Как сделать вольтметр. Как сделать простой цифровой вольтметр своими руками: пошаговая инструкция

Гальванометр можно калибровать по току или напряжению в цепи. Нам просто нужна другая конфигурация и значение внутреннего сопротивления, чтобы он работал правильно. При использовании в качестве вольтметра гальванометру требуется высокое сопротивление, соединенное последовательно.

Мы будем использовать следующее уравнение:

где:
G = сопротивление гальванометра
I _g = максимальный ток отклонения гальванометра
V = максимальное напряжение
R = последовательно соединенный резистор высокого сопротивления

Эффективное сопротивление вольтметра можно выразить как:

быть очень большим, поэтому вольтметр необходимо разместить параллельно, чтобы он не потреблял весь ток в цепи. Идеальный вольтметр имеет бесконечное сопротивление, поэтому он не уменьшает ток в цепи. Как мы всегда знаем, не бывает идеальных условий, когда дело доходит до практической области.

А как насчет цифрового вольтметра? Хотя он не использует гальванометр, он по-прежнему использует концепцию параллельного соединения и высокоомного резистора внутри него. Различия заключаются в следующем: цифровой вольтметр использует множитель сопротивления для диапазона шкалы и АЦП для преобразования входного напряжения в цифровой дисплей. Это абсолютно намного лучше, чем аналог. Вам не нужно ничего рассчитывать при использовании цифрового вольтметра.

Как использовать мультиметр для измерения напряжения

Напряжение – это разность потенциалов между двумя точками электрической цепи. Эти две точки могут быть узлами, ветвями или элементами схемы. Следовательно, можно с уверенностью сказать, что вольтметр или вольтметр — это инструмент для измерения разности потенциалов двух точек электрической цепи. Это может дать вам некоторые трудные идеи, но поверьте мне, это так легко после того, как вы прочитали объяснение до конца.

Шаг 1:

В целях безопасности необходимо соблюдать осторожность при подключении электропроводки и цепи. Одна простая ошибка может либо взорвать цепь, либо сломать компоненты, а самое худшее — нанести вред вашему телу, и даже смерть неизбежна. Для нас целесообразно сначала отключить питание схемы или отключить ее от источника питания. Мы не знаем, касаются ли наши зонды неправильных точек.

Шаг 2:

Вы уже знаете, что вольтметр имеет два щупа красного и черного цвета. Нам не нужны дальнейшие объяснения о цвете, поскольку красный считается «горячим», а черный — «нейтральным» или «земляным». Просто подключите красный к напряжению (+) постоянного или переменного тока, а черный к земле (-). Зонды имеют металлический разъем, покрытый пластиком, чтобы вы могли безопасно их захватить.

Шаг 3:

Это можно сделать с помощью цифрового счетчика. Если вы используете аналоговый, у вас нет кнопки для его включения. Мы предполагаем, что мы используем цифровой здесь.

Шаг 4:

Предположим, что здесь используется цифровой вольтметр или мультиметр. Мультиметр имеет широкий диапазон шкалы. Циферблат используется так же, как мы используем поворотный переключатель. Режим вольтметра имеет два режима: постоянного и переменного тока. Напряжение постоянного тока представлено V-, а напряжение переменного тока представлено V~. Но некоторые мультиметры объединяют эти два параметра в один узел.

С помощью поворотного переключателя выберите тип (переменный или постоянный ток) и диапазон шкалы. Поворотный переключатель в середине можно использовать для переключения режимов мультиметра. Там будет напряжение, ток и сопротивление с различными диапазонами шкалы. Поскольку вы хотите знать, как пользоваться вольтметром, поверните поворотный переключатель в режим напряжения.

Если вы используете мультиметр с ручным диапазоном шкалы, вам необходимо знать, как выбрать правильный диапазон. Вы можете использовать от 2 до 2000 В постоянного тока и от 200 до 750 В переменного тока. Если вы понятия не имеете, просто выберите самый высокий и уменьшите его один за другим, если отображаемое число слишком маленькое. Вы можете увидеть это ниже:

Шаг 5:

Для простого мультиметра или вольтметра будут милливольты до тысячи вольт постоянного тока и до 750 В переменного тока. Если вы не уверены в масштабе, просто выберите самый высокий масштаб. Если результат слишком мал, вы можете уменьшить масштаб один за другим.

