Как устроен вольтметр. Какие формулы используются для расчета показаний вольтметра. Как рассчитать сопротивление умножителя для вольтметра. Какие факторы влияют на точность измерений вольтметра.
Принцип работы вольтметра
Вольтметр — это прибор для измерения электрического напряжения. Основой вольтметра является гальванометр, который измеряет небольшие токи. Чтобы превратить гальванометр в вольтметр, последовательно с ним включают добавочное сопротивление, называемое умножителем.
Принцип работы вольтметра основан на законе Ома:
- V = I * R, где:
- V — измеряемое напряжение
- I — ток через вольтметр
- R — полное сопротивление вольтметра
Умножитель позволяет расширить диапазон измеряемых напряжений, уменьшая ток через гальванометр.
Формулы для расчета параметров вольтметра
Основные формулы для расчета параметров вольтметра:
- Сопротивление умножителя: Rум = (Uмакс / Iг) — Rг
- Полное сопротивление вольтметра: Rв = Rум + Rг
- Максимальное измеряемое напряжение: Uмакс = Iг * Rв
- Ток через вольтметр: Iв = U / Rв
где:

- Rум — сопротивление умножителя
- Rг — сопротивление гальванометра
- Iг — ток полного отклонения гальванометра
- Uмакс — максимальное измеряемое напряжение
Расчет сопротивления умножителя
Рассмотрим пример расчета сопротивления умножителя для вольтметра.
Дано:
- Сопротивление гальванометра Rг = 100 Ом
- Ток полного отклонения Iг = 1 мА
- Требуемый диапазон измерения Uмакс = 100 В
Найти: сопротивление умножителя Rум
Решение:
- Используем формулу: Rум = (Uмакс / Iг) — Rг
- Подставляем значения: Rум = (100 В / 0,001 А) — 100 Ом
- Вычисляем: Rум = 100 000 Ом — 100 Ом = 99 900 Ом
Ответ: для расширения диапазона измерения до 100 В требуется умножитель сопротивлением 99,9 кОм.
Влияние вольтметра на измеряемую цепь
При подключении вольтметра к цепи он потребляет некоторый ток, что может повлиять на измеряемое напряжение. Это явление называется «эффектом нагрузки».
Степень влияния вольтметра на цепь характеризуется коэффициентом точности:
Kт = Uизм / Uист
где:
- Uизм — измеренное напряжение
- Uист — истинное напряжение в цепи без вольтметра
Чем ближе Kт к единице, тем меньше вольтметр влияет на измеряемую цепь.

Факторы, влияющие на точность измерений вольтметра
На точность измерений вольтметра влияют следующие основные факторы:
- Собственное потребление тока вольтметром
- Класс точности прибора
- Внутреннее сопротивление вольтметра
- Температура окружающей среды
- Наличие внешних электромагнитных полей
Для повышения точности измерений следует:
- Выбирать вольтметр с большим внутренним сопротивлением
- Использовать приборы более высокого класса точности
- Учитывать влияние температуры и вносить соответствующие поправки
- Экранировать измерительную схему от внешних полей
Типы вольтметров и их особенности
Существуют различные типы вольтметров, каждый из которых имеет свои особенности:
- Электромеханические вольтметры:
- Магнитоэлектрические — высокая точность, но только для постоянного тока
- Электромагнитные — подходят для постоянного и переменного тока
- Электродинамические — высокая точность на переменном токе
- Электронные вольтметры:
- Аналоговые — непрерывное измерение, наглядность
- Цифровые — высокая точность, удобство считывания показаний
Выбор типа вольтметра зависит от конкретной задачи измерения, требуемой точности и условий эксплуатации.

Правила подключения вольтметра к измеряемой цепи
При использовании вольтметра важно соблюдать следующие правила подключения:
- Вольтметр всегда подключается параллельно участку цепи, на котором измеряется напряжение
- Перед подключением необходимо убедиться, что диапазон измерения вольтметра соответствует ожидаемому напряжению
- Соблюдать полярность подключения при измерении постоянного напряжения
- Не допускать превышения максимально допустимого напряжения для данного прибора
- При измерении в высоковольтных цепях использовать специальные щупы с изоляцией и соблюдать меры безопасности
Правильное подключение вольтметра обеспечивает точность измерений и безопасность оператора.
