Внутреннее сопротивление вольтметра: Как измерить внутреннее сопротивление вольтметра?

Содержание

Внутреннее сопротивление - вольтметр - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Внутреннее сопротивление - вольтметр

Cтраница 1

Внутреннее сопротивление вольтметра 1Мом, установленное по умолчанию, в большинстве случаев оказывает пренебрежимо малое влияние на работу схемы. Его значение можно изменить, однако использование вольтметра с очень высоким внутренним сопротивлением в схемах с низким выходным импедансом может привести к математической ошибке во время моделирования работы схемы.  [1]

Внутреннее сопротивление вольтметра должно быть не менее 500 Ом на каждый вольт напряжения на кольцах ротора. При включении вольтметра последовательно с испытуемой обмоткой ( положение II), вследствие разрядного тока, может наблюдаться бросок стрелки вольтметра. Это временное отклонение не следует принимать во внимание, надо учитывать лишь установившееся показание вольтметра.  [2]

Внутреннее сопротивление вольтметра

должно быть не менее 500 ом на каждый вольт напряжения на кольцах ротора. При включении вольтметра последовательно с испытуемой обмоткой ( положение II), вследствие разрядного тока, может наблюдаться бросок стрелки вольтметра. Это временное отклонение не следует принимать во внимание, надо учитывать лишь установившееся показание вольтметра.  [4]

Внутреннее сопротивление вольтметра должно быть не менее 500 ом на каждый вольт напряжения на кольцах ротора. При включении вольтметра последовательно с испытуемой обмоткой ( положение / /), вследствие разрядного тока, может наблюдаться бросок стрелки вольтметра. Это временное отклонение не следует принимать во внимание, надо учитывать лишь установившееся показание вольтметра.  [6]

Внутреннее сопротивление вольтметра должно составлять 50 000 - 100 000 ом. В начальный момент включения вольтметра в положениях II и III может быть бросок стрелки вследствие разрядного тока. Отсчет нужно производить после установившегося показания вольтметра, не принимая во внимание бросок.  [8]

Внутреннее сопротивление вольтметра должно быть не менее 500 ом на каждый вольт напряжения на концах ротора.  [9]

Внутреннее сопротивление вольтметра должно быть не менее 500 ом на каждый вольт напряжения на кольцах ротора. При включении вольтметра последовательно с испытуемой обмоткой ( положение / /), вследствие разрядного тока, может наблюдаться бросок стрелки вольтметра. Это временное отклонение не следует принимать во внимание, надо учитывать лишь установившееся показание вольтметра.  [11]

Внутреннее сопротивление вольтметра должно быть возможно больше по сравнению с сопротивлением участка цепи, на котором производится измерение, чтобы избежать ошибки из-за уменьшения этого сопротивления при включении прибора.  [12]

Внутреннее сопротивление вольтметра включает величину сопротивления катушек прибора и величину добавочного сопротивления, расширяющего предел измерения для данной шкалы. На разных шкалах внутреннее сопротивление одного и того же многопредельного вольтметра различно в зависимости от величины добавочного сопротивления. Поэтому вольтметр оценивается по вели ине внутреннего сопротивления, приходящегося на один вольт шкалы ( ReH), которое остается одинаковым для всех шкал данного прибора.  [13]

Внутреннее сопротивление вольтметра должно быть возможно больше по сравнению с сопротивлением участка цели, на котором производится измерение, чтобы избежать ошибки из-за уменьшения этого сопротивления при включении прибора.  [14]

Внутреннее сопротивление вольтметра включает величину сопротивления катушек прибора и величину добавочного сопротивления, расширяющего предел измерения для данной шкалы. На разных шкалах внутреннее сопротивление одного и того же многопредельного вольтметра различно в зависимости от величины добавочного сопротивления. Поэтому вольтметр оценивается по величине внутреннего сопротивления, приходящегося ко. Reil), которое остается одинаковым для всех шкал данного прибора.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

Какое сопротивление должны иметь амперметр и вольтметр — MOREREMONTA

Всякий вольтметр включается параллельно тому участку цепи, напряжение на котором мы хотим измерить (рис. 89), и поэтому на него ответвляется некоторый ток от основной цепи. При его включении и ток и напряжение в основной цепи несколько изменяются, так как теперь мы имеем уже другую цепь проводников, состоящую из прежних проводников и вольтметра. Присоединив, например, вольтметр с сопротивлением параллельно лампочке, сопротивление которой равно , мы найдем по формуле (50.5) их общее сопротивление :

. (54.1)

Чем больше сопротивление вольтметра по сравнению с сопротивлением лампочки , тем меньше отличается общее их сопротивление от и тем меньше искажение, вносимое вольтметром. Мы видим, что вольтметр должен иметь большое сопротивление. Для этого последовательно с его измерительной частью (рамкой, нагревающейся нитью и т. д.) нередко включают дополнительный резистор, имеющий сопротивление несколько тысяч Ом (рис. 90).

Рис. 90. К вольтметру присоединяется последовательно дополнительное сопротивление

В противоположность вольтметру, амперметр всегда включают в цепь последовательно (§ 44). Если сопротивление амперметра равно , а сопротивление цепи равно , то при включении амперметра сопротивление цепи становится равным

. (54.2)

Для того чтобы амперметр не изменял заметно общего сопротивления цепи, собственное его сопротивление, как следует из формулы (54.2), должно быть малым по сравнению с сопротивлением цепи. Поэтому амперметры делают с очень малым сопротивлением (несколько десятых или сотых долей Ома).

54.1. Сопротивление амперметра равно 0,1 Ом. Чему равно напряжение на амперметре, если он показывает силу тока 10 А?

54.2. Сопротивление вольтметра равно 12 кОм. Какой ток проходит через вольтметр, если он показывает напряжение 120 В?

54.3. Вольтметр со шкалой 0-120 В имеет сопротивление 12 кОм. Какое сопротивление и каким способом нужно подключить к этому вольтметру, чтобы им можно было измерять напряжение до 240 В? Начертите схему включения. Изменится ли чувствительность вольтметра в предыдущей задаче, если указанное сопротивление включить параллельно вольтметру?

54.4. Вольтметр, присоединенный к горящей лампочке накаливания, показывает 220 В, а амперметр, измеряющий силу тока в лампочке, -0,5 А. Чему равно сопротивление лампочки? Начертите схему включения вольтметра и амперметра.

Внутреннее сопротивление вольтметра

Вольтметр обладает внутренним сопротивлением. Чем больше величина внутреннего сопротивления, тем более точно прибор показывает измеряемую величину. В идеальном вольтметре эта величина должна равняться бесконечности.

Внутреннее сопротивление можно измерить с помощью чувствительного амперметра, источника питания и вольтметра. Подключив приборы к источнику питания, по показаниям приборов, используя закон Ома можно вычислить искомое значение сопротивления.

Также можно взять аккумуляторную батарею(RБ), сопротивление(R) и вольтметр. Измерить напряжение на вольтметре с включенным последовательно в цепь сопротивлением, записать показания U1. Измерить напряжение на вольтметре с закороченным сопротивлением, и также записать показания U2. Затем по формуле отыскать значение сопротивления. RВ=R/(U2/U1-1)-RБ. Чем выше величина R, тем точнее будут измерения.

Добавочное сопротивление вольтметра

Добавочное сопротивление используют для расширения величины измеряемого напряжения вольтметра. Оно подключается последовательно к прибору

Величина рассчитывается по формуле Rдоб=RВ(n-1)

Где Rдоб — добавочное сопротивление вольтметра, RВ – внутреннее сопротивление вольтметра, n – отношение величины желаемого измеряемого напряжения к реально измеряемому напряжению.

Добавочное сопротивление состоит из проволоки, намотанной на каркас и располагают внутри прибора или вне прибора. Для измерения больших напряжений вольтметр включают через измерительный трансформатор напряжения.

Вольтметр (вольт + гр. μετρεω измеряю) — измерительный прибор непосредственного отсчёта для определениянапряжения или ЭДС в электрических цепях. Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии.

Идеальный вольтметр должен обладать бесконечным внутренним сопротивлением. В реальном вольтметре, чем выше внутреннее сопротивление, тем меньше влияния прибор будет оказывать на измеряемый объект и, следовательно, тем выше будет точность и разнообразнее области применения.

Содержание

· 1 Классификация и принцип действия

o 1.1 Классификация

o 1.2 Аналоговые электромеханические вольтметры

o 1.3 Аналоговые электронные вольтметры общего назначения

o 1.4 Цифровые электронные вольтметры общего назначения

o 1.5 Диодно-компенсационные вольтметры переменного тока

o 1.6 Импульсные вольтметры

o 1.7 Фазочувствительные вольтметры

o 1.8 Селективные вольтметры

· 2 Наименования и обозначения

o 2.1 Видовые наименования

o 2.2 Обозначения

· 3 Основные нормируемые характеристики

o 5.1 Другие средства измерения напряжений и ЭДС

o 5.2 Прочие ссылки

· 6 Литература и документация

o 6.1 Литература

o 6.2 Нормативно-техническая документация

Классификация и принцип действия[править | править вики-текст]

Классификация[править | править вики-текст]

· По принципу действия вольтметры разделяются на:

· электромеханические — магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические, выпрямительные, термоэлектрические;

· электронные — аналоговые и цифровые

· По конструкции и способу применения:

Аналоговые электромеханические вольтметры[править | править вики-текст]

· Магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические и электростатические вольтметры представляют собойизмерительные механизмы соответствующих типов с показывающими устройствами. Для увеличения предела измерений используются добавочные сопротивления. Технические характеристики аналогового вольтметра во многом определяются чувствительностью магнитоэлектрического измерительного прибора. Чем меньше его ток полного отклонения, тем более высокоомные добавочные резисторы можно применить. А значит, входное сопротивление вольтметра будет более высоким. Тем не менее, даже при использовании микроамперметра с током полного отклонения 50 мкА (типичные значения 50..200 мкА), входное сопротивление вольтметра составляет всего 20 кОм/В (20 кОм на пределе измерения 1 В, 200 кОм на пределе 10 В). Это приводит к большим погрешностям измерения в высокоомных цепях (результаты получаются заниженными), например при измерении напряжений на выводах транзисторов и микросхем, и маломощных источников высокого напряжения.

· ПРИМЕРЫ: М4265, М42305, Э4204, Э4205, Д151, Д5055, С502, С700М

· Выпрямительный вольтметр представляет собой сочетание измерительного прибора, чувствительного к постоянному току (обычно магнитоэлектрического), и выпрямительного устройства.

· ПРИМЕРЫ: Ц215, Ц1611, Ц4204, Ц4281

· Термоэлектрический вольтметр — прибор, использующий ЭДС одной или более термопар, нагреваемых током входного сигнала.

· ПРИМЕРЫ: Т16, Т218

Аналоговые электронные вольтметры общего назначения[править | править вики-текст]

Этот раздел не завершён. Вы поможете проекту, исправив и дополнив его.

Аналоговые электронные вольтметры содержат, помимо магнитоэлектрического измерительного прибора и добавочных сопротивлений, измерительный усилитель(постоянного или переменного тока), который позволяет иметь более низкие пределы измерения (до десятков — единиц милливольт и ниже), существенно повысить входное сопротивление прибора, получить линейную шкалу на малых пределах измерения переменного напряжения.

Цифровые электронные вольтметры общего назначения[править | править вики-текст]

Дополнительные сведения: [[Цифровой мультиметр]]

Принцип работы вольтметров дискретного действия состоит в преобразова­нии измеряемого постоянного или медленно меняющегося напряжения в электрический код с помощью аналого-цифрового преобразователя, который отображается на табло в цифровой форме.

Диодно-компенсационные вольтметры переменного тока[править | править вики-текст]

Принцип действия диодно-компенсационных вольтметров состоит в сравнении с помощью вакуумного диода пикового значения измеряемого напряжения с эталонным напряжением постоянного тока с внутреннего регулируемого источника вольтметра. Преимущество такого метода состоит в очень широком рабочем диапазоне частот (от единиц герц до сотен мегагерц), с весьма хорошей точностью измерения, недостатком является высокая критичность к отклонению формы сигнала от синусоиды.

· ПРИМЕРЫ: В3-49, В3-63 (используется пробник 20 мм)

В настоящее время разработаны новые типы вольтметров, такие как В7-83 (пробник 20 мм) и ВК3-78 (пробник 12 мм), с характеристиками аналогичными диодно-компенсационным. Последние в скором времени могут быть допущены к примирению в качестве рабочих эталонов. Из иностранных аналогов можно выделить вольтметры серии URV фирмы Rohde&Schwarz с пробниками диаметром 9 мм.

Импульсные вольтметры[править | править вики-текст]

1. Импульсные вольтметры предназначены для измерения амплитуд периодических импульсных сигналов с большой скважностью и амплитуд одиночных импульсов.

Этот раздел не завершён. Вы поможете проекту, исправив и дополнив его.

Фазочувствительные вольтметры[править | править вики-текст]

Фазочувствительные вольтметры (векторметры) служат для измерения квадратурных составляющих комплексных напряжений первой гармоники. Их снабжают двумя индикаторами для отсчета действительной и мнимой составляющих комплексного напряжения. Таким образом, фазочувствительный вольтметр дает возможность определить комплексное напряжение, а также его составляющие, принимая за нуль начальную фазу некоторого опорного напряжения. Фазочувствительные вольтметры очень удобны для исследования амплитудно-фазовых характеристик четырехполюсников, например усилителей.

Селективные вольтметры[править | править вики-текст]

Селективный вольтметр способен выделять отдельные гармонические составляющие сигнала сложной формы и определять среднеквадратичное значение их напряжения. По устройству и принципу действия этот вольтметр аналогичен супергетеродинному радиоприёмнику без системы АРУ, в качестве низкочастотных цепей которого используется электронный вольтметр постоянного тока. В комплекте с измерительными антеннами селективный вольтметр можно применять какизмерительный приёмник.

