания тока, тогда как ток — это эффект напряжения.

Чем выше напряжение, тем больше ток проходит между двумя точками. Обратите внимание: если две точки в цепи имеют одинаковый потенциал, ток не может течь. Величины напряжения и тока зависят друг от друга.

Другие различия между напряжением и током обсуждаются в таблице ниже. Разница между напряжением и током

Разница между напряжением и разностью потенциалов (напряжение и разность потенциалов)

Между напряжением и разностью потенциалов нет большой разницы.Но мы можем описать разницу между ними следующим образом.

Напряжение — это количество энергии, необходимое для перемещения единичного заряда между двумя точками, тогда как разность потенциалов — это разница между более высоким потенциалом одной точки и более низким потенциалом другой точки.

Из-за точечного заряда:

Напряжение — это потенциал, полученный в некоторой точке с учетом другой опорной точки, находящейся на бесконечности. В то время как разность потенциалов — это разница потенциалов между двумя точками на конечных расстояниях от заряда.Математически они могут быть выражены как:

Если вы предпочитаете видео с объяснением напряжения, посмотрите видео ниже:

Что такое общее напряжение?

Обычное напряжение определяется как типичный уровень или номинальное напряжение электрического устройства или оборудования.

Список общих напряжений для различных электрических устройств или оборудования приведен ниже.

• Свинцово-кислотные батареи, используемые в электромобилях: 12 В постоянного тока.Батарея 12 В состоит из 6 ячеек с общим напряжением каждой ячейки 2,1 В. Обратите внимание, что элементы соединены последовательно для увеличения номинального напряжения.
• USB: 5 В постоянного тока.
• ЛЭП высокого напряжения: от 110 кВ до 1200 кВ переменного тока.
• Высокоскоростные поезда (тяговые) Линии электропередачи: 12 кВ и 50 кВ переменного тока или 0,75 кВ и 3 кВ постоянного тока.
• Источник питания TTL / CMOS: 5 Вольт.
• Одноэлементная перезаряжаемая никель-кадмиевая батарея: 1,2 В.
• Батарейки фонарика: 1.5 Вольт постоянного тока.

Обычное напряжение, которое распределительная компания поставляет бытовым потребителям, составляет

• 100 В, однофазный переменный ток в Японии
• 120 В, однофазный переменный ток в Америке
• 230 В, однофазный переменный ток в Индии, Австралия

Распределительная компания обычно поставляет промышленным потребителям напряжение

• 200 В, трехфазный переменный ток в Японии
• 480 В, трехфазный переменный ток в Америке
• 415 В, трехфазный переменный ток в Индии

Приложения напряжения

Некоторые из приложений напряжения включают:

• Одним из наиболее распространенных приложений напряжения является определение падения напряжения на электрическом устройстве или оборудовании, таком как резистор.
• Для увеличения номинального напряжения требуется добавление напряжения. Следовательно, ячейки подключаются последовательно для увеличения номинального напряжения.
• Напряжение является основным источником энергии любого электрического и электронного оборудования. От малого напряжения, например, 5 В до высокого напряжения 415 В. используются в различных приложениях.
• Низкое напряжение обычно используется для многих электронных устройств и приложений управления.
• Высокое напряжение используется для
  • Электростатическая печать, Электростатическая окраска, Электростатическое покрытие материала
  • Космологическое исследование космоса
  • Электростатический осадитель (контроль загрязнения воздуха)
  • Лаборатория реактивного движения
  • Рентгеновские трубки
  • Усилитель высокой мощности вакуумные трубки
  • Масс-спектроскопия
  • Тестирование диэлектрика
  • Тестирование продуктов питания и напитков
  • Электрораспыление и прядение, электрофотография
  • Применение на основе плазмы
  • Датчик уровня
  • Индукционный нагрев
  • Фотовспышки
  • SONAR и т. д.…

Измеренное напряжение — обзор

4.01.4.2 Электрохимическая серия

Напряжение, измеренное между электродами цинк / медной ячейки, показанное на рис. 27 , в разомкнутой цепи, было измерено как 1,1 В. Если оба материала электродов были изменены, тогда весьма вероятно, что будет измерено другое напряжение, хотя будет нелегко легко сравнить характеристики этих двух электрохимических ячеек, поскольку между ними нет общего эталона.Действительно, необходимость позволить проводить сравнительные измерения электрохимических характеристик различных материалов привела к разработке «стандартного водородного электрода» (SHE), которому дается произвольный потенциал 0,00 В ( Рисунок 29 ).