Расширение пределов измерения вольтметра
Для расширения диапазона измеряемых напряжений используются различные методы:
- Добавочные резисторы (умножители) — для постоянного тока
- Делители напряжения — для переменного и постоянного тока
- Измерительные трансформаторы напряжения — для переменного тока высокого напряжения
Рассмотрим пример расчета добавочного резистора для расширения предела измерения вольтметра.

Дано:
- Вольтметр с пределом измерения U1 = 100 В
- Внутреннее сопротивление вольтметра Rв = 10 кОм
- Требуется расширить предел до U2 = 1000 В
Найти: сопротивление добавочного резистора Rдоб
Решение:
- Определяем коэффициент расширения: n = U2 / U1 = 1000 В / 100 В = 10
- Используем формулу: Rдоб = Rв * (n — 1)
- Подставляем значения: Rдоб = 10 000 Ом * (10 — 1) = 90 000 Ом
Ответ: для расширения предела измерения до 1000 В необходимо последовательно с вольтметром включить добавочный резистор сопротивлением 90 кОм.
Формулы для вычисления показаний вольтметров
Измеряемый параметр | |||||
Вольтметры со шкалами, проградуированными в значениях, соответствующих детекторам | Вольтметр с закрытым входом, детектором средневыпрямленных значений, шкалой, проградуированной в действующих значениях синусоидального напряжения | Вольтметр с закрытым входом, детектором действующих значений, шкалой, проградуированной в действующих значениях синусоидального напряжения | |||
Детектор | Вход открытый | Вход закрытый | |||
амплитудный | , | ||||
средних значений | – | – | |||
линейный | –показания вольтметра | ||||
действующих значений | –показания вольтметра |
Формулы справедливы только для сигнала в виде последовательности однополярных

3.1.5. Назначение и характеристики используемых приборов
Функциональный генератор(рис. 3.7), расположен на измерительном стенде и служит для формирования сигналов различной формы и напряжения.
Средства измерения напряжения (рис. 3.7) расположены на измерительном стенде. Это вольтметр, имеющий три типа детекторов. Он предназначен для измерения амплитудного, средневыпрямленного и действующего значений напряжения. Номинальное значение измеряемого напряжения составляет 4,5 В и соответствует отсчетному значению шкалы, равному 45.
Рис. 3.7. Лицевая панель блоков измерительного стенда
Осциллограф С1-55(см. рис. 1.3) в данной работе предназначен для наблюдения формы исследуемого напряжения, измерения размаха напряжения, амплитудного значения напряжения.
Милливольтметр В3-38(рис. 3.8) –
электронный прибор, имеющий закрытый
вход, детектор средневыпрямленных
значений. Две верхние шкалы проградуированы
в действующих значениях синусоидального
напряжения.
Рис. 3.8. Лицевая панель милливольтметра В8-38
Верхняя шкала используется, когда переключатель 3установлен в положение, кратное 10. Риска переключателя указывает на номинальное (максимальное) значение шкалы, выраженное в вольтах (V) или милливольтах (mV) и соответствующее цифре 10 на шкале. Вторая сверху шкала используется, когда переключатель установлен в положение, кратное 3. Номинальное значение шкалы будет соответствовать отсчетному значению шкалы, равному 30. Нижняя шкала проградуирована в децибелах (dB).
3.2. Порядок выполнения работы
3.2.1. Предварительная подготовка
Для измерения синусоидального напряжения и снятия осциллограмм к выходу

Для измерения параметров напряжения импульсной формы вместо функционального генератора использовать генератор импульсов Г5-56. Остальные соединения аналогичны как для синусоидального напряжения.
На кабелях с двухпроводным окончанием длинный провод является «общим». Его необходимо подключать к клемме, обозначенной . В случае проводов одинаковой длины «общим» является провод с более «холодным» цветом. На кабелях с круглым разъемом типа СР50 (коаксиальный) корпус разъема соединен с «общим» проводом. Разветвление кабелей с разъемами СР50 осуществляется при помощи тройниковых разъемов.
Включить питание приборов тумблерами 1.