· ПРИМЕРЫ: В6-4, В6-6, В6-9, В6-10, SMV 8.5, SMV 11, UNIPAN 233 (237), Селективный нановольтметр «СМАРТ»

Наименования и обозначения[править | править вики-текст]

Видовые наименования[править | править вики-текст]

· Нановольтметр — вольтметр с возможностью измерения очень малых напряжений (менее 1мкВ)

· Микровольтметр — вольтметр с возможностью измерения очень малых напряжений (менее 1мВ)

· Милливольтметр — вольтметр для измерения малых напряжений (единицы — сотни милливольт)

· Киловольтметр — вольтметр для измерения больших напряжений (более 1 кВ)

· Векторметр — фазочувствительный вольтметр

Обозначения[править | править вики-текст]

· Электроизмерительные вольтметры обозначаются в зависимости от их принципа действия

· Дxx — электродинамические вольтметры

· Мxx — магнитоэлектрические вольтметры

· Сxx — электростатические вольтметры

· Тxx — термоэлектрические вольтметры

· Фxx, Щxx — электронные вольтметры

· Цxx — вольтметры выпрямительного типа

· Эxx — электромагнитные вольтметры

· Радиоизмерительные вольтметры обозначаются в зависимости от их функционального назначения по ГОСТ 15094

· В2-xx — вольтметры постоянного тока

· В3-xx — вольтметры переменного тока

· В4-xx — вольтметры импульсного тока

· В5-xx — вольтметры фазочувствительные

· В6-xx — вольтметры селективные

· В7-xx — вольтметры универсальные

Основные нормируемые характеристики[править | править вики-текст]

· Диапазон измерения напряжений

· Допустимая погрешность или класс точности

· Диапазон рабочих частот

История[править | править вики-текст]

Первым в мире вольтметром был «указатель электрической силы» русского физика Г. В. Рихмана (1745). Принцип действия «указателя» используется в современном электростатическом вольтметре.

Внутреннее сопротивление — амперметр

Внутреннее сопротивление амперметра 1 мОм ( миллиОм), устанавливаемое по умолчанию, в большинстве случаев оказывает пренебрежимо малое влияние на работу схемы. Можно снизить это сопротивление, однако использование амперметра с очень низким сопротивлением в схемах с высоким выходным импедансом ( относительно выводов амперметра) может привести к математической ошибке во время моделирования работы схемы. [1]

Внутренние сопротивления амперметров составляют десятые сотые доли ома, миллиамперметров — единицы ом, вольтметров — сотни и тысячи ом, милливольтметров — десятки ом. [2]

Определить внутреннее сопротивление амперметра для задачи 7 — 32, если известно сопротивление резистора / ч10 Ом. [3]

Оценим внутренние сопротивления амперметра RA , вольтметра Ну и сопротивление jR исследуемой проволоки. [4]

В этом случае внутреннее сопротивление амперметра для разных пределов измерения приблизительно обратно пропорционально квадрату отношения пределов измерения. [5]

I б) внутреннее сопротивление амперметра f 1 йЧ U U Равно нулю. [6]

Эта поправка значительна при небольших значениях R, меньших внутреннего сопротивления амперметра или соизмеримых с ним. [8]

Падение напряжения, создаваемое током нагрузки на резисторе R14 и внутреннем сопротивлении амперметра РА1, приложено к эмиттерному переходу транзистора V22, причем полярность этого напряжения такова, что при его увеличении транзистор открывается. Последний, в свою очередь, еще более открывает V22 — процесс протекает лавинообразно. При этом регулирующий элемент ( V23V24) закрывается, и выходное напряжение блока становится близким к нулю. Одновременно включается сигнальная лампа Н2 Перегрузка. [9]

По схеме б) аналогично получим: & RX Ra, где Ra — внутреннее сопротивление амперметра . [10]

Если г УГА ГУ -, то ключ Кг ставится в положение 2, здесь ГА — внутреннее сопротивление амперметра ; г у — внутреннее сопротивление милливольтметра. [11]

Включенный в цепь прибор оказывает на ее режим определенное влияние, для уменьшения которого необходимо строго выполнять следующие условия: внутреннее сопротивление амперметра RA должно быть много меньше сопротивления нагрузки RH; внутреннее сопротивление вольтметра должно быть много больше сопротивления нагрузки. Невыполнение этих условий приводит к систематической методической погрешности, которая приблизительно совпадает со значениями отношений RA / R и RjRv Условие Rv J Ra особенно трудно выполнить при измерении напряжения на участках ( нагрузках) с большим сопротивлением в так называемых слаботочных цепях. Для этой цели применяют электронные вольтметры с входным сопротивлением до сотен мегаом. [12]

Появление этих погрешностей связано с тем, что при расчете по схеме а) из показаний вольтметра не вычитается падение напряжения на внутреннем сопротивлении амперметра , а при расчете по схеме б) из показаний амперметра не вычитается сила тока, ответвляющегося в вольтметр. [13]

Во втором случае, если внутреннее сопротивление амперметра имеет величину более 2 % измеренного сопротивления, то погрешность будет завышенной. [15]

2.9. Добавочное сопротивление к вольтметру — ЗФТШ, МФТИ

Если вольтметр рассчитан на максимальное напряжение `U_max`, а с его помощью необходимо измерять напряжение, в `n` раз большее, то, подключив последовательно с вольтметром добавочное сопротивление `R_2` (рис. 10), разделим напряжение `n*U_max` на два слагаемых: одно из них – это напряжение $$ {U}_{\mathrm{max}}$$ на вольтметре, второе – напряжение $$ \left(n-1\right){U}_{\mathrm{max}}$$ на добавочном сопротивлении.

Поскольку добавочное сопротивление включено последовательно с вольтметром, то через вольтметр и добавочное сопротивление течёт одинаковый ток, т. е. справедливо равенство

`(U_max)/(R_"в")=((n-1)U_max)/(R_"д")`.

Отсюда                                     

`R_"д"=(n-1)R_"в"`.                                       (16)

Шкала гальванометра имеет `N=100` делений, цена деления $$ \delta =1\mathrm{мкА}.$$. Внутреннее сопротивление гальванометра $$ {R}_{G}=\mathrm{1,0} \mathrm{кОм}.$$. Как из этого прибора сделать вольтметр для измерения напряжений до $$ U=100 \mathrm{В}$$ или амперметр для измерения токов силой до $$ I=1\mathrm{A}$$?

Максимально допустимый ток `I_max` через гальванометр равен цене деления, умноженной на число делений: `I_max=delta*N=1*100=100` мкА.3=999` кОм.

В этом случае максимальному отклонению стрелки на шкале гальванометра соответствует напряжение между точками подключения  `U=100` В.

Для измерения сопротивления `R` проводника собрана электрическая цепь, показанная на рис. 11. Вольтметр `V` показывает напряжение `U_V=5` В. Показание амперметра `A` равно `I_A=25` мА. Найдите величину `R` сопротивления проводника. Внутренне сопротивление вольтметра `R_V=1,0` кОм. Внутреннее сопротивление амперметра `R_A=2,0` Ом.

Ток `I_A`, протекающий через амперметр, равен сумме токов `I_V` и `I_R`, протекающих через вольтметр и амперметр соответственно. Напряжения на резисторе `U_R=I_R*R` и вольтметре `U_V=I_V*R_V` одинаковы и равны показанию `U_V` вольтметра. Таким образом, приходим к системе уравнений

$$ \left\{\begin{array}{l}{I}_{A}={I}_{V}+{I}_{R},\\ {U}_{V}={I}_{V}·{R}_{V}={I}_{R}·R,\end{array}\right.$$

решение которой

$$ R={\displaystyle \frac{{U}_{V}}{{I}_{A}-{\displaystyle \frac{{U}_{V}}{{R}_{V}}}}}={\displaystyle \frac{5}{25·{10}^{-3}-{\displaystyle \frac{5}{{10}^{3}}}}}=250 \mathrm{Ом}.$$

определяет величину `R` сопротивления проводника по результатам измерений. Заметим, что для приведённой схемы величина внутреннего сопротивления амперметра оказалась несущественной: `R_A` не входит в ответ.

Как найти внутреннее сопротивление амперметра

Лабораторная работа №2

Тема. Измерение напряжения в цепях постоянного тока

Цель. Провести измерение напряжения в цепи постоянного тока прямым методом. Ознакомится со способам расширения верхних пределов измерений вольтметров постоянного тока, с методам расчета добавочных сопротивлений.

Определить внутренне сопротивление вольтметра.

Определить сопротивление добавочного резистора.

Сделать выводы по результатам работы.

Для измерения напряжения U, действующего между какими-либо двумя точками электрической цепи, вольтметр 2 (рис. 1, а) 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 (RД) (рис. 1, б). При этом на прибор приходится лишь часть UV измеряемого напряжения U, пропорциональная сопротивлению прибора RV.

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

(1)

Величина показывает, во сколько раз измеряемое напряжение U больше напряжения UV, 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 n раз большего напряжения прибора UV, определяется по формуле

(2)

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.

Рис. 1. Схемы для измерения напряжения

Внутреннее сопротивление вольтметра. Для определения внутреннего сопротивления вольтметра его необходимо подключить последовательно с резистором (с ) к источнику напряжения (рис. 2) . Напряжение источника поделится между резистором и вольтметром пропорционально их сопротивлениям

(3)

(4)

Рис. 2. Схема для определения внутреннего сопротивления вольтметра

Собрать схему, как на рис. 2.

Сопротивления R выбрать с помощью магазинов сопротивлений так, чтобы напряжения UR и UV были приблизительно равнями ().

Собрать схему, как на рис. 3 ( ).

Рассчитать значение добавочного сопротивления RД (2) для каждого из значений UИП и коэффициент n.

Используя показание вольтметра 15 В и значение коэффициента n, определить напряжение UИП (1). Убедиться, что его значение совпадает с действительным.

Заполнить таблицу 1.

Рис. 3. Использование добавочного сопротивления

Для контроля величины тока применяется прибор называемый амперметром. Из практики могу сказать, что не всегда под рукой оказывается прибор с нужным диапазоном измерения. Как правило, диапазон либо мал, либо велик. Здесь мы разберем, как изменить рабочий диапазон амперметра. Амперметры на большие токи от 20 ампер и выше имеют в своём составе внешний шунтирующий резистор. Он подключается параллельно амперметру. На рисунке 1 приведена схема включения амперметра с шунтирующем резистором.

В качестве примера в экспериментах будет использован амперметр M367 со шкалой до 150 ампер, соответственно при таком токе амперметр используется с внешним шунтирующим сопротивлением.

Если убрать шунтирующий резистор, то амперметр станет миллиамперметром с максимальным током отклонения стрелки 30 мА (далее будет пояснение, откуда это значение взялось). Таким образом, используя разные шунтирующие сопротивления можно сделать амперметр практически с любым диапазоном измерения.

Рассмотрим подробнее имеющийся измерительный прибор. Из его маркировок можно узнать следующее. Маркировка в верхнем правом углу (цифра 1 на изображении). Модель измерительной головки М367. Сделан на краснодарском заводе измерительных приборов (это можно определить по ромбику с буковками ЗИП). Год выпуска 1973. Серийный номер 165266.

Маркировка в нижнем левом углу (цифра 2 на изображении). Слева на право. Прибор предназначен для измерения постоянного тока. Магнитоэлектрический прибор с подвижной рамкой. Напряжение между корпусом и мангнитоэлектрической системой не должно превышать 2 КВ. Рабочее положение шкалы прибора вертикальное. Класс точности прибора в процентах 1,5. ГОСТ8711-60. Измерительная головка рассчитана на измерения силы тока до 150 ампер с использованием внешнего шунтирующего сопротивления рассчитанного на падение на нём напряжения номиналом в 75 милливольт.

Итак, это максимум что удалось узнать из маркировки амперметра. Теперь перейдём к расчетам. Сопротивление шунта определяется по формуле:

где :
Rш – сопротивление шунтирующего резистора;
Rприб – внутреннее сопротивление амперметра;
Iприб – максимально измеримый ток амперметром без шунта;
Iраб – максимально измеримый ток с шунтом (требуемое значение)

Если все данные для расчёта имеются, то можно приступать к самому расчёту. Для упрощения можно воспользоваться онлайн калькулятором ниже:

В нашем случае из формулы видно, что данных не достаточно. Нам известен только максимальный измеряемый ток с шунтом. То есть, то, что мы хотим видеть в случае максимального отклонения стрелки амперметра.

Из маркировки прибора удалось узнать падение напряжения на шунтирующем сопротивлении. И это уже что-то. Из этого параметра ясно, что при подаче на прибор напряжения номиналом 0,075 вольт (75мВ) стрелка отклониться до крайнего значения на шкале 150 ампер. Таким образом, получается, что максимальное отклонение стрелки прибора достигается подачей напряжения 75 мВ. Вроде как данных для расчета по-прежнему не хватает. Необходимо узнать сопротивление прибора и ток, при котором стрелка откланяется до максимального значения без шунтирующего резистора. Далее предлагаю несколько способов для определения нужных параметров и решения задачи.

Способ первый. При помощи блока питания выясняем максимальное отклонение стрелки по току и напряжению без шунта. В нашем случае напряжение уже известно. Его замерять не будем. Измеряем ток и отклонение стрелки. Так как блока питания под рукой не оказалось, то пришлось воспользоваться очень разряженой батарейкой типа АА. Ток, который батарейка могла ещё отдать, составил 12 мА (по показаниям мультиметра). При этом токе стрелка прибора отклонилась до значения на циферблате 60А. Далее определяем цену деления и рассчитываем полное (максимальное) отклонение стрелки. Поскольку шкала циферблата амперметра размечена равномерно, то не составит труда узнать (рассчитать) ток максимального отклонения стрелки.