Если вы не увидели диапазон шкалы, вы используете мультиметр с автоматическим диапазоном. Вам не нужно выбирать шкалу диапазона, мультиметр автоматически сделает эту работу за вас. Вы можете увидеть это ниже:

Шаг 6:

Мы знаем, что напряжение представляет собой разность потенциалов между двумя точками. Подсоедините красный и черный щупы к клемме цепи или ответвлению.

Шаг 7:

Прочитайте результат на экране дисплея или аналоговой стрелке.

Как измерить милливольты

Этапы измерения милливольт и измерения вольта не сильно отличаются. Единственное отличие состоит в том, что если мы использовали неправильный диапазон шкалы, результат будет отображаться как 0 вольт. Но не беспокойтесь! В настоящее время вольтметр имеет 1 диапазон шкалы, который может измерять до нескольких сотен милливольт. Этого должно быть достаточно.

Шаги будут такими же, как и раньше, но нам нужно только использовать шкалу милливольт, как показано ниже:

Как использовать мультиметр для проверки батареи

Измерить батарею очень просто, если вы прочитали руководство выше. В основном вам нужно подготовить аккумулятор и мультиметр или вольтметр. Если вы используете мультиметр, вам необходимо понять приведенное выше руководство. Если вы используете вольтметр, вам просто нужно знать, как читать шкалу и стрелку. Двигаемся дальше,

Подготовьте аккумулятор для измерения. Небольшая батарейка на 1,5 В сделает эту работу.

И вольтметр, и мультиметр отлично справляются со своей задачей. Между ними нет большой разницы.

Поскольку мы измеряем только напряжение в аккумуляторе, отключать цепь не нужно. Просто подключите красный щуп к плюсу (+) этой батареи, а черный щуп к минусу (-).

Шаг 4: Прочтите результат

Теперь мы знаем, сколько напряжения в батарее. Поскольку это батарея небольшого напряжения, нам не нужно ничего бояться. В противном случае вам нужно быть осторожным при работе с большой батареей, например, в электрогенераторе.

Читайте также: переменная состояния преобразования Лапласа

Как использовать мультиметр для проверки розетки

Когда мы хотим измерить напряжение в розетке, мы должны убедиться, что делаем это максимально безопасно. Не только розетка, но и измерение высокого напряжения также находится на другом уровне от измерительной схемы электроники. Измерение напряжения питания, источника и генератора имеет огромную разницу в уровне напряжения.

Во избежание критических неисправностей и травм следует помнить о следующих шагах.

Лучше всего, если вы сможете отключить электричество от розетки. Если нет, будьте осторожны и переходите к следующему шагу.

Перед началом работы необходимо проверить щупы мультиметра. Убедитесь, что щупы не сломаны, не согнуты и т.п. Кроме того, проверьте их датчик показаний, используя режим «омметра», и соедините эти два датчика вместе. Убедитесь, что на дисплее отображается очень маленькое число.

Убедитесь, что датчики правильно подключены к разъемам. Красный щуп подключается к V~ для измерения напряжения переменного тока в электрической розетке.

Если ваш мультиметр имеет автоматический выбор диапазона, вы можете пропустить этот шаг. Если нет, разумно выбрать самый высокий диапазон шкалы и уменьшить его, если десятичный разряд в отображении результата слишком велик.

Поскольку в электрической розетке нет выключателя, здесь нужно быть осторожным. Сначала подключите черный щуп в качестве нейтрального соединения. Затем подключите красный щуп к «горячей» линии. Этот способ может предотвратить травмы, если вы сначала подсоедините красный щуп, но ваш измеритель неисправен. Зажимы-крокодилы намного лучше домкратных щупов, они безопаснее и вам не нужно хвататься за них при измерении.

Если вы пропустите Шаг 1 , вы можете пропустить и этот шаг. В противном случае пора включать электричество в розетку.

Больше нечего сказать, наконец, вы можете прочитать результат измерения на дисплее.

Как пользоваться вольтметром

Как упоминалось выше, вольтметр или вольтметр необходимо подключить параллельно цепи.

Почему?

Потому что

Вольтметр имеет очень большое сопротивление.