Напряжение — Без Сменки
22 мая, 2022
1 мин
Физ 🔬
Напряжение — это физическая величина, характеризующая работу электрического поля по перемещению единичного заряда между двумя точками.
Если кратко: напряжение = давление.
~ Обозначение: U.
~ Измерение: В (вольт).
~ Прибор для измерения: вольтметр.
📍 Важно! Основная формула напряжения: U = A / q.
Различают напряжение переменного тока и постоянного.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter. Мы обязательно поправим!
Редакция Без Сменки
Честно. Понятно. С душой.
45 подписчиков
+ Подписаться
Редакция Без Сменки
01 июля, 2022
1 мин
Хим 🧪
Гидролиз солей
В ЕГЭ рассматривается гидролиз растворимых солей.
❗️ Любую соль можно «разложить» на кислоту и…
Редакция Без Сменки
06 июня, 2022
1 мин
Общ 👨👩👧
Человек – биосоциальное существо
👉🏻 Биологическое в человеке: 1) анатомия, физиология; 2) задатки, биологические потребности; …
Редакция Без Сменки
30 июня, 2022
1 мин
Рус 📖
ОСНОВНЫЕ ПАРОНИМЫ
Сегодня мы с тобой разберем основные паронимы, которые встречаются на экзамене.
🔸 одеть кого-то,.. .
Редакция Без Сменки
06 июня, 2022
1 мин
Общ 👨👩👧
Основные классификации деятельности
Есть различные критерии классификации деятельности: 🔸по субъекту деятельности — индивидуальная и…
Редакция Без Сменки
07 июня, 2022
1 мин
Англ 🇬🇧
Разница между make и do
Эти глаголы переводятся как «делать», но камон? гайс, у них куча отличий и способов употребления,…
Подпишитесь на еженедельную рассылку полезных материалов про ЕГЭ, высшее образование и вузы и получите скидку на курсы Вебиума
Voltmeters — Inst Tools
by Editorial Staff
Простой вольтметр постоянного тока можно сконструировать, поместив резистор (R S ), называемый множителем, последовательно с движением амперметра и пометив лицевую сторону амперметра для считывания напряжения. (как показано на рисунке).
Вольтметры подключаются параллельно измеряемой нагрузке (R L ).
Рис. : Простой вольтметр постоянного тока
При конструировании вольтметра необходимо определить сопротивление множителя для измерения желаемого напряжения. Уравнение представляет собой математическое представление сопротивления множителя вольтметра.
V = I
M R S + I M R MI
M R S = V — I M R M, где
V
, где
V.
. = требуемый диапазон напряжения
I м = ток счетчика
R м = внутреннее сопротивление счетчика
R с = множитель сопротивления или последовательное сопротивление
Ом должен быть построен как вольтметр. Каким значением должно быть последовательное сопротивление, чтобы измерить полное напряжение 100 вольт?
Решение:
, так как r M незначительно низкий, затем
R S = V / I M
R S = 100 / (2 × -3 )
R s = 50 кОм
Когда вольтметр подключен к цепи, вольтметр будет получать ток из этой цепи. Этот ток вызывает падение напряжения на сопротивлении измерителя, которое вычитается из напряжения, измеряемого измерителем. Это снижение напряжения известно как эффект нагрузки и может серьезно повлиять на точность измерения, особенно для слаботочных цепей.
Точность вольтметра (K v ) определяется как отношение измеренного напряжения, когда метр включен в цепь (V w ), к напряжению, измеренному без вольтметра в цепи.
Приведенное ниже уравнение представляет собой математическое представление точности вольтметра или истинного напряжения (В o ).
Точность счетчика также можно определить путем сравнения отношения между входным сопротивлением и сопротивлением цепи с использованием закона Ома, как описано ниже.
, где
I M = ток метра
V O = True Trastage
R O = Сопротивление цепи
R в = сопротивление вольтметра
V W = INDICETADED Voltage
33333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333. K v = точность счетчика
Пример:
Вольтметр в диапазоне 100 вольт с чувствительностью 40 кОм/В предназначен для измерения напряжения на клеммах ab.
