Вольтметр служит для: 2.7. Измерения силы тока и напряжения в электрических цепях. Амперметр и вольтметр — ЗФТШ, МФТИ

2.7. Измерения силы тока и напряжения в электрических цепях. Амперметр и вольтметр — ЗФТШ, МФТИ

Для измерения токов и напряжений в электрических цепях используются амперметры и вольтметры, основным элементом которых служит гальванометр – прибор, предназначенный для измерения величин токов. Эти измерения могут быть основаны на одном из действий тока: тепловом, физическом, химическом. Гальванометр, градуированный на величину тока, называется амперметром. По закону Ома (8) напряжение и сила тока связаны прямо пропорциональной зависимостью, поэтому гальванометр можно градуировать и на напряжение. Такой прибор называют вольтметром.

В этом задании мы не будем касаться вопросов, связанных с конкретным устройством электроизмерительных приборов, с их системами и принципами работы. Остановимся лишь на требованиях, предъявляемых к внутренним сопротивлениям амперметров и вольтметров. Важно, чтобы при включении в цепь для измерений эти приборы вносили как можно меньшее искажение в измеряемую величину.

Амперметр включается в цепь последовательно. Если сопротивление амперметра `R_»а»` и его подключают к участку цепи с сопротивлением `R_»ц»` (рис. 7а), то эквивалентное сопротивление участка цепи и амперметра в соответствии с (13) равно `R=R_»ц»+R_»а»=R_»ц»(1+(R_»а»)/(R_»ц»))`.

Отсюда следует, что амперметр не будет заметно изменять сопротивление участка цепи, если его собственное (внутреннее) сопротивление будет мало по сравнению с сопротивлением участка цепи.

Чтобы добиться этого, гальванометр снабжают шунтом (синоним – добавочный путь): вход и выход гальванометра соединяются некоторым сопротивлением, обеспечивающим параллельный гальванометру дополнительный путь для тока (рис. 7 б). Поэтому внутреннее сопротивление амперметра меньше, чем у применённого в нём гальванометра. (Читателю рекомендуется лично убедиться в этом с помощью соотношения (14).) Амперметр называется идеальным, если его внутреннее сопротивление можно считать равным нулю.

Вольтметр подключается к электрической цепи параллельно тому участку, напряжение на котором требуется измерить. Присоединив, например, вольтметр с сопротивлением  `R_»в»` параллельно лампочке с сопротивлением `R_»л»` (рис. 8 а), получим участок цепи, эквивалентное сопротивление которого вычисляется по формуле (14)  `R=R_»л» (R»в»)/(R_»л»+R_»в»)`.

Отсюда следует, что чем больше сопротивление вольтметра по сравнению с сопротивлением лампочки, тем меньше эквивалентное сопротивление будет отличаться от сопротивления лампочки. Вывод: чтобы процесс измерения меньше искажал значение измеряемого напряжения, собственное (внутреннее) сопротивление вольтметра должно быть как можно больше. Поэтому в вольтметре последовательно гальванометру включают некоторое сопротивление (рис. 8б). Внутреннее сопротивление такого вольтметра, как правило, во много раз больше сопротивления входящего в него гальванометра. Вольтметр называется идеальным, если его внутреннее сопротивление можно считать бесконечно большим.

Каждый измерительный прибор рассчитан на определённый интервал значений измеряемой величины. И в соответствии с этим проградуирована его шкала. Для расширения пределов измерений в амперметре можно использовать добавочный шунт, а в вольтметре – добавочное сопротивление. Найдём значения этих сопротивлений, увеличивающих максимальную измеряемую величину тока или напряжения в  раз.

Вольтметр постоянного тока ZETLAB, компонент SCADA системы

Внешний вид компонента

Режим проектировщика	Режим оператора
	Не имеет

Параметры:

Входные

• Канал — входной канал, на который поступает сигнал, у которого нужно измерить требуемые величины;
• Вкл\Выкл — за включение и выключение вольтметра постоянного тока.

Выходные

• Число (Yn) — выходной канал, с которого в потоке поступают уже измеренные значения входного сигнала.

Настраиваемые свойства:

Общие свойства (окружение)

• Приведены по данной ссылке.

Частные свойства

(в скобках значение, установленное по умолчанию):

• averagetime (1) — устанавливает время усреднения:
  • 0.1 секунду
  • 1 секунду
  • 10 секунд
• Activate (true) — состояние подачи сигнала (подан или отключен).

Программирование

При использовании компонента в сценарии и программируемом компоненте (скрипте) необходимо учитывать диапазоны значений подаваемых на входные ножки компонента, диапазоны значений свойств компонента, а также диапазоны значений параметров методов компонента.