Это хорошо объясняет, почему мы должны использовать его параллельно. Очень большое последовательное сопротивление значительно уменьшит ток в цепи. Поскольку в идеальном вольтметре сопротивление будет бесконечным, ток будет почти равен нулю. Когда он подключен параллельно, он будет потреблять очень небольшой ток. Не так уж и важно. Вы можете увидеть изображение ниже:

Что означает 200 м на мультиметре?

200 означает 200 милли, которые мы можем использовать на 200 мВ или 200 мА.

Чего нельзя делать при использовании мультиметра?

1. Использование сломанных щупов
2. Перетекание тока из одной руки в другую очень опасно для нашего тела и электрооборудования
3. Подключить мультиметр параллельно для измерения тока
4. Подключить мультиметр последовательно для измерения напряжения

Что произойдет, если вольтметр подключить последовательно?

В идеальном состоянии вольтметр имеет бесконечное сопротивление, поэтому при последовательном соединении ток в цепи упадет до нуля.

Видео-урок: Конструкция вольтметра

Стенограмма видео

В этом видео мы рассмотрим конструкцию вольтметра, устройства которые мы можем использовать для измерения напряжения или разности потенциалов на компоненте в цепь. На принципиальной схеме мы можем представить вольтметр с заглавной буквой 𝑉 внутри круг. В этой схеме вольтметр используется для измерения падения напряжения на этот резистор. В этом видео мы увидим, как мы можем построить вольтметр, используя гальванометр и последовательно включенный резистор. Мы также увидим, как мы можем рассчитать необходимое сопротивление этого резистора, чтобы построить вольтметр, способный измерять заданное максимальное напряжение.

Итак, для начала рассмотрим ячейку. И допустим, что эта ячейка имеет определенное напряжение 𝑉, которое мы хотим измерить. Простой способ, которым мы можем попытаться сделать это, состоит в том, чтобы соединить гальванометр последовательно с сотовый. Давайте быстро вспомним, что гальванометр — это прибор, который может измерять величину и направление тока с помощью стрелки на циферблате. Итак, в этой схеме, поскольку ячейка подает напряжение на гальванометр, это производит ток, который мы можем назвать 𝐼. Это приводит к отклонению стрелки гальванометра. И пока ток не слишком велик, отклонение будет пропорционально ток.

Теперь закон Ома говорит нам, что напряжение, приложенное к проводнику, равно сила тока в этом проводнике, умноженная на сопротивление этого проводника. Другими словами, напряжение на нашем гальванометре, равное напряжению обеспечиваемый кюветой, равен току в нашем гальванометре, умноженному на сопротивление гальванометра, которое мы можем назвать нашим 𝑅 G. Итак, если мы знаем сопротивление гальванометра, а гальванометр сообщает нам ток в цепи, то мы можем вычислить напряжение ячейки, просто умножив эти два числа вместе. Таким образом, в этом простом случае гальванометр может работать как вольтметр.

Отклонение стрелки пропорционально току в цепи. А закон Ома говорит нам, что сила тока в цепи пропорциональна Напряжение. Следовательно, отклонение стрелки пропорционально напряжению. Однако при использовании гальванометра в качестве вольтметра возникает проблема. Это связано с тем, что гальванометры очень чувствительны, и обычно они может измерять только максимальный ток в микроамперах или миллиамперах. Так, например, мы можем обнаружить, что стрелка нашего гальванометра достигает максимума. отклонение при токе 100 мкА в любом направлении. А это значит, что любой ток свыше 100 мкА также вызовет максимальное отклонение иглы.

Это означает, что мы можем использовать гальванометр в качестве вольтметра, но это только быть способным измерять напряжения в очень ограниченном диапазоне. Если гальванометр имеет максимальный ток отклонения 𝐼 Гс, значит, он будет достичь максимального отклонения при напряжении, равном 𝐼 G, умноженному на 𝑅 G. Таким образом, это выражение в основном указывает нам диапазон напряжения нашего гальванометра. Если мы хотим увеличить диапазон измеряемых напряжений, то нам потребуется некоторое способ ограничения тока в этой цепи, чтобы стрелка гальванометра не от достижения максимального отклонения.