Найти :
- V O , True Wrestage
- V W , указанное напряжение
- K V , Точность метра
Решение:
7, 6, , , 6, , , , , , , 6, 6, , 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, , 66, 6, 6, 6, 6, 6, 66, 6, 6, 6, 6,
. = {100 кОм / (100 кОм +100 кОм)} x 220 вольт
V O = 110 вольт
Найти V W , указанное напряжение
R O = (100 x 100) / (100 + 100) = 50 кОм
R в = S v = 40Kω x 100 = 4,4 МОм
V W = R в / (R O + RIN)
В Вт = {4,4 мм / (50 кОм + 4,4MOD. )} 110 вольт
V W = 108,9 Вольт
Найти K V , Точность метра
K V = V W /V O
k V .9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9 /V
k V . /V . 110
K v = 0,99 или 99%
Будьте первым, кто получит эксклюзивный контент прямо на вашу электронную почту.
Обещаем не спамить. Вы можете отписаться в любое время.
Неверный адрес электронной почты
Категории Electrical Theory2023 © Воспроизведение без явного разрешения запрещено. — Курсы PLC SCADA — Сообщество инженеров
Объяснение урока: Проектирование вольтметра
В этом объяснении мы научимся описывать сочетание гальванометра с множительным резистором для проектирования вольтметра постоянного тока.
Гальванометр используется для измерения тока в цепи путем помещения его внутрь нее.
Когда в цепи есть ток, он проходит через гальванометр, который его измеряет. Гальванометр также имеет сопротивление
𝑅Г. Вместе эти значения связаны с напряжением с помощью
Закон Ома,
𝑉=𝐼𝑅,
где 𝑅 в данном случае — сопротивление гальванометра, 𝑅G. Это отношение нельзя использовать с
однако большинство гальванометров, поскольку они, как правило, очень чувствительны и измеряют лишь небольшое количество тока на микро- и
миллишкалы. Мы можем сказать, что максимальный ток на любом конце шкалы, который может измерить гальванометр, равен гальванометру.
ток, 𝐼G.
Это делает их использование в качестве вольтметров нецелесообразным, так как они будут показывать только максимальный ток 𝐼G, даже если фактический ток выше. Однако есть способ решить эту проблему, добавив еще один резистор последовательно с гальванометром, который имеет гораздо большее сопротивление.
Дополнительный резистор в этой цепи снижает общий ток в цепи, так как напряжение остается неизменным в
𝑉=𝐼𝑅. Резистор называется умножающим резистором, и если его сопротивление достаточно велико, он может пропускать ток в
цепь падает до области, которую может измерить гальванометр, что делает его подходящим инструментом для измерения напряжения.
Давайте рассмотрим пример.
Пример 1. Размер нескольких резисторов в вольтметре
Вольтметр используется для измерения напряжения источника постоянного тока, который, по оценкам, имеет напряжение в несколько вольт. Гальванометр в вольтметре имеет сопротивление в несколько миллиом. Что из следующего правильно объясняет почему множительный резистор в таком вольтметре должен иметь сопротивление намного большее, чем сопротивление гальванометра с чем последовательно соединен умножитель?
- Если множительный резистор имеет сопротивление, сравнимое или меньшее, чем сопротивление гальванометра, ток через гальванометр будет больше, чем ток, который вызовет полное отклонение плеча гальванометра.
- Если умножительный резистор имеет сопротивление, сравнимое или меньшее, чем сопротивление гальванометра,
резистор создаст магнитное поле, которое значительно изменит отклонение плеча гальванометра.
- Если множительный резистор имеет сопротивление, сравнимое или меньшее, чем сопротивление гальванометра, напряжение источника будет значительно увеличено.
- Если умножительный резистор имеет сопротивление, сравнимое или меньшее, чем сопротивление гальванометра, направление отклонения рычага гальванометра изменится на противоположное, и показания вольтметра не будут отображаться.
Ответ
Направление гальванометра не изменится, если множительный резистор слишком мал; для этого потребуется текущий идти в обратном направлении. Значит, это не Д.
Гальванометр использует магнитное поле, чтобы отклонить его стрелку, но резистор не будет его генерировать, поэтому это не B.
Напряжение источника не увеличивается и не уменьшается в зависимости от резисторов в цепи. Это не C.
В идеале ток, проходящий через резистор умножителя, должен быть намного выше, чем ток, проходящий через гальванометр,
таким образом, правильный ответ: A.