Рисунок 29. Пример стандартного водородного электрода. http://www.chemguide.co.uk/physical/redoxeqia/introduction.html

SHE получает потенциал 0 В только при определенных условиях: давление газообразного водорода 1 бар, барботаж над фольгой платинового электрода, погружают в раствор 1 молярных ионов H ⁺ (т.е.е., кислота), при температуре 25 ° С (298 К). Это воплощено в уравнении [12]:

[12] 2H (aq) ++ 2e − ⇔h3 (g) 0,00V

По определению этой произвольной ссылки, все другие материалы можно электрохимически сравнить с SHE, для Например, магний, как показано на Рисунок 30 . Вольтметр на рис. 30 будет измерять потенциал холостого хода 2,37 В, при этом магниевый электрод определяется (согласно экспериментам с использованием устройства на рис. 27 ) как электрод, подверженный окислению, то есть магний, высвобождает электроны и является анодом согласно уравнению [13]:

Рисунок 30.Использование SHE в электрохимической ячейке для определения потенциала магния. http://www.chemguide.co.uk/physical/redoxeqia/introduction.html

[13] Mg⇔Mg2 ++ 2e −− 2.37V

Если в качестве батареи используется электрохимический элемент , рис. 30, , тогда общие электродные реакции будут такими, как показано в уравнении [14]:

[14] Mg⇒Mg2 ++ 2e −− 2.37V2H (aq) ++ 2e − ⇒h3 (g) 0.00V

диапазон различных электродных материалов был взят и определен в таблицах электрохимических потенциалов, см. Таблица 2 .

Таблица 2. Серия электрохимических потенциалов

Таблица 2 показана со всеми реакциями при разомкнутой цепи; однако предпочтительное направление каждой реакции по сравнению с SHE указано при чтении каждого уравнения слева направо. Кроме того, реакции в верхней части таблицы указывают на материалы, наиболее подходящие для окисления, то есть самые сильные окислители, в то время как материалы в нижней части таблицы лучше всего подходят для восстановления, то есть самые сильные восстановители.

Эту таблицу также можно использовать для определения потенциала холостого хода, а также анода и катода любой данной электрохимической ячейки. Например, снова беря цинк и медь (согласно Рисунок 27, ), Таблица 2 показывает, что цинк будет окисляться (т. Е. Образует анод ячейки) со стандартным потенциалом –0,76 В, в то время как медь будет восстанавливаться и образуют катод при стандартном потенциале +0,34 В. Следовательно, в целом, электрохимический элемент цинк / медь будет создавать потенциал холостого хода +0.34 — (–0,76) = 1,1 В (как отмечалось ранее).

Аналогично, если взять алюминиево-цинковую ячейку, на этот раз алюминий будет окисляться и образовывать анод при стандартном потенциале –1,66 В, в то время как на этот раз цинк восстанавливается и образует катод при стандартном потенциале –0,76 В. Следовательно, в целом электрохимический элемент алюминий / цинк будет производить потенциал холостого хода –0,76 — (–1,66) = 0,9 В.

Измерение напряжения переменного и постоянного тока

Следуя теории, последует практический пример того, как работают измерительные приборы Dewesoft.Будет измерено напряжение в сети общего пользования. Значение входного напряжения электросети общего пользования необходимо учитывать, чтобы определить, какой тип входа усилителя необходим для измерения. Общественная сеть в Европе заявлена ​​со значением 230 VRMS, но для обеспечения безопасной работы измерительных приборов необходимо учитывать пиковые значения сети для входного диапазона. Пиковое значение сети в Европе равно среднеквадратичному значению, умноженному на квадратный корень из 2, как показано в уравнении ниже.