К счастью, есть довольно простое решение. Все, что нам нужно сделать, это подключить резистор последовательно с гальванометром. Функция этого резистора заключается в том, что он увеличивает общее сопротивление в цепи. цепи, уменьшая таким образом ток в гальванометре. Это означает, что вместе эти два компонента могут быть соединены в более крупную систему. разность потенциалов без стрелки на гальванометре достигает максимума отклонение. И это фактически все, что нам нужно для создания вольтметра, только гальванометр и последовательно включенный резистор.

В контексте конструкции вольтметра дополнительный резистор, который мы здесь прикрепили, известный как множительный резистор. И мы можем сказать, что он имеет сопротивление 𝑅 M. Причина, по которой он называется умножающим резистором, заключается в том, что он эффективно умножает максимальное напряжение, которое гальванометр мог измерить самостоятельно. Мы можем увидеть, как это работает, применив закон Ома к нашему вольтметру в целом. Закон Ома говорит нам, что напряжение на вольтметре, который снова является такое же, как напряжение, подаваемое ячейкой, равно току в вольтметре умножить на полное сопротивление вольтметра.

Это означает, что напряжение полного отклонения нашего вольтметра, другими словами, диапазон нашего вольтметра определяется током полного отклонения гальванометра. умножить на сопротивление вольтметра. Здесь полезно помнить, что для резисторов, соединенных последовательно, общее сопротивление определяется суммой индивидуальных сопротивлений. Это означает, что полное сопротивление нашего вольтметра равно сопротивлению множительный резистор плюс сопротивление гальванометра. Другими словами, 𝑅 V равно 𝑅 M плюс 𝑅 G. Таким образом, в целом мы можем записать 𝑉 равно 𝐼 G, умноженное на 𝑅 M плюс 𝑅 G.

Это действительно полезная формула, которая сообщает нам диапазон напряжения, в котором работает наш вольтметр. можно измерить на основе полного тока отклонения гальванометра сопротивление множительного резистора и сопротивления гальванометра. Мы можем получить еще одну полезную формулу, если переделаем это выражение так, чтобы 𝑅 𝑀 предмет. Для этого начнем с умножения скобок в правой части выражение, чтобы дать нам 𝑉 равно 𝐼 G 𝑅 M плюс 𝐼 G 𝑅 G. Затем мы можем вычесть 𝐼 G, умноженное на 𝑅 G, из обеих частей уравнения, а затем, наконец, разделив обе части уравнения на 𝐼 G.

Наконец, мы просто поменяем местами левую и правую части этого выражения, чтобы получить us 𝑅 M равно 𝑉 над 𝐼 G минус 𝑅 G. Это выражение говорит нам стороны множительного резистора, который нам нужно использовать в Чтобы построить вольтметр с диапазоном 𝑉, используя гальванометр с сопротивление 𝑅 Г и ток полного отклонения 𝐼 Г. Теперь следует упомянуть еще одну важную вещь: когда мы делаем вольтметр, соединяя вместе резистор и гальванометр, нам нужно сделать пару модификации гальванометра. Первая проблема, которую нам необходимо решить, заключается в том, что гальванометры могут измерять ток в любом направлении. Это означает, что обычно они имеют ноль посередине циферблата и стрелку. отклонится либо вправо, если ток течет в одну сторону, либо влево при обратном течении.

Теперь, если мы создаем вольтметр постоянного или постоянного тока, это означает, что нам нужен только для измерения разности потенциалов в одном направлении. Это означает, что мы можем избавиться от половины шкалы, так как нас интересует только это. бит, который указывает ток с определенным направлением. Теперь другая проблема, которую нам нужно решить с помощью нашего гальванометра, заключается в том, что на данный момент он измеряет ток. Однако мы показали в этом уравнении, что если наш гальванометр имеет максимум ток отклонения 𝐼 G, то вольтметр, который мы строим с помощью этого гальванометра будет иметь максимальное напряжение отклонения 𝑉. Мы можем использовать это выражение для вычисления значения 𝑉, которое мы написали бы вместо 𝐼 G на циферблате гальванометра.

Например, если мы используем гальванометр с сопротивлением 𝑅 G 100 Ом. и ток полного отклонения 𝐼 G 100 микроампер, и мы используем множитель резистор сопротивлением равным пяти кОм, то диапазон нашего вольтметра 𝑉 будет умножено на 100, умноженное на 10, на отрицательные шесть ампер, то есть 𝐼 G, умноженное на на 5000 Ом, это 𝑅 М, плюс 100 Ом. Это 𝑅 G, что получается при 0,51 вольта, что мы могли бы записать на максимуме положение отклонения шкалы вольтметра. Итак, как только мы выбрали значение нашего множительного резистора, соединили его последовательно. с гальванометром и откалибровали шкалу, наш вольтметр готов к работе. использовал.