Этот добавленный резистор называется множительным резистором, так как он эффективно увеличивает величину напряжения, которую может измерить гальванометр. само по себе и имеет значение, намного превышающее сопротивление гальванометра. Его значение сопротивления показано как 𝑅M, и это значение помогает определить, какое напряжение можно измерить. Это работает только тогда, когда множитель резистор включен последовательно с гальванометром, а не параллельно.
Следует отметить, что это предназначено для настройки цепи гальванометра и резистора умножителя для использования в качестве вольтметра, а не подключение вольтметра к цепи. Правильно подключенный вольтметр измеряет напряжение на резисторе 𝑅 выглядит как на схеме ниже.
Прежде всего, для создания вольтметра множительный резистор должен быть включен последовательно с гальванометром. Разбивая вольтметр на приведенной выше диаграмме на его гальванометр и множительный резистор, 𝑅M, показывает это:
Давайте рассмотрим пример.
Пример 2. Правильное размещение резистора для вольтметра на основе гальванометра
Какая из следующих принципиальных схем наиболее правильно представляет гальванометр в сочетании с множительным резистором используется в качестве вольтметра для измерения напряжения источника постоянного тока?
Ответ
Резистор цепи А подключен параллельно, а не последовательно. Это приведет к тому, что эффективное полное сопротивление цепи фактически уменьшаться, а это не то, чего мы хотим, когда пытаемся увеличить диапазон, который мы можем измерить! В то время как вольтметр должен быть подключен в параллельно цепи для правильного измерения напряжения, при построении вольтметра с использованием гальванометра он должен быть последовательно с схема умножителя.
Цепь B имеет резистор, включенный последовательно, а также один, параллельный гальванометру. Так же, как схема A, это приведет к общему
сопротивление уменьшается, уменьшая диапазон, который может измерять вольтметр.
Цепь C имеет резистор, включенный последовательно с гальванометром, и больше ничего. Это правильная установка для объединения резистора с гальванометр, чтобы использовать его в качестве вольтметра.
Правильный ответ: цепь C.
Максимальное напряжение, которое может быть измерено гальванометром, равно произведению максимального измеряемого тока гальванометра и полное сопротивление цепи, 𝑅t. Выражено с помощью Закон Ома, это будет выглядеть так 𝑉=𝐼𝑅.maxGt
Общее сопротивление 𝑅t для последовательной цепи равно сумме всех сопротивлений, так что это выглядит как 𝑅=𝑅+𝑅.tGM
Таким образом, уравнение для максимального напряжения, которое может измерить гальванометр, имеет вид 𝑉=𝐼(𝑅+𝑅).maxGGM
Давайте рассмотрим пример с использованием этого уравнения.
Пример 3: Напряжение на резисторах умножителя и гальванометра
Напряжение 𝑉 в показанной цепи составляет 12 В,
что является наибольшим напряжением, которое можно измерить, используя схему в качестве вольтметра. Сопротивление гальванометра
составляет одну сотую сопротивления множителя.
- Найдите 𝑉G, напряжение на гальванометре. Ответ на ближайший милливольт.
- Найдите 𝑉M, напряжение на множителе. Ответ до одного десятичного знака.
Ответ
Часть 1
Нам дано максимальное напряжение, которое можно измерить, 12 В, и соотношение гальванометра к сопротивлению множителя: 𝑅100=𝑅.MG
Напряжение на гальванометре 𝑉G находится по закону Ома: 𝑉=𝐼𝑅.GGG
Мы знаем коэффициент сопротивления, но не знаем 𝐼G. Мы можем найти его, связав его в уравнении для максимального напряжения гальванометра: 𝑉=𝐼(𝑅+𝑅).maxGGM
Разделив обе части на (𝑅+𝑅)GM, мы можем выделить 𝐼Г: 𝑉(𝑅+𝑅)=𝐼(𝑅+𝑅)(𝑅+𝑅).maxGMGGMGM
Они сокращаются с правой стороны, чтобы дать 𝑉(𝑅+𝑅)=𝐼.maxGMG
Поскольку 𝑅G составляет одну сотую от 𝑅M или 0,01𝑅M,
мы можем подставить его в уравнение, чтобы получить
𝑉(0,01𝑅+𝑅)=𝐼𝑉1,01𝑅=𝐼. maxMMGmaxMG
Используя это соотношение, мы можем подставить его обратно в напряжение на гальванометре: 𝑉=𝑉1,01𝑅𝑅.GmaxMG
𝑅G снова равно 0,01𝑅M, поэтому мы можем заменить 𝑉=𝑉1,01𝑅0,01𝑅.GmaxMM
𝑅M отменяет, чтобы получить отношение 𝑉=0,0099𝑉.Gmax
𝑉max равно 12 В, поэтому напряжение на гальванометр 𝑉G is 0,0099(12)=0,1188.ВВ
Чтобы получить этот ответ в милливольтах, умножим его на 1 000, так как 1 000 мВ в 1 вольт: 10001×0,1188=118,8.мВВВмВ
С точностью до милливольта, 𝑉max составляет 119 мВ.