Цена деления прибора рассчитывается по формуле:

где:
х1 – меньшее значение,
х2 – большее значение,
n – количество промежутков (отрезков) между значениями

Для упрощения можно воспользоваться онлайн калькулятором ниже:

Расчёт показал, что цена деления прибора штатной шкалы составляет 5 ампер. При токе 12 мА стрелка отклонялась до показания 60А. Таким образом, цена одного деления без шунта составляет 1 мА. Всего делений 30, соответственно максимальное отклонение стрелки до значения 150А без шунта составляет 30 мА.

Далее при помощи закона Ома находим сопротивление прибора. 0,075/0,03=2,5 Ом

Расчёт:
Rш=Rприб*Iприб/(Iраб-Iприб)=2,5*0,03/(10-0,03)=0,00752 Ом для шкалы 10А мах
Rш=Rприб*Iприб/(Iраб-Iприб)=2,5*0,03/(5-0,03)=0,01509 Ом для шкалы 5А мах
Rш=Rприб*Iприб/(Iраб-Iприб)=2,5*0,03/(3-0,03)=0,02525 Ом для шкалы 3А мах

Для упрощения можно воспользоваться онлайн калькулятором расчёта сопротивления шунтирующего сопротивления выше.

Второй вариант. При помощи прецизионного мультиметра замеряем сопротивление амперметра и далее при помощи закона Ома (зная напряжение максимального отклонения стрелки) находим ток максимального отклонения стрелки. Измерения выполнялись прецизионными мультиметрами Mastech MS8218 и Uni-t UT71E. При измерении сопротивления амперметра значение составило 2,50-2,52 Ом прибором UT71E и 2,52-2,53 прибором MS8218.

Формула для расчёта тока отклонения стрелки до максимального значения:

Для упрощения вычислений максимального тока отклонения стрелки амперметра можно воспользоваться калькулятором ниже:

Далее, как и в первом варианте выполняем расчёт сопротивления шунтирующего резистора (калькулятор выше). Для расчёта было принято среднее показание измеренного сопротивления амперметра двумя мультиметрами Rприб = 2,52Ом

Расчёт:
Rш=Rприб*Iприб/(Iраб-Iприб)=2,52*0,02976/(10-0,02976)=0,00752 Ом для шкалы 10А мах
Rш=Rприб*Iприб/(Iраб-Iприб)=2,52*0,02976/(5-0,02976)=0,01508 Ом для шкалы 5А мах
Rш=Rприб*Iприб/(Iраб-Iприб)=2,52*0,02976/(3-0,02976)=0,02524 Ом для шкалы 3А мах

Если сравнить расчёты двух методик между собой, то получились совпадение данных до четвёртого знака после запятой, а в некоторых случаях даже до пяти знаков.

О тонкостях изготовления шунтирующего сопротивления расскажу в следующей статье.

1. Необходимо измерить ток потребителя в пределах 20 – 25 А. Имеется микроамперметр с пределом измерения 200мкА, внутренним сопротивлением 300 Ом и максимальным числом делений 100. Определить сопротивление шунта для расширения предела измерения до 30 А и определить относительную погрешность измерения на отметке 85 делений, если класс точности прибора 1,0.

Решение:

2. Предел измерения Iпр амперметра с внутренним сопротивлением RА должен быть расширен до значения 8 Iпр. Найти значение RШ.

Решение:

3. Предел измерения микроамперметра на 150 мкА должен быть расширен до 15 А. Определить сопротивление шунта, если внутреннее его сопротивление RА = 400 А.

Решение:

4. Амперметр с внутренним сопротивлением RА = 0,015 Ом и пределом измерения 20 А имеет шунт сопротивлением 0,005 Ом. Определить предел измерения амперметра с шунтом, а также ток в цепи, если его показание равно 12 А.

Решение:

5. Милливольтметр с пределом измерения 75 мВ и внутренним сопротивлением RВ = 25 Ом имеет 150 делений шкалы. Определить сопротивление шунта, чтобы прибором можно было измерять предельное значение тока 30 А. Определить цену деления прибора в обоих случаях.

Решение:

6. Микроамперметр с пределом измерения 1000 мкА и внутренним сопротивлением RА =300 Ом необходимо использовать в качестве вольтметра на предел 30 В. Определить добавочное сопротивление.

Решение:

7. Милливольтметр с пределом измерения 750 мВ необходимо переделать в многопредельный вольтметр с пределами 7,5; 15; 75; 150В. Добавочное сопротивление на пределе 7,5 В составляет 1350 Ом. Определить добавочное сопротивление на каждом из пределов, сопротивление и ток полного отклонения прибора.

Решение:

8. У вольтметра электродинамической системы с пределом измерения U = 300 В и внутренним сопротивлением Rв = 30 кОм необходимо расширить предел до 1500 В. Определить добавочное сопротивление вольтметра и максимальную потребляемую мощность на основном и расширенном пределах.

Решение:

9. Предел измерения вольтметра электромагнитной системы составляет 7,5 В при внутреннем сопротивлении Rв = 200 Ом. Определить добавочное сопротивление, которое необходимо включить для расширения предела измерения до 600 В.

Решение:

10. Амперметром с внутренним сопротивлением RA = 1 Ом следует измерить ток в 10, 100 и 1000 раз больше его номинального значения. Найти соотношение между сопротивлениями амперметра и шунтов, подобранных для выполнения указанных измерений.

Решение:

11. Амперметр, имеющий внутреннее сопротивление 0,2 Ом и предел измерения 10 А, необходимо использовать для измерения тока до 500 А. Определить сопротивление шунта прибора и падение напряжения на амперметре и шунте.

Решение:

12. Номинальный ток амперметра Iн = 1 А, сопротивление шунта Rш = 0,5 Ом Определить сопротивление амперметра, если номинальное значение тока в нем было при общем токе цепи 5 А.

Решение:

13. Номинальный ток амперметра 1 А, его внутреннее сопротивление 0,08 Ом. Какой ток проходит в электрической цепи, если амперметр с шунтом сопротивлением 0,03 Ом показывает ток 0,9 А?

Решение:

14. Необходимо измерить напряжение в пределах 30-40 В. Какой из вольтметров позволяет произвести измерение с большей точностью:

1 ) с верхним пределом 50 В и классом точности 2,5;

2) с верхним пределом 100 В и классом точности 1,5;

3) с верхним пределом 300 В и классом точности 0,5; 4) с верхним пределом 150 В и классом точности 1.

Решение:

15. Вольтметром с внутренним сопротивлением Rv требуется измерить напряжение в 10, 100 и 1000 раз больше его номинального значения. Найти соотношение между внутренним сопротивлением вольтметра и сопротивлениями добавочных резисторов, подобранных для выполнения указанных условий.

Решение:

16. Номинальное напряжение вольтметра 10 В, внутреннее его сопротивление 5 кОм. Какое допустимое напряжение может быть в измеряемой цепи, если к вольтметру подключен добавочный резистор, сопротивление которого 150 кОм?

Решение:

17. Вольтметр рассчитан для измерения напряжения до 15 В. Определить сопротивление добавочного резистора, который необходимо подключить к вольтметру с Rv = 50 кОм, чтобы с его помощью измерять напряжение 220 В. Каковы при этом потери мощности в обмотке вольтметра и добавочном резисторе?

Решение:

Рис. 3.1

18. Номинальное напряжение вольтметра 30 В, его внутреннее сопротивление 10 кОм. Каково напряжение в измеряемой цепи, если показание вольтметра 10 В соответствует сопротивлению добавочного резистора 50 кОм?

Решение:

19. Для измерения ЭДС генератора к его зажимам присоединен вольтметр (рис, 3.1), сопротивление которого Rv = 10000 Ом. Сопротивление якоря генератора Rа = 0,2 Ом. Определить, на сколько процентов делаем ошибку, считая показание вольтметра, равным ЭДС генератора.

Решение:

20. Амперметр, сопротивление которого RА = 0,3 Ом, имеет шкалу в 150 делений и постоянная прибора СА = 0,001 А/дел. Определить сопротивление шунта RШ, при помощи которого можно было измерять ток до 300 А.

Решение:

21. Амперметр, сопротивление которого RА = 0,3 Ом, имеет шкалу в 150 делений и постоянная прибора СА = 0,001 А/дел. Определить; какое сопротивление RД необходимо последовательно включить с амперметром, чтобы этим прибором можно было измерять напряжение до 150В.

Решение:

22. Какой ток можно измерять амперметром (сопротивление RА = 0,3 Ом, шкала имеет 150 делений и постоянная прибора СА =0,001 А/дел), если имеется шунт с сопротивлением Ом?

Решение:

23. Необходимо подобрать к амперметру с сопротивлением RА шунты, расширяющие пределы измерения в 10 и 100 раз. Каковы будут соотношения между сопротивлением амперметра и шунта?

Решение:

24. Вольтметр с ценой деления 1В/дел, шкала которого содержит 150 делений, имеет сопротивление RВ = 10 000 Ом. Какое добавочное сопротивление RД необходимо включить последовательно с вольтметром, чтобы им можно было измерять напряжение до 600 В?

Решение:

25. Через амперметр, включенный в цепь через трансформатор тока ТЛ-35К, рассчитанный на ток 600/5 А, проходит ток I2 = 4,25 А, Определить ток в первичной цепи.

Решение:

26. Амперметр, рассчитанный на 5А, со шкалой 0 — 500 делений включен в цепь через трансформатор тока 400/5 А. Какой ток проходит в первичной и вторичной обмотках трансформатора, если амперметр показывает 350 делений?

Решение:

27. Ваттметр, имеющий пределы измерения U = 150 В, I = 5 А и число делений шкалы 150, включены через измерительный трансформатор, напряжения 6000/100 В и трансформатор тока 500/5 А. Определить мощность первичной цепи, если показания ваттметра — 124 деления.

Решение:

28. Через трансформатор тока 500/5А и трансформатор напряжения 6000/100В в сеть переменного тока включены амперметр, вольтметр и ваттметр. Определить ток, напряжение, активную мощность и коэффициент мощности цепи, если амперметр показал I = 4 А, вольтметр — U = 100 В, а ваттметр — 350 Вт.

Решение:

29. Обмотки ваттметра, рассчитанные на номинальную мощность Рном = 500 Вт, присоединены к сети переменного тока через измерительный трансформатор напряжения НОМ-6 (3000/100 В) и трансформатор тока ТПЛ-10 (400/5 А). Определять мощность первичной цепи, если мощность в цепи ваттметра Р = 380 Вт.

Решение:

30. К трансформатору напряжения НОМ-10 (номинальное напряжение первичной обмотки 10 000 В) подключили вольтметр, рассчитанный на 150 В. Определить напряжение на вольтметре, если напряжение в первичной цепи понизилось до 9950 В.

Решение:

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студента самое главное не сдать экзамен, а вовремя вспомнить про него. 9825 – | 7406 – или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Измерительные приборы

Каждый измерительный прибор имеет определенные ограничения, кото­рые нужно принимать во внимание, чтобы при использовании этого при­бора получить правильное значение измеряемой величины. Введение из­мерительного прибора в электрическую схему может нарушить ее нор­мальную работу. Поэтому первое правило использования измерительных устройств — обеспечение таких условий измерения, при которых это вмешательство незначительно и им можно пренебречь. Важнейшей характе­ристикой измерительного прибора является его собственное сопротивле­ние, называемое внутренним сопротивлением (рис. 37.1).

 

Рис. 37.1. Базовый измерительный     Рис. 37.2. Включение амперметра                                     прибор.                                                                              А для измерения тока I в цепи.

 

Измерение тока

Чтобы измерить ток в цепи, нужно разомкнуть эту цепь в подходящем ме­сте и в место разрыва последовательно включить амперметр А (рис. 37.2). Амперметр может быть включен в любом месте цепи при условии, что че­рез него будет протекать весь измеряемый ток.

Высококачественные амперметры имеют малое внутреннее сопроти­вление, благодаря чему они оказывают очень слабое влияние на измеря­емый электрический ток. Амперметры с большими внутренними сопро­тивлениями дают неточные показания.

 

Измерение напряжения

Напряжение, или разность потенциалов, существует между двумя точка­ми в цепи. Чтобы измерить напряжение, вольтметр включается между этими двумя точками, например между выводами резистора, без разрыва цепи. Как показано на рис. 37.3, вольтметр V1 измеряет падение напря­жения на резисторе R1, а вольтметр V2 на резисторе R2.


Рис. 37.3. Измерение напряжения.

Рис. 37.4.  Эффект нагрузки – часть общего тока,

ток Im, ответвля­ется в вольтметр.

Эффект нагрузки

Как видно из рис. 37.4, внутреннее сопротивление вольтметра шунтиру­ет сопротивление участка цепи R, к которому подключается вольтметр. Часть тока, протекавшая до подключения вольтметра через R, теперь от­ветвляется к вольтметру. Другими словами, для полного тока I эффек­тивное сопротивление резистора R, зашунтированного теперь внутренним сопротивлением вольтметра, уменьшается. Это так называемый эффект нагрузки вольтметра. Для ослабления этого эффекта внутреннее сопро­тивление вольтметра делают максимально большим, так чтобы оно, по меньшей мере, в 20 раз превышало сопротивление нагрузки. При таких соотношениях шунтирующим эффектом сопротивления измерительного прибора можно пренебречь.

Внутреннее сопротивление

Внутреннее сопротивление измерительного прибора зависит от его чув­ствительности и выбранного диапазона (предела) измерений. Его мож­но вычислить исходя из чувствительности, которую указывают в омах на вольт (Ом/В). Например, вольтметр с чувствительностью 1000 Ом/В имеет внутреннее сопротивление

1000 · 1 = 1000 Ом в диапазоне измерений до 1 В,

1000 · 3 = 3000 Ом в диапазоне измерений до 3 В,

1000 · 10 = 10000 Ом в диапазоне измерений до 10 В и т. д.