Конечно, измерение напряжения ячейки — не единственное применение вольтметр. Чаще всего мы можем использовать вольтметр для измерения падения потенциала отдельные компоненты в такой схеме. Здесь у нас есть ячейка и два резистора, соединенных последовательно. И допустим, что эти резисторы имеют сопротивление 𝑅 один и 𝑅 два, соответственно. Теперь в этой схеме ячейка обеспечивает напряжение, которое мы назовем 𝑉, и это создает ток, который мы назовем 𝐼. Теперь, если бы мы анализировали схему, которая выглядела бы так, было бы полезно измерьте падение напряжения на каждом из этих резисторов.

А чтобы измерить падение напряжения на 𝑅, например, мы бы приложили вольтметр параллельно 𝑅. И, конечно же, теперь мы знаем, что вольтметр по сути состоит из умножителя. резистор с сопротивлением 𝑅 M и гальванометр с сопротивлением 𝑅 G. Теперь, когда мы смотрим на вольтметр в подобном приложении, мы видим, что Умножающий резистор на самом деле выполняет еще одну полезную функцию. В этой точке цепи входящий ток разделяется на два меньших токи.

Допустим, ток, протекающий через вольтметр, называется 𝐼 В, а ток, проходящий через резистор 𝑅, один из них называется 𝐼 R. Разделение тока потенциально может вызвать проблему, поскольку оно угрожает уменьшить величину тока, протекающего через резистор 𝑅 на единицу. И еще раз закон Ома показывает нам, что если ток уменьшается, то напряжение уменьшится, а значит подключение сюда вольтметра фактически грозит уменьшить напряжение, которое мы пытаемся измерить, что, очевидно, не то, что мы хотим от точного измерительного прибора. К счастью, эта проблема фактически решается наличием множителя резистор. Этот резистор гарантирует, что общее сопротивление вольтметра относительно высокий.

Это означает, что через вольтметр протекает очень небольшой ток. Так как ток через вольтметр 𝐼 V очень мал, это означает, что ток через резистор 𝐼 R примерно равен току в остальная часть схемы, 𝐼. В результате подключение вольтметра параллельно 𝑅 дает только незначительное изменение тока в 𝑅 единице, поэтому внесение незначительного изменения к напряжению на 𝑅 ед. Итак, теперь, когда мы увидели, как устроен и используется вольтметр, давайте попробуем ответить на вопрос: вопрос практики.

Принципиальная схема представляет собой гальванометр, соединенный с умножителем резистор. Сопротивление множительного резистора в 50 раз больше сопротивления гальванометра. Каково отношение тока в гальванометре, 𝐼 Г, к току в множительный резистор, 𝐼 М?

Итак, в этом вопросе нам дали принципиальную схему, на которой изображены гальванометр и резистор, называемый множительным резистором, соединенный последовательно с ячейкой. Начнем с того, что вспомним, что термин «умножающий резистор» описывает используемый резистор. в конструкции вольтметра. В частности, это название, данное резистору, который соединен последовательно с гальванометр, как и в этой схеме. Эта комбинация многофункционального резистора и гальванометра создает вольтметр. Таким образом, эта принципиальная схема показывает вольтметр, используемый для измерения напряжение ячейки. Теперь можно использовать гальванометр самостоятельно для измерения напряжения. Однако гальванометры настолько чувствительны, что могут измерять только напряжения. в очень небольшом диапазоне.

Функция множительного резистора в вольтметре заключается в том, что он значительно увеличивает или умножает максимальное напряжение, которое может измерить гальванометр. В вольтметре мы обычно обнаруживаем, что сопротивление многополюсного резистора, которое мы можем назвать 𝑅 M, намного больше, чем сопротивление гальванометра, которую мы можем назвать 𝑅 G. Как мы видим, то же самое верно и в этом вопросе. Нам говорят, что у умножающего резистора сопротивление в 50 раз больше, чем у резистора. гальванометр.