Часть 2
Теперь, чтобы найти 𝑉M, мы можем просто использовать отношение полного напряжения в цепи, понимая, что максимальное напряжение также является полным напряжением в цепи: 𝑉=𝑉+𝑉.maxGM
Итак, 𝑉M равно 𝑉−𝑉=𝑉+𝑉−𝑉𝑉−𝑉=𝑉.maxGGMGmaxGM
Ввод значений дает (12)−(0,1188)=11,8812.VVV
Таким образом, с точностью до одной десятичной точки напряжение множителя равно 11,9. V.
Иногда полезно определить точное значение сопротивления, которое нам нужно в множительном резисторе для измерения до определенного Напряжение. Мы можем сделать это, найдя 𝑅M в этом уравнении. Для начала начнем с раздачи 𝐼Г: 𝑉=𝐼𝑅+𝐼𝑅.maxGGGM
Затем мы можем вычесть 𝐼𝑅GG с обеих сторон 𝑉 — 𝐼𝑅 = 𝐼𝑅+𝐼𝑅 — 𝐼𝑅𝑉 — 𝐼𝑅 = 𝐼𝑅.maxgggggmggmaxggggm
Теперь мы можем разделить обе стороны на 𝐼g, чтобы изолировать 𝑅m𝑉 — 𝐼𝑅𝐼 = 𝐼𝑅𝐼.maxggggmg
𝐼G отменяет правой 𝑉−𝐼𝑅𝐼=𝑅.maxGGGM
Члены слева можно разделить, так как они имеют один и тот же знаменатель: 𝑉𝐼−𝐼𝑅𝐼=𝑅.maxGGGGM
𝐼G сокращаются, упрощая до 𝑅=𝑉𝐼−𝑅.MmaxGG
Давайте рассмотрим пример с использованием этого уравнения.
Пример 4: Требуемое значение множительного резистора для конкретного диапазона максимального напряжения
Гальванометр имеет сопротивление 175 мОм. Ток 20 мА вызывает полное отклонение
гальванометр. Найти сопротивление множительного резистора, который при последовательном включении с гальванометром позволяет
он будет использоваться в качестве вольтметра, который может измерить максимальное напряжение
напряжением 15 В. Ответ на ближайший
ом.
Ответ
Давайте посмотрим на уравнение, которое мы составили для нахождения множителя сопротивления: 𝑅=𝑉𝐼−𝑅.MmaxGG
Нам задано значение максимального напряжения, 15 В, но нам нужно положить сначала другие значения в их основных единицах. Начнем с течения 20 мА.
1 000 мА в 1 А: 11000.AmA
Умножение этого соотношения на 20 мА дает 11000×20=0,02.AmAmAA
Аналогично, для сопротивления гальванометра есть 1 000 миллиом в 1 Ом: 11000.ОммОм
Умножение на 175 мОм дает 11000×175=0,175 ОммОммОм
Итак, теперь мы можем подставить наши значения в уравнение для сопротивления множителя: 𝑅=150,02−0,175 МВ·А·Ом
90 002 Вольт над амперами становятся Ом, составив уравнение 750−0,175=749,825.ΩΩΩΩОкругляя до ближайшего Ома, видим, что сопротивление гальванометра настолько мало, что совершенно не меняет окончательного ответа!
Окончательный ответ: 750 Ом.