Параметры:

Входные

• Канал — канал, у которого нужно измерить требуемые величины (от 0 до (количество каналов — 1)).

Настраиваемые свойства:

Общие свойства (окружение)

• Приведены по данной ссылке.

Частные свойства (в скобках значение, установленное по умолчанию):

• BSTR AverageTime — установка и чтение усреднения: 0.1 сек; 1 сек; 10 сек (строка). В многоканальном режиме работы установка времени усреднения для текущего номера канала вольтметра.
• VARIANT_BOOL Activate — установка и чтение состояния работы вольтметра:
  • true — состояние работы вольтметра включен;
  • false — состояние работы вольтметра выключен.

Пример

Проект в SCADA ZETView

В этой схеме компонент Вольтметр постоянного тока измеряет значение постоянной составляющей сигнала, поступающего с Синусоидальный сигнал.

Селектор служат для установки значения смещения (измеряемой постоянной составляющей). Далее измеренное значение поступает на Цифровой индикатор для графического представления информации. Данный компонент используется для создания различных проектов, в том числе таких как поверка динамометров дпу.

Результат работы проекта

Внимание!

Некоторые измерительные программы (вольтметр постоянного тока, виброметр, а также, в будущем, некоторые другие) при загрузке с помощью интерфейса UNIT (например, в ZETView) могут работать в многоканальном режиме. В этом режиме программа может выполнять свои измерения не по одному, а одновременно по нескольким каналам (количеством не более 128). При этом у каждого канала программы могут быть свои параметры, такие как время усреднения, частота дискретизации канала, тип используемого полосового фильтра для виброметра и т.д. Результаты измерений доступны родительской программе через UNIT.

Математическое описание

Напряжение (разность потенциалов) между точками A и B – отношение работы электрического поля при переносе электрического заряда из точки A в точку B к величине пробного заряда.

При этом считается, что перенос пробного заряда не изменяет распределения зарядов на источниках поля (по определению пробного заряда).

Альтернативное определение (для электростатического поля):

Это интеграл от проекции поля (напряжённости поля) на расстояние между точками A и B вдоль любой траектории, идущей из точки A в точку B.

Вольтметр | Типы, определение и факты

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Этот день в истории
• Викторины
• Подкасты
• Словарь
• Биографии
• Резюме
• Популярные вопросы
• Инфографика
• Демистификация
• Списки
• #WTFact
• Товарищи
• Галереи изображений
• Прожектор
• Форум
• Один хороший факт

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Britannica объясняет
  В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
• Britannica Classics
  Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
• Demystified Videos
  В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
• #WTFact Видео
  В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
• На этот раз в истории
  В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.

• Студенческий портал
  Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
• Портал COVID-19
  Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
• 100 женщин
  Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.
• Спасение Земли
  Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать!
• SpaceNext50
  Britannica представляет SpaceNext50. От полета на Луну до управления космосом — мы изучаем широкий спектр тем, которые питают наше любопытство к космосу!

Содержание

• Введение

Краткие факты

• Связанный контент

Викторины

• Интересные факты об измерениях и математике

Вольтметры – разные типы и применение

Вольтметры – разные типы и применение

Каждый хотя бы раз в жизни слышал слово «вольтметр». Хотя это звучит знакомо, не все до конца понимают, что такое вольтметры.

Если вы хотите купить новый вольтметр или просто узнать больше об этом приборе и его преимуществах, вы можете найти очень полезную информацию в блоге Elmark, которая будет очень полезна для вас в будущем.

Ниже мы постараемся полностью ознакомить вас с прибором под названием вольтметр, его функционалом, его различными видами и небольшой историей, которая, думаем, будет вам интересна.

Основные функции вольтметра

Вообще говоря, вольтметр — это прибор, используемый для измерения напряжения.

Другой его основной целью является измерение разности электрических потенциалов между двумя отдельными точками в электрической цепи. В зависимости от типа вольтметр может измерять как постоянный, так и переменный ток.

Вольтметры обычно выпускаются в самых разных стилях. Приборы, стационарно установленные на панели, обычно используются для контроля генераторов или других стационарных устройств.

Портативные устройства, обычно оборудованные для измерения тока и сопротивления в виде мультиметров, являются стандартными измерительными приборами, используемыми в электротехнике и электронике.

Как был изобретен вольтметр

Как и любое другое изобретение, вольтметр имеет свою историю. Трудно назвать одного единственного изобретателя вольтметра. Ряд ученых внесли свой вклад в развитие этого устройства и науки об электричестве и физике в целом.