\ (230V_ {RMS} \ cdot \ sqrt {2} \ about325V_ {peak} \)

При пиковом значении 325 В мы можем напрямую использовать модуль Sirius HV-HS, который поддерживает напряжение до 1.6 кВ. Это означает, что мы можем провести простое измерение без каких-либо дополнительных делителей напряжения или усилителей и простого подключения, как показано ниже. Будет использован канал 4, в который встроен усилитель Sirius HV-HS. Остальные каналы можно оставить неактивными (неиспользованными в программном обеспечении), поскольку они не имеют отношения к этому измерению. Следующим шагом является настройка измерительного канала в программном обеспечении, как показано ниже.

Изображение 17: Подключение однофазного напряжения к Sirius 4xHV 4xLV

Окно настройки имеет две стороны, левая сторона — сторона усилителя, а правая — сторона датчика.

Изображение 18: Канал настраивает экран в Dewesoft X

На стороне усилителя мы можем переключаться между диапазоном 50 В и 1600 В. В этом примере будет использоваться диапазон 1600 В. Фильтр низких частот также можно использовать для отсечения высоких частот, но при этом следует соблюдать осторожность. Если берется частота ниже половины частоты дискретизации, это обрезает сигнал в диапазоне измерения, это может быть полезно в некоторых приложениях, но в большинстве случаев эта конфигурация устанавливается по ошибке.

Настройка на стороне датчика заключается в выборе датчика, который будет использоваться для измерения.В этом случае напряжение измеряется напрямую без датчика, поэтому только физическая величина должна быть установлена ​​как напряжение, а единица измерения — как вольт (В). В этой части настройки можно также установить масштабный коэффициент, если для измерения используются датчики или делители. В этом случае он будет иметь значение 1, поскольку напряжение измеряется напрямую и масштабирование не выполняется.

В этом примере настройки сделаны так, чтобы можно было начать измерение. Щелкнув по кнопке Измерение. Лучше всего наблюдать синусоидальную форму волны с помощью осциллографа.При первом открытии осциллографа будет бегущая волна, которую невозможно проанализировать, это связано с тем, что программное обеспечение работает в бесплатном режиме, и измерения нужно как-то проводить. Рекомендуется добавить триггер к стандартному триггеру и определить источник и уровень триггера. Для целей этого примера его можно оставить как есть, поскольку источником запуска является канал U1, а уровень равен 0.

Изображение 19: Экран измерения напряжения с помощью простого триггера

DualCoreADC Mode

В предыдущем разделе Много говорилось о правильном выборе диапазона измерения усилителя.Пришло время взглянуть на впечатляющие возможности двухъядерного режима в усилителях Sirius. При использовании двухъядерного режима Sirius можно получить лучшее разрешение (меньше шума) при низких амплитудах. Это решается с помощью двух 24-битных аналого-цифровых преобразователей с разными диапазонами на каждом канале.

Первый аналого-цифровой преобразователь имеет полный диапазон входного канала, а диапазон второго аналого-цифрового преобразователя составляет только 5% от полного диапазона канала. Эта технология измеряет сигнал с низким и высоким коэффициентом усиления одновременно, что означает, что сигнал может быть измерен с относительно высокой амплитудой, но в то же время он имеет идеальное разрешение при низких амплитудах одного и того же сигнала.

Давайте посмотрим на разницу между двухъядерным режимом и нормальным режимом при измерении низких сигналов с высоким диапазоном:

Изображение 20: Включение двухъядерного режима в Dewesoft X

В этом примере сигнал 0,3 В постоянного тока от включенного калибратора два усилителя ACC будут измерены. На обоих усилителях будет выбран диапазон 10 В (что полная чушь), но это самый простой способ увидеть разницу между включенным или выключенным двухъядерным режимом. Это можно переключить в настройке канала, где также можно установить диапазон.