При заданной чувствительности, чем больший диапазон измерений вы­бирается, тем больше внутреннее сопротивление и больше точность.

Пример 1

На рис. 37.5 показаны два одинаковых вольтметра V1 и V2 с чувствительностью 20000 Ом/В. Какой вольтметр даст более точные показания, если оба прибора работают в диапазоне измерений 10В?

Рис. 37.5.

Решение

Внутреннее сопротивление каждого прибора равно 20000 · 10 = 200000 Ом, или 200 кОм. Вольтметр V1 шунтирует резистор R2 с сопротивлением 10 кОм, т е. сопротивление этого измерительного прибора в 20 раз превышает сопротивле­ние резистора R2, следовательно, вольтметр V1 даст точное показание (т. е. 4,5 В). Вольтметр V2, шунтирует резистор R4, сопротивление которого равно внутреннему сопротивлению вольтметра 200 кОм. В результате эффект нагруз­ки для вольтметра V2 будет значительным, что приведет к ошибочному показа­нию (3 В).

Аналоговые и цифровые измерительные приборы

Аналоговые измерительные приборы, такие, как магнитоэлектрические измерительные приборы с подвижной катушкой и осциллографы, обес­печивают непрерывную индикацию величин напряжения, тока и т. п. Цифровые измерительные приборы отображают показания дискретным образом. Они обеспечивают непосредственное считывание значений изме­ряемой величины, не зависящее от человеческих ошибок, не имеют дви­жущихся частей, меньше по размерам и дешевле по сравнению с анало­говыми измерительными приборами.

Типы измерительных приборов

Приборы с подвижной катушкой

Магнитоэлектрический измерительный прибор с подвижной катушкой указывает величину постоянного тока, протекающего через катушку. Его можно использовать и для проведения измерений на переменном токе, подключив ко входу выпрямитель. Приборы этого типа имеют чувстви­тельность порядка 20 кОм/В для постоянного тока и 600 Ом/В для пе­ременного тока, частотный диапазон измерений — до 2 кГц или немного больше.

Электронный вольтметр 

Это, по существу, магнитоэлектрический измерительный прибор с по­движной катушкой, но с усилителем на входе. Чувствительность достига­ет порядка мегаом на вольт как для постоянного, так и для переменного токов, частотный диапазон измерений — 3 МГц и выше.

Цифровой вольтметр 

Цифровой вольтметр имеет очень высокую чувствительность (измеряе­мую в мегаомах на вольт) и очень широкий частотный диапазон (свыше 2 МГц).

Электронно-лучевой осциллограф 

Кроме того, что на экране электронно-лучевого осциллографа можно уви­деть форму электрического сигнала, с его помощью можно также изме­рить самые различные электрические величины: напряжение (среднее и пиковое), период, разность фаз и время задержки. Входное сопротивле­ние осциллографа порядка 1 МОм, чувствительность и частотный диапа­зон измерений такие же, как у электронного и цифрового вольтметров.

Универсальный измерительный прибор (мультиметр)

Это, по существу, тот же вольтметр, но сочетающий в себе несколько из­мерительных функций. Коммутирующее устройство переключает функ­ции и позволяет использовать этот прибор как амперметр, вольтметр и омметр. Это может быть аналоговый (с подвижной катушкой) или ци­фровой прибор.

Осциллограф 

Осциллограф можно использовать также для определения частоты. Пе­риод t отображаемого сигнала измеряется с помощью откалиброванной по длительности развертки, а затем частота вычисляется по формуле f = 1/t. Этот метод применим как для синусоидального, так и для пери­одического сигнала любой другой формы.

Более точный метод определения частоты синусоидального сигнала заключается в сравнении его частоты с известной эталонной частотой. Для этого выключается внутренний генератор развертки осциллографа, и сигнал известной частоты (вырабатываемый генератором эталонной ча­стоты) подается на одну пару отклоняющих пластин, а сигнал измеряе­мой частоты — на другую. Плавно изменяя частоту эталонного генератора, добиваются появления на экране устойчивых изображений, называ­емых фигурами Лиссажу (рис. 37.6). Неизвестную частоту можно опре­делить, подсчитывая число пиков (максимумов) на изображении. Если неизвестная частота fY подается на Y-пластины, а известная частота fX на X-пластины, то в тех случаях, когда возникают только горизонтальные пики, как на рис. 37.6, имеем

Неизвестная частота fY = Известная частота fX  · Число пиков.

Рис. 37.6.

Измерительные приборы для регистрации логических состояний

Рассмотренные в предыдущем разделе устройства измеряют аналоговые величины. Для проверки логического состояния контрольной точки ну­жен логический пробник (рис. 37.7). При касании щупом пробника контрольной точки (или узла) индицируется логическое состояние узла: «1», «0» или состояние разомкнутой цепи.

Рис. 37.7. TTL – ТТЛ; CMOS – КМОП; Н — высокий уровень; L — низкий уровень.

Индикация осуществляется с по­мощью индикатора на одном или двух светодиодах. Для изменения логи­ческого состояния узла используется логический импульсный генератор. При касании узла щупом генератора логическое состояние этого узла из­меняется на противоположное. Если узел находился в состоянии логиче­ской 1, то он переключается в состояние логического 0, и наоборот. Логи­ческий импульсный генератор обычно применяется вместе с логическим пробником для контроля логических элементов, счетчиков, триггеров и других цифровых устройств.

Еще один очень полезный логический измерительный прибор — токо­вый детектор. Если токовый детектор поднести к проводнику на печат­ной плате, то он укажет наличие или отсутствие пульсирующего тока в проводнике. Электрический контакт с проводником не нужен. Токовый детектор применяется вместе с импульсным генератором для обнаруже­ния короткого замыкания между проводником или выводом какого-либо элемента, с одной стороны, и землей или шиной источника питания — с другой. Этот детектор можно также применять для поиска коротких замыканий между проводниками или выводами элементов.

Логический и сигнатурный анализаторы

Логический пробник и другие приборы, определяющие логическое состо­яние схемы, практически не применяются при тестировании микропро­цессорных систем. В системе с шинной организацией информация о ло­гическом состоянии отдельной линии шины недостаточна для адекватно­го контроля системы. Необходима одновременная проверка логических уровней на всех линиях адресной шины или шины данных. Это можно сделать с помощью многоканального логического анализатора (индика­тора логических состояний), который позволяет одновременно контроли­ровать большое количество входов. Альтернативным методом тестиро­вания микропроцессорной системы является регистрация последователь­ности битов, появляющихся в одной контрольной точке, с последующим сравнением этой последовательности с аналогичной последовательностью в хорошо работающей известной системе. Этот метод контроля основан на применении одновходового сигнатурного анализатора.

В данном видео рассказывается о стрелочном мультиметре:

Добавить комментарий

Последовательное и параллельное соединения проводников

Решение:

18 В схеме, изображенной на рис. 95, напряжение источника тока V=200 В, а сопротивления проводников R1=60Ом, R2 = R3 = 30 Ом. Найти напряжение на сопротивлении R1.

Решение:

19 Электрическая цепь состоит из источника тока с напряжением V=180В и потенциометра с полным сопротивлением R = 5 кОм. Найти показания вольтметров, присоединенных к потенциометру по схеме, изображенной на рис. 96. Сопротивления вольтметров R1=6 кОм и R2 = 4кОм. Движок x стоит посередине потенциометра.

Решение:

20 Три резистора включены по схеме, изображенной на рис. 97. Если резисторы включены в цепь в точках а и b, то сопротивление цепи будет R = 20 Ом, а если в точках а и с, то сопротивление цепи будет R0 = 15 Oм. Найти сопротивления резисторов R1, R2, R3, если R1=2R2.

Решение:
Эквивалентные схемы включения изображены на рис. 350. Сопротивления реостатов

21 На сколько равных частей нужно разрезать проводник, имеющий сопротивление R = 36 Ом, сопротивление его частей, соединенных параллельно, было R0 — 1 Ом?

Решение:
Весь проводник имеет сопротивление R = nr, где r-сопротивление каждой из n равных частей проводника. При параллельном соединении n одинаковых проводников их общее сопротивление R0 = r/n. Исключая r, получим

n может быть лишь целым положительным числом, большим единицы. Поэтому решения возможны только в случаях, когда R/R0 = 4, 9, 16, 25, 36,… В нашем случае

22 Из проволоки сделан каркас в форме куба (рис. 98), каждое ребро которого имеет сопротивление r. Найти сопротивление R этого каркаса, если ток I в общей цепи идет от вершины А к вершине В.

Решение:
На участках Аа и bВ (рис. 351), ввиду равенства сопротивлений ребер куба и их одинакового включения, ток I равномерно разветвляется по трем ветвям и поэтому в каждой из них равен I/3. На участках ab ток равен I/6, так как в каждой точке а ток вновь разветвляется по двум ребрам с равными сопротивлениями и все эти ребра включены одинаково.
Напряжение между точками А и В складывается из напряжения на участке Аа, напряжения на участке ab и напряжения на участке bВ:

23 Из проволоки, единица длины которой имеет сопротивление Rl, сделан каркас в форме окружности радиуса r, пересеченной двумя взаимно перпендикулярными диаметрами (рис. 99). Найти сопротивление Rx каркаса, если источник тока подключен к точкам c и d.

Решение:
Если источник тока подключен к точкам с и d, то напряжения на участках da и ab равны, поскольку проволока
однородна. Следовательно, разность потенциалов между точками а и b равна нулю. Ток на этом участке отсутствует. Поэтому наличие или отсутствие контакта в точке пересечения проводников ab и cd безразлично. Сопротивление Rx, таким образом, представляет собой сопротивление трех параллельно включенных проводников: cd с сопротивлением 2rR1, cad и cbd с одинаковыми сопротивлениями prR1. Из соотношения

24 Провод длины L=1 м сплетен из трех жил, каждая из которых представляет собой кусок неизолированной проволоки с сопротивлением единицы длины Rl = 0,02 Ом/м. На концах провода создано напряжение V=0,01 В. На какую величину DI изменится ток в этом проводе, если от одной жилы удалить кусок длины l=20 см?

Решение:


25 Источник тока первоначально присоединяют к двум соседним вершинам проволочной рамки в форме правильного выпуклого n-угольника. Затем источник тока присоединяют к вершинам, расположенным через одну. При этом ток уменьшается в 1,5 раза. Найти число сторон n-угольника.

Решение:
n=5.

26 Как надо соединить четыре проводника с сопротивлениями R1 = 10м, R2 = 2 0м, R3 = 3 Ом и R4 = 4 0м, чтобы получить сопротивление R = 2,5 Ом?

Решение:
Сопротивление R = 2,5 Ом достигается, когда проводники включены по схеме сметанного соединения (рис. 352).

27 Найти проводимость k цепи, состоящей из двух последовательных групп параллельно включенных проводников. Проводимости каждого проводника первой и второй групп равны k1=0,5Cм и k2 = 0,25 См. Первая группа состоит из четырех проводников, вторая— из двух.

Решение:

28 Вольтметр рассчитан на измерение напряжений до максимального значения V0 = 30 В. При этом через вольтметр идет ток I=10 мА. Какое добавочное сопротивление Rд нужно присоединить к вольтметру, чтобы им можно было измерять напряжения до V=150В?

Решение:
Для измерения вольтметром более высоких напряжений, чем те, на которые рассчитана шкала, необходимо включить последовательно с вольтметром добавочное сопротивление Rд (рис. 353). Напряжение на этом сопротивлении Vд=V-V0; поэтому сопротивление Rд=(V-V0)/I=12 кОм.

29 Стрелка миллиамперметра отклоняется до конца шкалы, если через миллиамперметр идет ток I=0,01 А. Сопротивление прибора R = 5 0м. Какое добавочное сопротивление Rд нужно присоединить к прибору, чтобы его можно было использовать в качестве вольтметра с пределом измерения напряжений V= 300 В?

Решение:
Для измерения прибором напряжений, не превышающих V, необходимо последовательно с ним включить такое добавочное сопротивление Rд, чтобы V=I(R + Rд), где I-максимальный ток через прибор; отсюда Rд= V/I-R30 кОм.

30 Вольтметр, соединенный последовательно с сопротивлением R1 = 10 кОм, при включении в сеть с напряжением V=220 В показывает напряжение V1 = 70 В, а соединенный последовательно с сопротивлением R2, показывает напряжение V2 = 20 В. Найти сопротивление R2.

Решение:

31 Вольтметр с сопротивлением R = 3 кОм, включенный в городскую осветительную сеть, показал напряжение V=125В. При включении вольтметра в сеть через сопротивление Ro его показание уменьшилось до V0 = 115 В. Найти это сопротивление.

Решение:
Городская осветительная сеть представляет собой источник тока, обладающий внутренним сопротивлением, намного меньшим сопротивления вольтметра R. Поэтому напряжение V=125 В, которое показывал вольтметр при непосредственном включении в сеть, равно напряжению источника тока. Это значит, что оно не изменяется и при включении вольтметра в сеть через сопротивление R0. Поэтому V=I(R + R0), где I=V0/R — ток, текущий через вольтметр; отсюда R0 = (V-V0)R/V0 = 261 Ом.

32 Вольтметр с сопротивлением R = 50 кОм, подключенный к источнику тока вместе с добавочным сопротивлением Rд = 120 кОм, показывает напряжение V0 =100 В. Найти напряжение V источника тока.
Решение:
Ток, текущий через вольтметр и добавочное сопротивление, I=V0/R. Напряжение источника тока V=I(R+Rд)= (R+Rд)V0/R = 340 В.

33 Найти показание вольтметра V с сопротивлением R в цепи, изображенной на рис. 100. Ток до разветвления равен I, сопротивления проводников R1 и R2 известны.