Затем нас просят рассчитать отношение тока в гальванометре 𝐼 G к ток в множителе сопротивления 𝐼 M. Итак, начнем с того, что запишем выражение для каждого из этих токов через их сопротивления, о которых нам дали некоторую информацию. Мы можем сделать это, используя закон Ома, который говорит нам, что ток в проводнике равен равно напряжению на этом проводнике, деленному на сопротивление этого проводник. Таким образом, можно сказать, что сила тока в гальванометре 𝐼G равна напряжению через гальванометр, который мы могли бы назвать 𝑉 G, деленное на сопротивление гальванометр, который составляет 𝑅 G.

Аналогично можно сказать, что ток в умножительном резисторе 𝐼 M равен напряжение на резисторе умножителя, которое мы назовем 𝑉 M, деленное на сопротивление умножительного резистора 𝑅 M. Теперь действительно важно отметить, что 𝑉 G и 𝑉 M не обязательно одно и тоже. Заманчиво предположить, что каждое из этих напряжений просто совпадает с напряжением обеспечивается ячейкой, которую мы могли бы назвать 𝑉 C. Однако это не так. Когда у нас есть резисторы, последовательно соединенные с ячейкой, как мы делаем в этом вопросе, тогда падение напряжения на каждом компоненте будет составлять общее напряжение, подаваемое сотовый.

Теперь вопрос заключается в том, чтобы найти соотношение тока в гальванометре 𝐼 G к току в резисторе умножителя 𝐼 M. И один из способов выразить отношение 𝐼 G к 𝐼 M состоит в том, чтобы вычислить 𝐼 G по 𝐼 M, который должен быть равен 𝑉 G над 𝑅 G, деленному на 𝑉 M над 𝑅 M. Деление этой дроби на эту дробь равносильно умножению этой дроби на величина, обратная этой дроби, которая дает нам 𝑉 G на 𝑅 G, умноженное на 𝑅 M на 𝑉 M, что эквивалентно 𝑉 G 𝑅 M над 𝑉 M 𝑅 G.

Теперь вопрос говорит нам, что множительный резистор имеет сопротивление в 50 раз больше это гальванометр. Другими словами, 𝑅 M равно 50 𝑅 G. Это означает, что мы можем подставить 50 𝑅 G вместо 𝑅 M в этом выражении, что то позволяет нам сократить общий делитель 𝑅 G в числителе и в знаменателе, в результате чего у нас остается 50 𝑉 G на 𝑉 M. Итак, это упрощает наше выражение. Однако у нас до сих пор нет численного значения этого отношения. И мы не можем вычислить фактические значения 𝑉 G и 𝑉 M без предварительного зная напряжение, подаваемое ячейкой.

Однако, чтобы помочь нам, мы можем вспомнить, что когда у нас есть резисторы, соединенные последовательно с ячейкой величина падения напряжения на каждом резисторе пропорциональна его сопротивление. Другими словами, больший резистор будет использовать большую долю общего доступного напряжение, подаваемое ячейкой. Теперь, потому что нам сказали, что сопротивление резистора умножителя в 50 раз больше. гальванометра, это означает, что падение напряжения на множителе Резистор, 𝑉 M, в 50 раз превышает падение напряжения на гальванометре, 𝑉 G. Подстановка 50 𝑉 G вместо 𝑉 M в нашем выражении говорит нам, что отношение 𝐼 G до 𝐼 M равно 50 𝑉 G больше 50 𝑉 G, что равно единице. И это ответ на наш вопрос.

Однако есть более простой способ ответить на этот вопрос, который не требует от нас используйте любую алгебру. На самом деле нам даже не нужно знать, как устроен вольтметр. Нам также не нужно ничего знать о сопротивлениях гальванометра и резистор. На самом деле достаточно просто увидеть, что эти два компонента связаны между собой в единая последовательная цепь. В последовательной цепи скорость протекания заряда, другими словами, сила тока. одинаково во всех точках, а это значит, что ток в гальванометре 𝐼 G должен быть такой же, как ток в умножительном резисторе 𝐼 M. И если 𝐼 G равно 𝐼 M, то 𝐼 G над 𝐼 M равно единице. Если у нас есть множительный резистор, включенный последовательно с гальванометром, то отношение тока в гальванометре к току в умножительном резисторе это один.