Майкл Фарадей — один из пионеров экспериментов и открытий в электроэнергетике. Он использовал гальванометр для измерения напряжения и силы тока.

Эдвард Уэстон — еще один блестящий ученый, разработавший одни из самых известных вольтметров и амперметров в первые дни эры электричества.

Его портативный амперметр 1886 года (который впоследствии превратился в мультиметр, известный сегодня) установил стандарты, проложившие путь к созданию точных вольтметров.

Стоит упомянуть ряд других людей, которые внесли свой вклад в разработку вольтметра: Элиху Томпсон, Уильям Стэнли, Оливер Шалленбергер и Ирвинг Лангвейр.

Различные типы вольтметров

Существует несколько основных разновидностей вольтметров, которые в значительной степени определяют функциональные возможности прибора.

Одной из традиционных версий этого прибора является аналоговый вольтметр . В этом случае напряжение показано стрелкой. Аналоговые вольтметры относятся к электростатическому типу со съемной катушкой и железом.

Вольтметры с подвижной катушкой также бывают двух типов: один имеет постоянное магнитное поле и поэтому работает только с постоянным током. Этот тип прибора состоит из постоянного магнита, создающего магнитное поле, и катушки, соединенной с куском мягкого металла, который вращается вокруг своей вертикальной оси.

Другой тип имеет динамо-машину и состоит из двух катушек, одна из которых закреплена на месте, а другая вращается. К преимуществам вольтметров с подвижной катушкой относятся низкое энергопотребление, простота расширения для измерения широкого диапазона значений и одинаковая шкала.

Однако вернемся к типам аналоговых вольтметров, в частности к вольтметру с подвижным железом. Этот тип состоит из подвижного мягкого железа и неподвижных катушек. Преимуществом этого вольтметра является его доступная цена, высокое соотношение веса и крутящего момента, а также возможность измерения им как переменного, так и постоянного тока.

Электростатический вольтметр — еще один базовый тип измерителя. Здесь электричество измеряется электростатикой, используя взаимное отталкивание между двумя заряженными печатными платами, которые, в свою очередь, отклоняют стрелку, прикрепленную к пружине, чтобы показать результаты.

Использование электростатических вольтметров имеет большие преимущества, и, в частности, мы можем отметить их высокую чувствительность, позволяющую проводить гораздо более точные измерения, их способность измерять даже самое маленькое напряжение и их пригодность для высоких напряжений как постоянного, так и переменного тока.

Цифровой вольтметр – это еще один тип, который в последнее время используется больше, чем в прошлом. Помимо очевидных преимуществ этого типа вольтметров, они гораздо более современны и хорошо разработаны: они уменьшают ошибки параллакса и имеют автоматическую полярность, высокое разрешение и точность и автоматическое изменение. Все это было научной фантастикой до недавнего времени.

Теперь, когда вы лучше знакомы с различными типами вольтметров, вы сможете лучше понять, какой из них лучше всего подходит для вас, в зависимости от типа тока, который вы хотите измерить.

Для чего сегодня используются вольтметры?

Когда электричество впервые вошло в обиход и с постепенным развитием электротехники, вольтметр использовался в основном в научных целях и гораздо реже в бытовых и других целях.

Это уже не так, в основном из-за ошеломляющего развития электричества, создания современных электроприборов, без которых мы с трудом можем представить себе жизнь и использования электричества практически повсюду вокруг нас.

Это означает, что ряд приборов, включая вольтметры, можно использовать для повседневных нужд.

Мобильные телефоны, ноутбуки и кофеварки — это приборы, которыми мы пользуемся каждый день и питание которых зависит от электрических цепей. Но мы должны задать себе простой вопрос: потребляют ли батареи в нашем графическом калькуляторе столько же электроэнергии, сколько, например, наша кофеварка? Очевидно, что нет.

В разных цепях для поддержания электрического тока требуются разные значения разности потенциалов. Эта разность потенциалов измеряется вольтметрами.

Зачем нужен вольтметр?

Есть много причин для покупки вольтметра. Он может вам понадобиться, даже если вы не являетесь профессиональным электриком или занимаетесь другой профессией, в которой электричество играет важную роль.

Как вы видели выше, в настоящее время существует множество различных типов вольтметров, с помощью которых каждый может самостоятельно измерить напряжение и электрический потенциал любого электроприбора.

Мы в Elmark рекомендуем каждому иметь вольтметр или, по крайней мере, мультиметр, который также может измерять напряжение и другие величины.