Как работает вольтметр? Сопротивление вольтметра

Воздействие амперметра на измеряемую цепь

Амперметр, как впрочем и вольтметр, оказывает определенное влияние на тестируемую цепь, к которой он подключается в процессе измерения. Когда мы с вами рассматривали воздействие вольтметра на измеряемую цепь , то пришли к выводу, что никакого влияния на тестируемую цепь не оказывает только идеальный вольтметр. Это утверждение справедливо и для идеального амперметра. Отличие идеального амперметра от идеального вольтметра состоит в том, что первый имеет нулевое внутреннее сопротивление, которое не позволяет ему "забирать" напряжение у тестируемой схемы, а второй, наоборот, имеет бесконечное сопротивление, которое не позволяет ему "забирать" ток у схемы при проведении измерения.

Ниже представлен яркий пример влияния амперметра (не идеального, которого в принципе не существует) на тестируемую цепь:

Пока амперметр не подключен к схеме, ток через резистор величиной 3 Ома составляет 666,7 миллиампер, а ток через резистор величиной 1,5 Ом составляет 1,333 ампер. Если к одной из ветвей данной схемы подключить амперметр с внутренним сопротивлением 0,5 Ом, то он серьезно повлияет на измеряемый ток соответствующей ветви:


При подключении амперметра к левой ветви схемы, ее эквивалентное последовательное сопротивление будет равно 3,5 Ома (R 1 +R внутр), а это значит, что прибор вам покажет 571,43 мА вместо 666,7 мА. Подключение амперметра к правой ветви схемы еще больше повлияет на измеряемый ток:


Теперь, из-за увеличения эквивалентного сопротивления правой ветви схемы, вызванного подключением амперметра, ток в ней составит 1 А вместо 1,333 А.

Использование стандартного амперметра, который подключается последовательно измеряемой цепи, не всегда практично, так как его входное сопротивление невозможно изменить. Более практичным для измерения силы тока будет использование шунтирующего резистора и вольтметра, потому что в этом случае мы можем варьировать сопротивлением шунта, и выбирать его настолько низким, насколько это необходимо. Если сопротивление шунта будет больше чем нужно, то оно может отрицательно воздействовать на измеряемую цепь, добавляя чрезмерное сопротивление потоку электронов.

Одним из способов уменьшения влияния амперметра на тестируемую цепь состоит в том, чтобы сделать провод этой цепи частью измерительного прибора. Любой находящийся под напряжением провод производит магнитное поле, напряженность которого находится в прямой зависимости от силы тока. На базе инструмента, измеряющего напряженность магнитного поля, можно сделать "бесконтактный" амперметр. Такой прибор позволяет измерять силу проходящего через проводник тока, не вступая в физический контакт с тестируемой цепью.

Амперметры такой конструкции называются "токовые клещи ", поскольку у них есть специальные зажимы, при помощи которых можно зафиксировать прибор на проводе схемы. Токовые клещи позволяют быстро и безопасно произвести замер силы тока, особенно на мощных промышленных сетях энергоснабжения. Такие приборы исключают ошибку при измерении, поскольку не создают доплнительного сопротивления в тестируемой цепи.

Таким образом, механизмы зажимов токовых клещей подобны механизмам электромагнитных индикаторов, с той лишь разницей, что у них нет внутренней катушки для создания магнитного поля. Более современные конструкции токовых клещей снабжаются датчиками Холла, которые позволяют точно определить напряженность магнитного поля. Некоторые приборы в своей конструкции содержат схему усилителя, которая создает небольшое напряжение, пропорциональное току в проводе между зажимами. Это напряжение подается на вольтметр, что облегчает считывание значений пользователем. Таким образом, токовые клещи могут быть аксессуаром к вольтметру, позволяющим измерять силу тока в цепи.

На фотографии ниже показан менее точный тип амперметра чем токовые клещи - электромагнитный, стрелочный индикатор:

Принцип действия этого амперметра совпадает с принципом действия токовых клещей: магнитное поле, окружающее проводник с током, отклоняет стрелку индикатора, которая показывет текущее значение тока на шкале. Обратите внимание, что на данном индикаторе есть два масштаба измерений: +/- 75 ампер и +/- 400 ампер.

Вольтметр, что это такое? В первую очередь это прибор, который служит в качестве измерительного устройства величины напряжения до 1000В в сетях постоянного и переменного тока, промышленной частоты и используется в информационно-измерительных системах. Идеальный вольтметр обладает чрезвычайно высоким, бесконечным сопротивлением, за счет большого сопротивления прибора достигается наиболее высокая точность и широкие сферы использования.

Прибор предназначен для обеспечения математической и логической обработки измерений.

Виды вольтметров

Существует два вида вольтметров:

  1. Портативные или переносные вольтметры , предназначенные для проверки (тестирования) напряжения в сети. Как правило, такой прибор включается в конструкцию тестера, различаются цифровые или стрелочные приборы, кроме измерения напряжения они выполняют функцию по измерению токов нагрузки, сопротивления цепи, температуры и т. д.
    Если цифровые приборы отличаются точностью показаний то типы вольтметров, относящиеся к аналоговым (стрелочным) приборам, способны реагировать на малейшие отклонения параметров, не определяемых цифровым прибором.
  2. Стационарные приборы устанавливаются на приборных панелях в электрораспределительных щитах для контроля работы оборудования, эти приборы принадлежат к электромагнитному типу.

Классификация вольтметров

Приборы различаются по принципу действия, бывают электромеханические и электронные.

По назначению, приборы – импульсные, измеряющие сеть постоянного и переменного тока.

Как подключить вольтметр

Вольтметр включают в цепь параллельно нагрузке и источнику напряжения , это делается для того чтобы высокое сопротивление, используемое в приборе не оказывало влияние на показания прибора. Величина тока протекающего через прибор должна быть минимальной.

Технические характеристики вольтметра

Нормальная работа вольтметра возможна при температуре воздуха не превышающая 25 – 30 о С с относительной влажностью воздуха до 80% при атмосферном давлении 630 – 800мм рт. ст. Частота питающей сети 50 Гц и с напряжением 220В (частотой до 400 Гц). На измерение большое влияние оказывает форма кривой переменного напряжения питающей сети – синусоида с коэффициентом гармоник не более 5%.

Возможности прибора оцениваются при помощи следующих показателей:

  1. Сопротивление прибора.
  2. Диапазон измеряемых величин напряжения.
  3. Класс точности измерений.
  4. Предельные границы частот напряжения переменной цепи.

Принцип действия прибора

В основу работы вольтметра заложен метод аналогово-цифрового преобразования с двухтактным интегрированием. Рассмотрим работу прибора на примере В7-35. Преобразователи установленные в конструкции, измеряя величины напряжения постоянного и переменного тока, силу тока, сопротивление, преобразуют в нормализованное напряжение и при использовании АЦП преобразуют в цифровой код.

Функциональная схема цифрового вольтметра работает на использовании 4 преобразователей это:

  1. Масштабирующий преобразователь.
  2. Низкочастотный прибор, преобразующий напряжение переменного тока в постоянный ток.
  3. Преобразователь силы постоянного и переменного тока в напряжение.
  4. Преобразователь сопротивления в напряжение.


Вольтметр переменного тока

Широкополосные электронные вольтметры, используемые в сетях переменного тока, имеют свои конструктивные особенности и свойственную только им градуировку. Степень воздействия на измеряемую цепь при исследовании зависит от входных параметров комплексное, это: входное активное сопротивление (Rв), при этом сопротивление должно быть наиболее высоким, емкость на входе (Cв), она должна быть как можно меньше и индуктивность (Lпр), она вместе с емкостью создает последовательный колебательный контур, отличающийся своей резонансной частотой.

Измерение сопротивления вольтметром

Низкоомный вольтметр с сопротивлением не более 15 Ом пригоден для измерения сопротивлений и выполняется при помощи формулы:

Rx = Rи * (U1/U2 – 1)

Для формулы используются сопротивление вольтметра Rв, а также 1 и 2 показания вольтметра, точность измерения не всегда соответствует действительности, так как замер осуществляется без учета внутреннего сопротивления прибора. Более точный результат достигается при использовании формулы:

Rx = (Rв + r) * (U1/U2 — 1), внутреннее сопротивление – r.

При замере каждое последующее сопротивление должно быть большим по сопротивлению вольтметра и выполнятся с фиксацией каждого замера.

Для того чтобы определить какое напряжение показывает вольтметр руководствуются шкалой вольтметра, при помощи цены деления прибора. Она определяется по верхнему пределу замеряемого значения, которое делится на количество делений шкалы.

Приветствую всех читателей на нашем сайте и сегодня в рамках курса «Электроника для начинающих » 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 , амперметр и др.

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 присутсвует амперметр, включенный последовательно с резистором. По закону Ома сила тока в данной цепи должна быть равна:

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

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

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

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

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

Пусть максимальное значение, которое может измерить амперметр составляет 1А. 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 . Мы предполагаем, что его значение превысит максимально допустимую величину для используемого амперметра, поэтому добавляем в схему еще один элемент, который будет выполнять роль шунта. Пусть мы хотим увеличить пределы измерения амперметра в 25 раз, это значит, что прибор будет показывать значение, которое в 25 раз меньше, чем величина измеряемого тока. Нам останется только умножить показания прибора на известное нам число и мы получим нужное нам значение. Для реализации нашей задумки мы должны поставить шунт параллельно амперметру, причем сопротивление его должно быть равно значению, которое мы определяем по формуле:

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

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

Выразим ток шунта через ток амперметра:

Измеряемый ток равен:

Подставим в это уравнение предыдущее выражение для тока шунта:

Но сопротивление шунта нам также известно (). В итоге мы получаем:

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

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

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


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

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

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

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


Здесь мы добавили в цепь добавочное сопротивление . Перед нами стоит задача измерить напряжение на резисторе : . Давайте определим, что при таком включении будет на экране вольтметра:

Подставим в эту формулу выражение для расчета сопротивления добавочного резистора:

Таким образом: . 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 и ) 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!

Вольтметр - это прибор, назначение которого измерять электродвижущую силу (ЕДС) на определенном участке электрической цепи, или проще - прибор для измерения напряжения (разность электрических потенциалов). Этот прибор всегда подключается параллельно элементу питания или нагрузке. Измеренное значение показывает в Вольтах.

Если говорить об идеальном вольтметре , то он должен обладать бесконечным внутренним сопротивлением, чтобы точно измерять напряжение и не оказывать побочного воздействия на цепь. Именно поэтому в приборах высокого класса стараются сделать максимально возможным внутреннее сопротивление, от которого зависит точность измерения и помехи, создаваемые в электрической цепи.

Рисунок - Формулы измерения напряжения

Если говорить о способе монтажа, то подразделяют на три основные группы:

Стационарные;

Щитовые;

Переносные;

Как становится ясно из названия, стационарные приборы используются там, где необходим постоянный контроль, щитовые - в распределительных щитках и на приборных панелях, а переносные - в компактных приборах, которые можно использовать в любом месте.


Рисунок - Схема подключения вольтметра

По назначению все делятся на:

.Переменного тока ;

.Постоянного тока ;

Селективные;

Фазочувствительные;

Импульсные.

Вольтметры переменного тока , как и постоянного используются для измерений в сетях с соответствующим типом тока, а вот селективные - могут отделять гармоническую составляющую сложного сигнала, и определять среднеквадратическое значение напряжения.

Импульсный вольтметр обычно используют для измерений амплитуды постоянных импульсных сигналов, а также они способны точно определить амплитуду одиночного импульса.

Фазочувствительные приборы могут измерять изменения составляющих комплексных напряжений, благодаря чему становится возможным точное исследование амплитудно-фазовой характеристики усилителей, и прочих подобных схем.

По принципу действия различают электронные (цифровые или аналоговые), и электромеханические вольтметры (электромагнитные, термоэлектрические, а также магнитоэлектрические, электродинамические и электростатические).

Все электромеханические приборы, за исключением термоэлектрических, по сути, являются обычным измерительным механизмом с показывающим устройством. Во всех них для расширения пределов измерений применяются дополнительные сопротивления. Приборы данной категории, не смотря на довольно высокое внутреннее сопротивление , имеют относительно большую погрешность, что делает невозможным их использование в ходе экспериментов и исследований, где требуется повышенная точность данных.

Термоэлектрический вольтметр использует для замеров электродвижущую силу одной или нескольких термопар, которые греются из-за тока входящего сигнала. Они более точны и компактны, в сравнении с электромеханическими измерителями напряжения.

Электронные в свою очередь подразделяются на цифровые и аналоговые.

Цифровой преобразует постоянное значение напряжения в цифровой сигнал, который и выводится на табло прибора. Делается это при помощи аналого-цифрового преобразователя .

В аналоговых вольтметрах помимо магнитоэлектрического измерителя и дополнительных резисторов в обязательном порядке присутствует измерительный усилитель, позволяющий в несколько раз повысить внутреннее сопротивление прибора, и соответственно - улучшить точность показаний.

Рассмотрим несколько разных производителей

1. В3-57 - микровольтметр

Измерительное устройство модели В3-57 - вольтметр-преобразователь среднеквадратич. показаний. Разработан для замеров среднеквадратич. значения напряжений произвольной формы и их линейного преобразован. в напряжение постоян. тока. Шкала прибора промаркирована в среднеквадратич. значениях напряжения и децибелах (от 0 дБ и до 0,775 В). Используется при контроле и наладке разнообразных радиотелетехнических устройств и средств связи, вычислении частотных характеристик широкополосных аппаратов, обследованиях шумовых устойчивых сигналов и т. д.