На первом канале отключим режим Dual core, на втором включим режим Dual core. Это приведет к рендерингу изображения, как показано ниже, где можно увидеть разницу в уровнях шума. Графики, представленные ниже, имеют одинаковый масштаб.

Изображение 21: Разница в уровнях шума при выключенном и включенном двухъядерном процессоре

По уровню шума нетрудно увидеть, где двухъядерный режим выполняет свою работу (справа), а где он выключен (слева). При включенном двухъядерном режиме мы получаем такой же уровень шума в диапазоне измерения 10 В, как если бы мы использовали 0.Диапазон 5 В. Это позволяет нам лучше рассмотреть более низкие сигналы.

20.4: Измерение тока и напряжения

В этом разделе мы описываем, как можно построить устройства для измерения тока и напряжения. Устройство, измеряющее ток, называется «амперметр», а устройство, измеряющее напряжение, называется «вольтметром». В настоящее время они обычно находятся в одном и том же физическом устройстве («мультиметре»), которое также может измерять сопротивление (сопротивление можно легко определить путем измерения напряжения и тока).Мы ограничимся описанием конструкции простых аналоговых амперметров и вольтметров.

Как мы увидим в главе 21, легко создать устройство, которое может измерять очень малые величины тока, пропуская ток через катушку в магнитном поле, чтобы катушка могла отклонить стрелку, указывающую величину тока. . Такое устройство называется «гальванометром» и обычно ограничивается измерением очень малого тока (порядка). В этом разделе мы опишем, как можно использовать гальванометр для создания амперметров для измерения больших токов и вольтметров.

Амперметр

Амперметр построен путем размещения гальванометра параллельно с «шунтирующим» резистором \ (R_s \). Шунтирующий резистор — это небольшой резистор, который «шунтирует» (отклоняет) ток от гальванометра, так что большая часть тока проходит через шунтирующий резистор. Это показано на рисунке \ (\ PageIndex {1} \), на котором показаны гальванометр (круг с \ (G \) внутри), внутреннее сопротивление гальванометра \ (R_G \) и шунтирующий резистор \ (R_S \). Фактический амперметр будет находиться в коробке и иметь два разъема (обозначенные на рисунке как \ (A \) и \ (B \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Построение амперметра из гальванометра путем нанесения «шунтирующего» резистора параллельно гальванометру.

Моделируя амперметр, мы можем определить полный ток \ (I \), который мы хотели бы измерить, используя известные значения резисторов и тока \ (I_G \), измеренного гальванометром. Рассматривая любое из двух соединений и петлю по часовой стрелке, мы имеем: \ [\ begin {выравнивание} I & = I_G + I_S \ quad & \ text {(junction)} \\ I_GR_G-I_SR_S & = 0 \ quad & \ text {(по часовой стрелке loop)} \\ \ поэтому I_S & = \ frac {R_G} {R_S} I_G \\ \ поэтому I & = I_G + _S = \ left (1+ \ frac {R_G} {R_S} \ right) R_G \ end {выровнено } \], который позволяет нам определять ток \ (I \) по току \ (I_G \), измеренному гальванометром.Мы также видим, что большая часть тока проходит через шунт (поскольку \ (R_S \) выбирается меньше, чем \ (R_G \)). Амперметр будет иметь полное сопротивление \ (R_A \), определяемое по формуле: \ [\ begin {выравнивание} R_A = \ frac {R_GR_S} {R_G + R_S} \ end {выравнивание} \] для измерения силы тока через определенный сегмент цепи, амперметр должен быть включен последовательно с этим сегментом (чтобы ток, который мы хотим измерить, проходил через амперметр). На рисунке \ (\ PageIndex {2} \) показано, как подключить амперметр (кружок с буквой \ (A \)) для измерения тока через резистор \ (R \).

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Амперметр подключается последовательно с резистором для измерения тока через резистор.

Вольтметр

Вольтметр состоит из большого резистора \ (R_V \), последовательно соединенного с гальваноментером (имеющим внутреннее сопротивление \ (R_G \)), как показано на рисунке \ (\ PageIndex {3} \). Вольтметр предназначен для измерения разности потенциалов между выводами вольтметра (обозначенными на рисунке \ (A \) и \ (B \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Создание вольтметра из гальванометра путем включения резистора последовательно с гальванометром.

Зная номиналы резисторов и ток, измеренный гальванометром, можно легко определить разность потенциалов между точками \ (A \) и \ (B \), поскольку ток, измеренный гальванометром, проходит непосредственно через каждый резистор: \ [\ begin {align} \ Delta V = V_B-V_A = -I_G (R_V + R_G) \ end {align} \] Чтобы измерить разность потенциалов на компоненте, вольтметр должен быть размещен параллельно с компонентом . На рисунке \ (\ PageIndex {4} \) показано, как подключить вольтметр (кружок с буквой \ (V \)) для измерения напряжения на резисторе \ (R \).

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): вольтметр помещается параллельно резистору для измерения напряжения на резисторе.

При использовании амперметра или вольтметра вы заметите, что они обычно имеют кнопки или шкалы для выбора диапазона измеряемых токов или напряжений. Все, что делает циферблат, — это изменяет значение шунта или последовательного резистора, чтобы поддерживать заданный максимальный ток через гальванометр. Омметр для измерения сопротивления — это просто амперметр со встроенной фиксированной разностью потенциалов (так что, измеряя ток через известную разность потенциалов, можно определить сопротивление компонента).

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

Два резистора с сопротивлением \ (1 \ text {k} \ Omega \) включены последовательно с батареей \ (12 \ text {V} \). Вольтметр с общим сопротивлением \ (R_V = 10 \ text {k} \ Omega \) используется для измерения напряжения на одном из резисторов. Какие показания показывает вольтметр?

Решение :

Поскольку два резистора имеют одинаковое сопротивление и включены последовательно с батареей, когда вольтметр не подключен, легко показать, что напряжение на любом из резисторов равно \ (6 \ text {V} \).Однако, подключая вольтметр к одному из резисторов, мы модифицируем схему, и мы должны ожидать, что считываемое напряжение будет отличаться от \ (6 \ text {V} \) (можете ли вы сказать, будет ли оно больше или меньше?). Схема с подключенным вольтметром показана на рисунке \ (\ PageIndex {5} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): При использовании вольтметра схема изменяется.

Мы можем довольно легко смоделировать эту схему, объединив вольтметр (смоделированный как резистор) параллельно с одним из резисторов: \ [\ begin {align} R_ {eff} = \ frac {R_VR} {R_V + R} = \ гидроразрыв {(10 \ text {k} \ Omega) (1 \ text {k} \ Omega)} {(10 \ text {k} \ Omega) + (1 \ text {k} \ Omega)} = \ frac { 10} {11} \ text {k} \ Omega = 0.{-3} \ text {A}) (0.91 \ text {k} \ Omega) = 5.7 \ text {V} \ end {align} \], и вольтметр показывает меньшее напряжение, чем было бы без вольтметра.

Обсуждение:

В этом примере мы увидели, что, используя вольтметр для измерения напряжения в цепи, мы фактически нарушаем цепь. Поместив вольтметр параллельно одному резистору, мы создали эффективный резистор с сопротивлением ниже, чем сопротивление вольтметра или резистора.Это снизило общее сопротивление цепи, что увеличило ток. Больший ток через второй резистор (без вольтметра) приводит к большему падению напряжения, чем \ (6 \ text {V} \) на этом резисторе. Таким образом, падение напряжения на резисторе с помощью вольтметра будет меньше, чем \ (6 \ text {V} \), как мы обнаружили, поскольку два падения напряжения необходимо добавить к \ (12 \ text {V} \).

Как правило, при использовании вольтметра требуется вольтметр с очень высоким сопротивлением, чтобы минимизировать помехи в цепи (если вольтметр имеет высокое сопротивление, с резистора будет шунтироваться только небольшая величина тока).На практике вольтметры имеют сопротивление обычно порядка \ (1 \ text {M} \ Omega \).

.