Основные техданные:

Пределы замеров напряжений 10 мкВ - 300 В с граничными зонами: 0,03-0,1-0,3-1-3-10-30-100-300мВ 1-3-10-30-100-300В

Границы частот 5 Гц - 5 МГц

Допустимая погрешность, %: ±1 (30-300 мВ), ±1,5 (1-10 мВ), ±2,5 (0,1-0,3 мВ и 1-300 В), ±4 (0,03 мВ)

Входное сопротивл.5 МОм ±20%

Входная емкость: 27пФ (0,03-300 мВ) и 12 пФ (1-300 В)

Напряжение на выходе линейного преобразоват. 1 В

Сопротивление на выходе линейного преобразоват. 1 кОм ±10%

Предельный коэфф. амплитуды сигнала 6*(Uk/Ux)

2. Вольтметры переменного напряжения АКИП-2401

Измерение ср.квадратического значения переменного напряжения

Диапазон частот: 5 Гц…5 МГц

Диапазон измерения напряжения: 50 мкВ…300 В (6 пределов)

Два измерительных ВЧ входа: Кан1 / Кан2

Максимальное разрешение: 0,0001 мВ

Отображение уровня входного сигнала в дБн, дБм, Uпик

Автоматический или ручной выбор пределов измерений, удержание результата (Hold)

Двухстрочный VDF-дисплей

Интерфейс RS-232

3. В7-40/1 - высококачественный цифровой универсальный прибор, предназначенный для измерения постоянного и переменного напряжений, силы токов и сопротивления постоянному току. В7-40/1 применяется при производстве радиоаппаратуры и электрорадиоэлементов, при научных и экспериментальных исследованиях, в лабораторных и цеховых условиях. Встроенный в В7-40/1 интерфейс IEEE 488 позволяет успешно использовать его в составе автоматизированных информационно - измерительных систем.

Вольтметр В7-40/1 соответствует жестким условия эксплуатации.

Точность измерения по постоянному току вольтметра В7-40/1 - 0,05 %

Максимальная разрешающая способность В7-40/1 - 1 мкВ; 10 мкА; 1 мОм

Диапазоны 0,2; 20; 200; 1000 (2000) В
- Разрешение 1, 10, 100 мкВ; 1; 10 мВ
- Основная погрешность измерения ±(0,04 %+ 5 ед. мл. р)
Входное сопротивление:
- на диапазоне 0,2 В не менее 1 ГОм
- на диапазоне 2 В не менее 2 ГОм
- на диапазонах 200....1000 В, не менее 10 МОм

Относятся к измерительным приборам, с помощью которых можно контролировать величину напряжения на определенном сегменте электрической цепи. Соответственно напряжение, замеряемое этими приборами, имеет единицу измерений Вольт (В). В зависимости от величины напряжения могут применяться мили-, микро-, кило- или мега вольтметры.

Виды вольтметров

Возьмем для пример . Чтобы разобраться, как работает этот прибор, проведем их классификацию.

По принципу действия вольтметров они делятся на электромеханические (рис.1) и электронные (рис.2) приборы. Первые из них могут иметь магнитоэлектрическую или электромагнитную измерительную систему. Второй тип вольтметров представлен аналоговыми и цифровыми устройствами.

По назначению приборы могут делиться на такие вольтметры:

  • для переменного тока;
  • для постоянного тока;
  • импульсные;
  • мультифункциональные.

По способу использования вольтметры производятся в виде переносных или встроенных устройств.

Рис.1 - Электромеханический вольтметр


Рис.2 - Электронный вольтметр

Принцип работы вольтметров

Электромеханические приборы

Вольтметры этого вида имеют в своем составе измерительную систему, которая включает в свою конструкцию подвижную рамку с прикрепленной к ней стрелкой-указателем и измерительной катушкой. Исполнение этой рамки напоминает применяемое в амперметре. Отличием, как работает амперметр и вольтметр является то, что амперметр подключается к специальному шунту, а измерительная цепь вольтметра подсоединяется непосредственно к месту замера напряжения.

При подключении прибора к электрической цепи через катушку измерительной системы проходит ток, генерирующий магнитное поле, взаимодействующее с магнитным полем постоянного магнита. В зависимости от величины напряжения, стрелка будет отклоняться на больший или меньший угол, указывая величину напряжения на измерительной шкале прибора.

Электронные устройства

Чтобы понять, как работает цифровой , важно рассмотреть какие функциональные элементы входят в его состав. К ним относятся: система преобразования переменного тока в постоянный, масштабируемый преобразователь, модуль преобразования силы постоянного/переменного тока в напряжение, устройство преобразования электросопротивления в напряжение.

В основу работы таких приборов положен принцип аналогово-цифрового преобразования токового сигнала с двухтактным интегрированием. В процессе работы вольтметра по такой схеме происходит преобразование входного переменного (постоянного) напряжения в постоянное с последующим его усилением и подачей на модуль, который обеспечивает визуализацию измерительных данных. В аналоговом приборе в качестве системы визуализации используется стрелка со шкалой, а в цифровом – система преобразования сигналов в цифровые коды, которые выводятся на ЖК-дисплее в виде величины напряжения.


Рис.3 - Принцип работы вольтметра

Как подключать вольтметр

Для измерения величины напряжения важно правильно подключать вольтметр. Нужно следить, чтобы он подключался к сегменту электрической цепи или источнику напряжения параллельно. В таком случае высокое сопротивление системы вольтметра не будет оказывать влияние на показания прибора. Сила тока, которая протекает через вольтметр, должна быть минимальной.


Рис.4 - Схема подключения вольтметра

Ключевые технические характеристики вольтметров

Чтобы правильно подобрать вольтметр для измерения напряжения, нужно знать его основные характеристики. К основным относятся следующие.

Величина внутреннего напряжения. Этот показатель должен быть как можно выше. Чем большим будет сопротивление вольтметра, тем меньшее влияние он будет оказывать на показания измерений, и тем большая точность измерений будет достигнута.

Измерительный диапазон. В зависимости от его величины прибор можно будет использовать для контроля тех или иных значений напряжения. Бывают исполнения вольтметров, которые рассчитаны только на работу с небольшими напряжениями – мили, или микровольтметры либо для работы с большим напряжением – кило-, мегавольтметры.

Точность измерений. Этот показатель указывает на возможные отклонения измеряемой величины от действительного значения.

Похожие статьи

Цифровая логика

- как найти внутреннее сопротивление мультиметра, как в вольтметре, так и в амперметре?

В режиме измерения напряжения вы можете настроить делитель напряжения с двумя известными номиналами резисторов и известным источником напряжения. Затем вы можете очень просто вычислить ожидаемое напряжение, которое вы измерили бы на одном из резисторов. Во-первых, убедитесь, что ваш вольтметр обнулен без каких-либо подключений. Во-вторых, просто приложите вольтметр к самому источнику напряжения и запишите это значение как \ $ V_ {source} \ $.(Или измените напряжение источника напряжения так, чтобы получить желаемое значение показания.) Теперь примените вольтметр к выбранному резистору и получите показание как \ $ V_ {mes} \ $.

Предположим, что \ $ R_1 \ $ - это резистор, на котором вы не измеряете напряжение . Предположим, что \ $ R_2 \ $ - это резистор, на котором вы измеряете . Тогда эффективное сопротивление вашего вольтметра будет:

.

$$ R_ {V} = \ frac {R_1 R_2} {\ left (\ frac {V_ {source}} {V_ {mes}} - 1 \ right) R_2 - R_1} $$

Это, вероятно, будет работать лучше, когда значения \ $ R_1 \ $ и \ $ R_2 \ $ равны друг другу и в пределах 5 раз больше или меньше ожидаемого импеданса вашего вольтметра.

Аналогичный метод может быть разработан, если у вас есть источник тока и несколько резисторов, близких к ожидаемому импедансу вашего режима амперметра. Разница в том, что вы установите два резистора параллельно, а не последовательно, и, конечно, вы будете проводить текущее измерение с помощью амперметра последовательно с \ $ R_2 \ $, а не поперек него. Тогда:

$$ R_ {I} = \ left (\ frac {I_ {source}} {I_ {mes}} - 1 \ right) R_1 - R_2 $$

Тем не менее, вы сможете решить приведенные выше уравнения.

Вольтметр должен иметь относительно высокий импеданс, а амперметр - довольно низкий импеданс. Так что не ждите подобных значений.


Но ваш счетчик - это \ $ 6 \: \ frac {1} {2} \ $ разрядный мультиметр! Возможно, у вас не будет такого же точного оборудования, чтобы судить об этом. Но у вас должна быть возможность примерно проверить это. Начните с режима вольтметра и используйте пару значений резистора \ $ 2.2 \: \ textrm {M} \ Omega \ $ для начала. Используйте значение напряжения питания, которое будет проверять каждый из допустимых диапазонов напряжения.(Имеется 5 диапазонов, см. Руководство.)

Вольтметры и внутреннее сопротивление - Neural Dump

GE2524 Мультиметр

Вопрос: Имеет ли вольтметр какое-либо внутреннее сопротивление, и если да, то как оно влияет на показания напряжения?

Ответ: Даже если у вас вообще нет опыта работы с электрикой, я надеюсь, что вы ответили на первую часть вопроса «да». Иначе получился бы невероятно короткий пост.

Для выполнения своей работы вольтметр должен потреблять ток из цепи, которую он измеряет. Чтобы избежать проблемы отсутствия сопротивления / бесконечного тока и потреблять как можно меньший ток, вольтметр должен иметь некоторое внутреннее сопротивление.

Вольтметр

Символ

Реальная модель

Но как это внутреннее сопротивление влияет на его показания?

Если игнорировать все другие качества вольтметра, внутреннее сопротивление измерителя приведет к тому, что он будет регистрировать меньшее напряжение на измеряемых элементах схемы, чем на самом деле.Рассмотрим следующую простую схему:

Эта схема состоит из 9-вольтовой батареи (V1), резистора 12 кОм (R1) и резистора 6 кОм (R2), включенных последовательно. Чтобы проиллюстрировать влияние внутреннего сопротивления вольтметра на измерения, мы сосредоточимся на падении напряжения на R1.

Последовательные резисторы

образуют простой делитель напряжения, поэтому, если вы знаете уравнение делителя напряжения, вычислить напряжение на R1 довольно просто. Если вы этого не знаете, мы можем получить его довольно быстро.

Закон Ома говорит нам, что для чисто резистивной цепи:

Поскольку R1 и R2 включены последовательно,. Следовательно:

Поскольку схема представляет собой простой контур, ток i одинаков во всех элементах. Решая вышеуказанное для i, получаем:

Закон

Ома также дает нам напряжение на R1:

Подстановка в наше текущее уравнение дает нам уравнение делителя напряжения для R1:

Подставляем значения для нашего образца и решаем:

Когда мы присоединяем нашу упрощенную «реальную модель» вольтметра для измерения, наша схема теперь выглядит так:

Теперь у нас больше нет простого делителя напряжения, поскольку он параллелен внутреннему сопротивлению вольтметра.Поскольку эти два элемента работают параллельно, мы можем рассчитать их общее сопротивление, которое я назову так:

Подставляем наши значения:

- это не совсем сопротивление одного только R1. Поскольку он включен последовательно с R2, мы можем изменить уравнение делителя напряжения, чтобы найти напряжение на нем. (Напоминание: это действительно то, что мы считаем V1.)

Итак, мы измерили 5,77 В вместо 6 В, ошибка 3,8%.Во многих случаях эта разница может не иметь большого значения, но в некоторых приложениях ошибка измерения может быть критической.

Конечно, размер ошибки зависит от многих факторов. Только в нашей маленькой схеме это зависит от значений V1, R1, R2 и. Как мы можем минимизировать ошибку?

Минимизация ошибки

Во-первых, давайте определим функцию, описывающую ошибку. Предположим, что все элементы схемы и их свойства статичны, и единственный фактор, который мы можем контролировать, - это внутреннее сопротивление вольтметра.Кажется довольно очевидным, что для минимизации ошибки нам нужно, чтобы эквивалентное сопротивление R1 и параллельно, было как можно ближе к R1 само по себе.

Итак, определяем ошибку как:

Это функция, которую мы хотим минимизировать, но, к сожалению, она не содержит явно переменную, которую мы можем контролировать:. Однако мы можем переписать в форме, которая даст нам то, что нам нужно.

Как мы сказали выше:

Мы можем переработать это уравнение в уравнение, с которым некоторые читатели могут быть более знакомы для расчета параллельных резисторов.

Теперь мы можем снова подставить это в нашу функцию ошибок и упростить ее.

Наконец, мы подошли к функции ошибок, которую хотим минимизировать:

Рассматривая это уравнение, легко увидеть, что чем больше становится, тем меньше становится. По мере приближения к бесконечности, приближается.

Другими словами, для обеспечения максимальной точности показаний напряжения ваш вольтметр должен иметь максимально высокое внутреннее сопротивление.Если я дойду до этого, я могу показать в более позднем посте, что если ваш вольтметр на самом деле является мультиметром, внутреннее сопротивление играет важную роль в точном проведении других измерений.

Обновление от 27.12.14. Прочтите здесь о внутреннем сопротивлении и амперметрах.

Physlet Physics Кристиана и Беллони: проблема 30.8

Задача 30.8: Найти внутреннее сопротивление вольтметра и амперметра

Контур A | Контур B

Подождите, пока анимация полностью загрузится.

Цепи A и B представляют собой разные конфигурации одних и тех же элементов схемы. Допустим, батарея идеальная (без внутреннего сопротивления). Рестарт. Выберите анимацию, чтобы показать напряжение и ток на счетчиках (напряжение указано в вольтах, а ток - в миллиамперах) .

Используйте цепи A и B для определения внутреннего сопротивления амперметра и вольтметра, которые используются в обеих цепях. Вы можете изменить резистор в цепях A и B (и посмотреть номинал резистора).

  1. Какую цепь следует использовать для определения сопротивления амперметра? По какой схеме найти сопротивление вольтметра? Почему?

После того, как вы определите, какая цепь будет использоваться для определения сопротивления амперметра, вы должны иметь в виду идеальное сопротивление амперметра (в идеале 0 Ом; почему это идеальное сопротивление амперметра?) И выбрать переменное сопротивление. соответственно (например, если небольшое сопротивление последовательно с очень большим резистором, падение напряжения на большом резисторе не будет заметно отличаться от падения напряжения на них обоих и т. д.). То же верно и для вашего определения сопротивления вольтметром.

  1. Какое сопротивление у амперметра и вольтметра?
  2. Если вы не знаете внутреннее сопротивление счетчиков или значение переменного резистора (что часто бывает), и вы просто хотите разделить показания вольтметра на показания амперметра, чтобы определить неизвестное сопротивление, какая цепь, A или B, что лучше всего для измерения малых сопротивлений?
  3. Какая цепь, A или B, лучше всего подходит для измерения больших сопротивлений? Объяснять.

Задача написана Энн Дж. Кокс.

Physlets были разработаны в колледже Дэвидсона и преобразованы с Java на JavaScript с использованием системы SwingJS, разработанной в колледже Св. Олафа.

ECE 291 - Лаборатория 4: Внутреннее сопротивление инструментов, влияние инструментов на цепи


ЗАДАЧИ

Демонстрация разницы между «идеальными» и настоящими инструментами и влияние реальных инструментов на схемы.Измерения внутренних сопротивлений цифровых и аналоговых вольтметров, амперметров и выходного сопротивления источника напряжения (генератора сигналов).

ВВЕДЕНИЕ

В предыдущих экспериментах мы строили схемы и проводили на них измерения, прикрепляя инструменты (вольтметр, амперметр или осциллограф) к различным точкам цепи. При анализе работы схем мы пренебрегли наличием приборов, неявно предполагая, что они не влияют на распределение тока и напряжения.Такое предположение справедливо только для «идеальных» инструментов, но может быть вполне разумным и для реальных инструментов в большинстве практических случаев. Однако бывают ситуации, когда присутствие прибора, подключенного к цепи, изменяет ее характеристики до такой степени, что измерение становится бессмысленным, и требуются другие методы оценки схемы. Например, если вольтметр, подключенный к элементу схемы, потребляет ток, сравнимый с током, протекающим через этот элемент, он изменяет распределение тока и напряжения в остальной части схемы.Идеальный вольтметр не потребляет ток, хороший вольтметр очень мало. Современные цифровые вольтметры в этом плане очень хороши.

Реальный прибор, такой как цифровой или аналоговый вольтметр, может быть представлен эквивалентной схемой, состоящей из идеального измерителя и его внутреннего сопротивления. В общем, мы должны учитывать внутренний импеданс, который помимо сопротивления может иметь емкостную или индуктивную составляющую. Например, емкостная составляющая входного импеданса осциллографа играет роль в высокочастотных измерениях.Мы увидим этот эффект в следующей лаборатории.

Другой класс приборов, в которых внутреннее сопротивление играет важную роль, - это блоки питания. Источник напряжения, такой как аккумулятор или источник питания на вашем стенде, можно представить как идеальный источник напряжения и сопротивление (выходное сопротивление). В идеальном источнике напряжения это сопротивление равно нулю, поэтому на нем нет падения напряжения, а выходное напряжение не зависит от величины потребляемого тока.

В этом наборе экспериментов вы измерите внутреннее сопротивление основных инструментов, используемых в лаборатории, и продемонстрируете простые ситуации, в которых их внутреннее сопротивление играет важную роль. Этот урок стоит помнить всякий раз, когда вы подключаете внешние инструменты к электронной схеме.

Мы вернемся к теме входного сопротивления нашего самого важного инструмента, осциллографа, в лаборатории позже. Комплексный импеданс осциллографа требует знания отклика RC-цепей, которые будут рассмотрены в первую очередь.

PRELAB

  1. Зная, что для измерения напряжения необходимо подключить вольтметр между двумя точками цепи и что вольтметр не должен оказывать большого влияния на цепь, каково, по вашему мнению, значение внутреннего сопротивления вольтметра, высокое или низкое? Какое сопротивление у идеального вольтметра, который вообще не влияет на цепь (не потребляет ток)? Настоящий вольтметр можно представить в виде схемы, состоящей из идеального вольтметра и резистора, представляющего его внутреннее сопротивление.Нарисуйте схему этой цепи, указав клеммы, которые представляют выводы, используемые для измерения напряжения. Напишите уравнение для нахождения неизвестного внутреннего сопротивления вольтметра R int , если вам известны номинал резистора R и напряжение V s в эксперименте 1.1 этой лаборатории (рис. 4.1).
  2. Нарисуйте эквивалентную схему реального амперметра, состоящую из идеального прибора и внутреннего сопротивления. Опять же, хороший инструмент должен иметь минимальное влияние на измеряемую цепь.Помните, что, в отличие от вольтметра, амперметр подключается последовательно с измеряемой цепью. Таким образом, идеальный амперметр не должен сопротивляться протеканию тока и не должен создавать напряжение на своих выводах.
  3. Идеальный источник напряжения дает напряжение, не зависящее от тока. Настоящий источник может быть представлен идеальным источником и внутренним сопротивлением, на котором по мере протекания тока возникает падение напряжения. Таким образом, реальный источник напряжения дает более низкое напряжение с нагрузкой (например,грамм. резистор), чем без нагрузки. Напишите уравнение для определения внутреннего сопротивления генератора сигналов неизвестной формы R int , если вам известно значение резистора нагрузки R L и напряжения, измеренные в эксперименте 1.3 этой лаборатории

ЛАБОРАТОРИЯ

Необходимое оборудование со склада: счетчик аналоговый универсальный, провода.

1. ВНУТРЕННЕЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРИБОРОВ.

1,1 Внутреннее сопротивление вольтметры.

a) Измерьте внутреннее сопротивление цифровых вольтметров на вашем стенде в режиме постоянного тока в двух разных диапазонах, установив источник питания постоянного тока сначала на низкое напряжение (не более 1 В), а затем на более высокое напряжение (более 20 В. ).

b) Повторите измерение a) с помощью генератора сигналов, подающего синусоидальную волну с частотой от 50 до 100 Гц с амплитудой в несколько вольт.

Инжир.4.1: Измерение внутреннего сопротивления вольтметра.


c) Повторите измерение a) для аналогового вольтметра. Возможно, вам придется использовать другой R, чем в части а).

d) Повторите измерение b) аналогового вольтметра.

1,2 Внутреннее сопротивление аналоговый и цифровой амперметры (DC).

  • Используйте резистор 1 кОм последовательно с аналоговым амперметром, чтобы защитить его от чрезмерного тока!
  • Используйте цифровой вольтметр для измерения падения напряжения на тестируемом аналоговом амперметре, который показывает ток (см. Схему ниже).Закон Ома даст вам ответ.
  • Выполняйте измерения в двух диапазонах: малый ток (менее 1 мА) и большой ток (около 10 мА). Установите эти токи, регулируя напряжение источника питания.

Будьте осторожны, не пропускайте через амперметр чрезмерный ток! Медленно увеличивайте напряжение источника питания. Не перегревайте резистор. Малогабаритные резисторы в вашем комплекте имеют номинал ¼ Вт.

Для измерения постоянного сопротивления цифрового амперметра не используйте аналоговый вольтметр.Он не будет хорошо отображать очень небольшое падение напряжения, которое вы ожидаете измерить. Вместо этого используйте осциллограф.

Рис. 4.2: Измерение внутреннего сопротивления аналогового амперметра с помощью цифрового вольтметра.

1,3 Внутреннее сопротивление генератор сигналов на вашем стенде

Измерьте выходные напряжения генератора при нагрузке и без нагрузки.. Нагрузочный резистор образует делитель напряжения с внутренним сопротивлением источника (генератора). Без нагрузочного резистора внутреннее сопротивление источника не влияет на измерения, если внутреннее сопротивление измерителя высокое (вы уже знаете, что это так!).

2. ВЛИЯНИЕ ИЗМЕРЕНИЯ ИНСТРУМЕНТЫ НА ЦЕПИ.

В этих экспериментах вы должны увидеть разницу во влиянии вольтметра на цепи с гораздо меньшим импедансом и с импедансом, сравнимым с импедансом измерителя.

Рис 4.3: Резистивный делитель напряжения

2.1 Низкоомная цепь

Сделайте простой делитель напряжения для ослабления сигналов в 2 раза. Используйте два одинаковых резистора примерно 10 кОм и измерьте их значения с помощью цифрового омметра. Определите затухание делителя, измерив входное и выходное напряжение (используйте один и тот же прибор для обоих).Выполните следующие измерения: (а) с постоянным током, используя аналоговый вольтметр, цифровой вольтметр, (б) с переменным током (синусоидальный сигнал около 100 Гц), используя аналоговый вольтметр, цифровой вольтметр и осциллограф.

2.2 Цепь с высоким сопротивлением

Повторите измерения 2.1 после замены обоих резисторов примерно на 200 кОм.

ОТЧЕТ

  • Составьте таблицу, показывающую диапазоны двух вольтметров и их внутренние сопротивления.Прокомментируйте достоинства различных инструментов.

  • Соответствуют ли ваши измерения в части 2.2 расчетному затуханию делителя? Если нет, объясните, почему вы используете свои знания о сопротивлении инструментов. Для расчета «теоретического» затухания используйте фактические (измеренные) сопротивления, а не номинальные значения резисторов.

  • Как вы думаете, какое может быть внутреннее сопротивление осциллографа?

Глава 16 Концепции

Глава 16 Концепции

Глава 18

Концептуальные вопросы: 4, 6, 9, 10, 13, 17, 21, 22, 23

| ВЕРНУТЬСЯ К ДОМАШНЕМУ ЗАДАНИЮ |

4.Джеффу нужен резистор на 100 Ом для схемы, но у него есть только набор резисторов на 300 Ом. Что он может сделать?

У Джеффа есть несколько вариантов. Во-первых, он мог пойти в магазин резисторов и купить другую коробку, на этот раз резисторы на 100 Ом, как в первый раз. Но это не совсем то, к чему мы подошли с этим вопросом.

Джефф должен уменьшить общее сопротивление. Если он соединит резисторы последовательно, они только увеличат общее сопротивление.Однако, если он соединит их параллельно друг с другом, они уменьшат общее сопротивление. Три резистора на 300 Ом, включенные параллельно, в сумме будут иметь сопротивление 100 Ом, поскольку 1/100 = 1/300 + 1/300 + 1/300. (Попробуйте сами.)

6. Сравните сопротивление идеального амперметра с сопротивлением идеального вольтметра. У кого большее сопротивление? Почему?

Амперметр должен измерять ток без изменения величины тока, который обычно проходит через определенную марку цепи.В результате у него должно быть очень низкое сопротивление. С другой стороны, вольтметр измеряет разность напряжений между двумя разными точками (скажем, на разных сторонах резистора), но он не должен изменять количество тока, проходящего через элемент между этими двумя точками. Таким образом, он должен иметь очень высокое сопротивление, чтобы не «протягивать» через него ток. Вопрос 10 (ниже) предлагает более подробную информацию по этому поводу, и на него действительно следует ответить одновременно с этим вопросом, поэтому давайте перейдем к этому:

10.Почему амперметры соединены последовательно с элементом схемы, в котором должен измеряться ток, и вольтметры, подключенными параллельно к элементу, для которого должна быть измерена разность потенциалов?

Амперметры измеряют ток, поэтому им необходимо «войти» в цепь, фактически перехватить и подсчитать все проходящие заряды. Вы разрываете ветвь цепи, в которой измеряете ток, а затем вставляете этот измеритель, повторно соединяя цепь с ним, «видя» все эти заряды, проходящие через него.(В этом случае он должен иметь очень очень низкое сопротивление, чтобы не изменять условия цепи и не изменять ток.) ​​

Вольтметрам

необходимо сравнить две разные точки и их напряжения. Сравнивая две точки, вы должны подключиться к ним одновременно, что требует параллельного подключения. (Вольтметр должен иметь очень высокое сопротивление, чтобы не пропускать ток через него и, таким образом, изменять токи в остальной цепи.)

Что произойдет, если вы подключите амперметр в конфигурации, предназначенной для вольтметра (т.е. параллельно)? Это действительно хороший экзаменационный вопрос.

9. Почему электрические плиты и сушилки для одежды питаются напряжением 240 В, а светильники, радио и часы - напряжением 120 В?

Поскольку мощность (уровень энергии) является произведением I и V, вы можете получить больше энергии от этих печей и сушилок, просто увеличив ток (уменьшив сопротивление элементов внутри них).Однако не всегда рекомендуется просто увеличивать ток, потому что это требует физических усилий: большее количество зарядов, движущихся по проводу, означает, что вам нужен более толстый провод с меньшим сопротивлением, иначе провод может слишком сильно нагреться и расплавить изоляция. Итак, другой способ увеличить мощность, не увеличивая слишком сильно ток, - это увеличить напряжение. Это не обязательно для большинства электрических устройств, но хорошо подходит для мощных устройств.

13.Некоторые батареи можно «перезарядить». Означает ли это, что батарея имеет запас заряда, который истощается по мере использования батареи? Если «подзарядка» не означает буквально вернуть заряд аккумулятора, что означает , ?

Мы не создаем и не уничтожаем заряд. И батарея всегда заряжена нейтрально. Он перемещает заряд, но всегда с тем же током, идущим на одном конце батареи, что и на противоположном конце.

С аккумулятором повышается его потенциальная энергия по мере "перезарядки"."В батареях это означает, что происходят какие-то химические изменения, и энергия, хранящаяся в них, позже собирается в виде электроэнергии.

17. Электрик, работающий с "живыми" цепями, носит изолированную обувь и держит одну руку за спиной. Почему?

Изолированная обувь удерживает электрика изолированным от земли, и мы надеемся, что повысит сопротивление в цепи, которая соединит его с землей. Это более высокое сопротивление приведет к низкому (надеюсь, близкому к нулю) току.Тот же человек держит одну руку за спиной, чтобы покрасоваться. Нет, на самом деле, вторая рука была бы отличным способом соединить полную цепь, проходящую прямо через сердце, и, если держать ее за спиной, вы уверены, что это соединение не будет. (Позже в семестре я создам схему с рассолом, по причинам, которые вы тогда поймете, и вы увидите похожую технику. Надеюсь.)

21. а. Если сопротивление R1 уменьшается, что происходит с падением напряжения на R3? Выключатель S по-прежнему открыт, как на рисунке.

Ток будет больше в R3, увеличивая падение напряжения.

21. б. Если сопротивление R1 уменьшается, что происходит с падением напряжения на R2? Выключатель S по-прежнему открыт, как на рисунке.

Он уменьшается в результате большего тока, проходящего через R1 (и R2 должен делиться с R1).

21. с. В показанных схемах, если переключатель S замкнут, что происходит с током через R1?

Увеличивается.В этом случае ток не пройдет через R3 - мы говорим, что он «закорочен». Это означает, что в цепи меньше общего сопротивления, поэтому больший ток будет делиться с R1 и R2.

22. Четыре одинаковые лампочки помещены в две разные цепи с одинаковыми батареями. Лампочки A и B подключены последовательно с аккумулятором. Лампочки C и D подключены параллельно к батарее.

а. Оцените яркость лампочек.

C и D будут одинаково яркими и ярче, чем A и B; A и B одинаково яркие.

г. Что произойдет с яркостью лампы B, если лампочку A заменить на провод?

B увеличивается в яркости.

г. Что произойдет с яркостью лампы C, если лампу D вынуть из цепи?

Его яркость остается прежней.

23. Три одинаковые лампочки соединены в цепь, как показано на схеме.

а. Что произойдет с яркостью остальных лампочек, если лампу А вынуть из цепи и заменить на провод?

Лампы B и C становятся ярче.

г. Что произойдет с яркостью лампы накаливания, если лампу B вынуть из цепи?

Лампа A становится ярче, а лампа C становится ярче. При всех трех сопротивлениях в цепи токи равны
I A = 2 V / (3 R ), I B = I C = V / (3 R ).Когда B удаляется, ток в A и C составляет В / (2 R ). (Вы все это поняли?)

г. Что произойдет с яркостью лампы накаливания, если лампочку B заменить на провод?

Лампа A становится ярче, лампа C полностью перестает светиться. (Лампа C закорочена проводом с нулевым сопротивлением, поэтому ток не идет на C.)

| ВЕРНУТЬСЯ К ДОМАШНЕМУ ЗАДАНИЮ |

Измерение внутреннего сопротивления батарей

Добавлено в избранное Любимый 7

Внутреннее сопротивление

При проектировании схемы с аккумулятором мы часто предполагаем, что аккумулятор является идеальным источником напряжения.Это означает, что независимо от того, какую нагрузку мы прилагаем к аккумулятору, напряжение на выводах источника всегда остается неизменным.

Если мы моделируем эту батарею как идеальный источник напряжения, изменение значения R L не влияет на напряжение между выводами батареи

На самом деле несколько факторов могут ограничить способность батареи действовать как идеальный источник напряжения. Размер батареи, химические свойства, возраст и температура - все это влияет на величину тока, которую батарея может выдавать.В результате мы можем создать лучшую модель батареи с идеальным источником напряжения и последовательным резистором .

Батареи можно смоделировать как идеальный источник напряжения с последовательным резистором (обозначенным R I )

Мы можем измерить напряжение аккумулятора на его выводах без подключенной нагрузки. Это известно как напряжение холостого хода (V OC ).

Измерение напряжения щелочного элемента AA без нагрузки

Обратите внимание, что, поскольку через внутренний резистор не течет ток, падение напряжения на нем равно 0 В.Следовательно, можно предположить, что V OC равно напряжению идеального источника напряжения в аккумуляторной батарее.

Если мы подключим нагрузку к аккумулятору, напряжение на выводах упадет.

Здесь мы измеряем падение напряжения на резисторе 4 Ом

Это падение напряжения вызвано внутренним сопротивлением батареи. Мы можем рассчитать внутреннее сопротивление, если снимем показания напряжения холостого хода и напряжения на клеммах батареи с подключенной нагрузкой.

Для начала создадим схему, показывающую нашу схему.

Вот наша схема. Мы хотим рассчитать R I .

Мы можем подключить измеренное нами напряжение под нагрузкой (V L ) и значение резистора (R L ) в закон Ома, чтобы получить ток, протекающий по цепи (I).

Нам также нужно получить напряжение на внутреннем резисторе. Мы можем сделать это, используя закон напряжения Кирхгофа. Упрощенно для этой схемы, мы можем сказать, что падение напряжения на обоих резисторах должно составлять в сумме напряжение идеального источника напряжения.

Теперь, когда мы знаем падение напряжения на внутреннем резисторе и ток через него, мы можем снова использовать закон Ома, чтобы найти его сопротивление.

Из этого видно, что внутреннее сопротивление (в данный момент) элемента AA составляет 0,273 Ом .

ПРИМЕЧАНИЕ : С помощью этого метода мы можем только сделать снимок внутреннего сопротивления. Внутреннее сопротивление может варьироваться в зависимости от возраста батареи и температуры. Через 10 минут значение сопротивления может измениться! Обычная щелочная батарея AA может иметь где-то от 0.Внутреннее сопротивление 1 Ом и 0,9 Ом.


← Предыдущая страница
Введение

Как измерить внутреннее сопротивление батареи? - Зачем это делать

Батарейки найдены и используются везде! Все видели их и раньше использовали батарею. В другой предыдущей статье - Что происходит в электрической цепи: напряжение по сравнению с током, мы определили и объяснили, что такое напряжение, ток и сопротивление.Однако знаете ли вы, что каждая батарея имеет собственное сопротивление течению тока? Это известно как Внутреннее сопротивление .

Мы говорили о сопротивлении - сопротивление относится к мере сопротивления протеканию тока. Внутреннее сопротивление - это, по сути, противодействие потоку, который в настоящее время обеспечивается самими элементами и батареями. В этой статье мы поговорим о том, как измерить внутреннее сопротивление батареи:

  • Что такое внутреннее сопротивление?
  • Как измерить внутреннее сопротивление?
  • Рекомендуемые инструменты и продукты, которые помогут вам.

Что такое внутреннее сопротивление?

Источник: hk-phy

Как уже упоминалось, внутреннее сопротивление относится к противодействию протеканию тока, создаваемому самими элементами и батареями. Все материалы в некоторой степени сопротивляются току, даже элементы и батареи. Это связано с материалами, из которых изготовлены батареи.

Элементы, из которых состоит типичная батарея, включают цинк, углерод, литий, ртуть, серебро и т. Д. Все они не являются идеальными проводниками электричества.Поэтому найти аккумулятор с нулевым внутренним сопротивлением будет сложно, а может, и невозможно.

Внутреннее сопротивление можно рассматривать как привратник батареи. Более низкое сопротивление означает меньшее ограничение. При высоком сопротивлении аккумулятор нагревается и напряжение падает.

Как внутреннее сопротивление влияет на напряжение и ток?

Чтобы лучше понять это, воспользуемся законом Ома. Закон Ома - это формула, определяющая соотношение между напряжением, током и сопротивлением в цепи.Закон Ома гласит, что В = ИК. V относится к напряжению, I относится к току, а R относится к сопротивлению, в нашем случае внутреннему сопротивлению.

Ключевым моментом для понимания является то, что напряжение и внутреннее сопротивление являются независимыми переменными, главное, на что влияют, - это зависимая переменная, то есть ток. Когда внутреннее сопротивление увеличивается на V / R = I, ток уменьшается. Когда внутреннее сопротивление меньше, ток, наоборот, увеличивается. Они обратно пропорциональны.Однако все это основано только на формуле закона Ома.

В реальном мире напряжение уменьшается при увеличении внутреннего сопротивления. Таким же образом мы можем измерить внутреннее сопротивление батареи.

В двух словах,

Внутреннее сопротивление - это сопротивление в цепи, которое исходит от самого элемента или батареи. При более высоком внутреннем сопротивлении ток и напряжение будут ниже.

Имея это в виду, давайте теперь исследуем, почему мы должны измерять внутреннее сопротивление?

Как измерить внутреннее сопротивление?

Что вам понадобится:
  • Новая батарейка (батарейка AA)

0.28-дюймовый светодиодный цифровой вольтметр постоянного тока - желтый

RESK - Комплект резисторов

Шагов:
  1. Подключите аккумулятор и вольтметр в следующей конфигурации.

[не обращайте внимания на треугольник (GND) в нижнем левом углу]

  1. Снимите измерения с вольтметра. 1.500V

Вольтметр должен показывать величину напряжения в соответствии со спецификацией вашей батареи. Это связано с тем, что к цепи не подключена нагрузка.Это также известно как напряжение холостого хода (VOC).

Напряжение холостого хода (VOC) - это напряжение, когда оно не подключено к какой-либо нагрузке в цепи.

  1. Подключите аккумулятор, вольтметр и резистор в этой конфигурации.

[не обращайте внимания на треугольник (GND) в нижнем левом углу]

В нашем примере мы будем использовать резистор на 4 Ом.

  1. Снимите измерения с помощью вольтметра. 1.446V

Вольтметр должен показывать более низкое значение напряжения.Падение напряжения вызвано внутренним сопротивлением батареи. Мы можем рассчитать внутреннее сопротивление, если мы снимем показания напряжения холостого хода (VOC) и напряжения на батарее с подключенной нагрузкой, которая в нашем случае представляет собой резистор сопротивлением 4 Ом.

  1. Используйте формулу закона Ома и формулу закона Кирхгофа для расчета внутреннего сопротивления.

Сначала мы подставим полученное значение в закон Ома, чтобы определить ток, протекающий по цепи.

Сокращение:

В = Напряжение

I = текущий

R = Сопротивление

VL = Напряжение нагрузки

RL = номинал резистора

В = I · R

VL = I · RL

1,446 В = I · 4 Ом

I = 1,446 В 4 Ом

I = 0,3615A

Затем мы будем использовать Закон Кирхгофа для определения напряжения на внутреннем резисторе в батарее.Это значение также является падением напряжения на внутреннем резисторе.

Сокращение:

VOC = Напряжение холостого хода

VI = напряжение на внутреннем резисторе

VL = Напряжение нагрузки

ЛОС = VI + VL

1.500 В = VI + 1.446 В

VI = 1.500 - 1.446V

VI = 0,054

Теперь у нас есть значение падения напряжения на внутреннем резисторе и ток, протекающий по цепи.Теперь мы можем снова использовать закон Ома, чтобы найти внутреннее сопротивление батареи.

Сокращение

VI = напряжение на внутреннем резисторе

I = текущий

RI = внутреннее сопротивление

VI = I · RI

0,054 В = 0,3615 А · RI

RI = 0,149 Ом

Отсюда видно, что внутреннее сопротивление батареи AA составляет 0,149 Ом !

Рекомендуемые инструменты и продукты

Надеюсь, вы научились измерять внутреннее сопротивление батареи, а также как и когда его применять! Вот несколько инструментов и продуктов, связанных с батареями, которые могут помочь вам в ваших проектах IoT!

Модуль ИБП для Raspberry Pi Pico - Источник бесперебойного питания

Этот источник бесперебойного питания (ИБП) представляет собой модуль, предназначенный для обеспечения работы вашего Raspberry Pi Pico от литий-ионного аккумулятора.Он также оснащен микросхемой контроля напряжения / тока и индикатором состояния батареи.

Характеристики

  • Стандартный заголовок Raspberry Pi Pico
  • Совместимость литий-ионных аккумуляторов с динамическим управлением питанием для стабильного источника питания
  • Связь по шине I2C для контроля напряжения, тока, мощности и оставшейся емкости аккумулятора
  • Несколько мер защиты аккумулятора, т. Е. Перезаряд / защита от разряда, защита от перегрузки по току, защита от короткого замыкания, обратная защита и функция выравнивающего заряда
  • Встроенный индикатор зарядки, питания и заряда аккумулятора

0.28-дюймовый светодиодный цифровой вольтметр постоянного тока

Это супермини-светодиодный дисплей с диагональю 0,28 дюйма. Пусть вас не обманывает его небольшой внешний вид, он оснащен функцией защиты от обратного подключения. Этот вольтметр можно использовать для измерения заряда аккумулятора мобильного телефона, аккумулятора автомобиля и других подобных приложений. Также доступны несколько цветов: желтый, красный, зеленый и синий.

Технические характеристики

  • Диапазон напряжения: 2,5 - 30 В
  • Рабочий ток <30 мА
  • Размер: 30 × 11.7 × 9,2 мм
  • Скорость измерения: 200 мс / один раз
  • Точность 3%

18650 Корпус держателя батареи - 2 слота с переключателем

Это батарейный отсек для ваших аккумуляторов 18650! Этот футляр для батарейного отсека может вместить две перезаряжаемые батареи 18650 и оснащен встроенным переключателем. В корпус встроены провода для пайки / подключения к вашим IoT-проектам!

18650 Корпус держателя батареи - 4 слота

Это четырехслотовый батарейный отсек для аккумуляторов 18650! В этот чехол можно установить четыре аккумуляторных батареи 18650.Подобно вышеупомянутому корпусу держателя батареи, в корпус встроены провода для пайки / подключения к вашим проектам IoT!

Сводка

Надеюсь, вы узнали больше об измерении внутреннего сопротивления батарей.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *