Вольтметр из миллиамперметра своими руками. Вольтметры и амперметры постоянного тока: принципы работы и применение

Как работают вольтметры и амперметры постоянного тока. Каковы основные принципы их подключения к электрическим цепям. Как используется гальванометр в качестве основы для создания вольтметров и амперметров. Какие факторы влияют на точность измерений напряжения и тока.

Основные принципы подключения вольтметров и амперметров

Вольтметры измеряют напряжение, а амперметры — силу тока в электрической цепи. Основные принципы их подключения:

• Вольтметры подключаются параллельно участку цепи, на котором измеряется напряжение
• Амперметры включаются последовательно в цепь для измерения проходящего через нее тока

Такие способы подключения обусловлены тем, что параллельно соединенные элементы имеют одинаковое напряжение, а при последовательном соединении через все элементы протекает одинаковый ток.

Устройство аналоговых измерительных приборов

В основе большинства аналоговых вольтметров и амперметров лежит гальванометр — прибор, отклонение стрелки которого пропорционально протекающему через него току. Основные характеристики гальванометра:

• Внутреннее сопротивление
• Чувствительность по току — ток, вызывающий максимальное отклонение стрелки

Путем добавления дополнительных резисторов гальванометр может быть преобразован в вольтметр или амперметр для измерения широкого диапазона напряжений и токов.

Создание вольтметра на основе гальванометра

Для создания вольтметра на основе гальванометра необходимо:

1. Подключить последовательно с гальванометром добавочное сопротивление R
2. Рассчитать R исходя из максимального измеряемого напряжения и характеристик гальванометра
3. Чем больше измеряемое напряжение, тем больше должно быть R

Например, для измерения напряжений до 10 В гальванометром с током полного отклонения 50 мкА и сопротивлением 25 Ом потребуется добавочное сопротивление около 200 кОм.

Создание амперметра на основе гальванометра

Для создания амперметра гальванометр шунтируют параллельным резистором малого сопротивления. Это позволяет измерять токи, значительно превышающие ток полного отклонения гальванометра. Шунтовое сопротивление рассчитывается исходя из:

• Максимального измеряемого тока
• Тока полного отклонения гальванометра
• Внутреннего сопротивления гальванометра

Например, для измерения токов до 1 А гальванометром с током полного отклонения 50 мкА и сопротивлением 25 Ом потребуется шунт сопротивлением около 1,25 мОм.

Факторы, влияющие на точность измерений

На точность измерений напряжения и тока влияют следующие факторы:

• Собственное потребление тока вольтметром
• Падение напряжения на амперметре
• Конечное входное сопротивление вольтметра
• Конечное внутреннее сопротивление амперметра

Из-за этих факторов измерение напряжения и тока в цепи никогда не может быть абсолютно точным. Для минимизации погрешностей нужно выбирать приборы с параметрами, подходящими для конкретной измерительной задачи.

Преимущества и недостатки аналоговых измерительных приборов

Аналоговые измерительные приборы на основе гальванометра имеют следующие особенности:

Преимущества:

• Простота конструкции
• Наглядность показаний
• Возможность оценки динамики изменения измеряемой величины
• Надежность в сложных условиях эксплуатации

Недостатки:

• Относительно низкая точность измерений
• Влияние на измеряемую цепь
• Ограниченный диапазон измерений
• Необходимость периодической калибровки

Несмотря на развитие цифровых измерительных приборов, аналоговые вольтметры и амперметры по-прежнему находят применение во многих областях техники благодаря своей простоте и надежности.

Применение вольтметров и амперметров

Вольтметры и амперметры широко используются в различных областях техники и повседневной жизни:

• Электротехника и электроника — для отладки и диагностики электрических цепей
• Автомобильная промышленность — в составе панелей приборов
• Бытовая техника — для контроля параметров электропитания
• Энергетика — для мониторинга работы электрических сетей
• Научные исследования — в составе измерительных комплексов

Понимание принципов работы вольтметров и амперметров важно для правильного выбора и использования этих приборов в конкретных измерительных задачах.

Вольтметр своими руками: изготовление и проведение измерений

Автор Aluarius На чтение 5 мин. Просмотров 6.6k. Опубликовано 06.06.2016

Содержание

Ситуации, когда под рукой должен находиться вольтметр, встречаются достаточно часто. Для этого нет необходимости использовать заводской сложный прибор. Изготовить простенький вольтметр своими руками – не проблема, потому что состоит он из двух элементов: стрелочный измерительный блок и резистор. Правда, необходимо отметить, что пригодность вольтметра определяется его входным сопротивлением, которое состоит из сопротивлений его элементов.

Но необходимо учитывать тот факт, что резисторы есть разные с разными номиналами, а это говорит о том, что от установленного резистора будет зависеть входное сопротивление. То есть, подобрав правильно резистор, можно сделать вольтметр под замеры определенных уровней напряжений сетей. Сам же измерительный прибор чаще оценивается по показателю – относительное входное сопротивления, приходящееся на один вольт напряжения, его единица измерения – кОм/В.

То есть, получается так, что входное сопротивления на разных измеряемых участках разное, а относительная величина – показатель постоянный. К тому же, чем меньше отклоняется стрелка измерительного блока, тем больше относительная величина, а, значит, точнее будут измерения.

Прибор для измерения нескольких пределов

Кто не раз сталкивался с транзисторными конструкциями и схемами знает, что очень часто вольтметром приходится замерять цепи с напряжением от десятков долей одного вольта до сотен вольт. Простой приборчик, изготовленный своими руками, с одним резистором это не осилит, поэтому в схему придется подключить несколько элементов с разным сопротивлением. Чтобы вы поняли, о чем идет речь, предлагаем ознакомиться со схемой, расположенной снизу:

На ней показано, что в схеме установлено четыре резистора, каждый из которых отвечает за свой диапазон измерений:

1. От 0 вольт до единицы.
2. От 0 вольт до 10В.
3. От 0 В до 100 вольт.
4. От 0 до 1000 В.

Номинал каждого резистора поддается подсчету, который проводится на основе закона Ома. Здесь используется следующая формула:

R=(Uп/Iи)-Rп, где

• Rп – это сопротивление измерительного блока, возьмем, к примеру. 500 Ом;
• Uп – это максимальное напряжение измеряемого предела;
• Iи – это сила тока, при которой стрелка отклоняется до конца шкалы, в нашем случае – 0,0005 ампер.

Для несложного вольтметра из китайского амперметра можно выбрать следующие резисторы:

• для первого предела – 1,5 кОм;
• для второго – 19,5 кОм;
• для третьего – 199,5;
• для четвертого – 1999,5.

А вот относительная величина сопротивления этого прибора будет равна 2 кОм/В. Конечно, расчетные номиналы не совпадают со стандартными, поэтому резисторы придется подбирать близкими по значению. Далее проводится финишная подгонка, при которой производится градуировка самого прибора.

Как переделать вольтметр постоянного напряжения в переменное

Показанная на рисунке №1 схема – это вольтметр постоянного тока. Чтобы его сделать переменным или, как говорят специалисты, пульсирующим, необходимо в конструкцию установить выпрямитель, с помощью которого постоянное напряжение преобразуется в переменное. На рисунке №2 вольтметр переменного тока показан схематически.

Данная схема работает так:

• когда на левом зажиме находится положительная полуволна, то открывается диод D1, D2 в этом случае закрыт;
• напряжение проходит через амперметр к правому зажиму;
• когда положительная полуволна находится на правом конце, то D1 закрывается, и напряжение через амперметр не проходит.

В схему обязательно добавляется резистор Rд, сопротивление которого рассчитывается точно так же, как и остальные элементы. Правда, его расчетное значение делится на коэффициент, равный 2,5-3. Это в том случае, если в вольтметр устанавливается однополупериодный выпрямитель.

Если используется двухполупериодный выпрямитель, то значение сопротивления делится на коэффициент: 1,25-1,5. Кстати, схема последнего изображена на рисунке №3.

Как правильно подключить вольтметр

Тот, кто не знает, но хочет проверить напряжение на каком-то участке электрической сети, должен задаться вопросом – как подключить вольтметр? Это на самом деле серьезный вопрос, в ответе которого лежит простое требование – подключение вольтметра необходимо проводить только параллельно нагрузке. Если будет произведено последовательное подключение, то сам прибор просто выйдет из строя, и вас может ударить током.

Все дело в том, что при таком соединении уменьшается сила тока, действующая на сам измерительный прибор. При этом сопротивлении его не меняется, то есть, остается большим. Кстати, никогда не путайте вольтметр с амперметром. Последний подключается к цепи последовательно, чтобы снизить показатель сопротивления до минимума.

И последний вопрос темы – как пользоваться вольтметром, изготовленным самостоятельно. Итак, в вашем приборе два щупа. Один подключается к нулевому контуру, второй к фазе. Так же можно проверить напряжение через розетку, предварительно определив, к какому гнезду запитан ноль, а к какому фаза. Или соединяете параллельно прибор к измеряемому участку. Стрелка измерительного блока покажет величину напряжения в сети. Вот так пользуются этим самодельным измерительным прибором.

⚡️Переделка стрелочных вольтметров | radiochipi.ru

На чтение 10 мин Опубликовано 05.07.2019 Обновлено 07.07.2019

В статье описываются два варианта простых и надежных стрелочных вольтметров предназначенных для эксплуатации в жестких условиях. Не во всех случаях целесообразно использовать современные цифровые измерительные приборы.

В некоторых ситуациях, например, в гараже, на даче, когда требуется повышенная защита от грозовых разрядов, нужна работа в широком диапазоне температур окружающего воздуха, будет целесообразней использовать магнитоэлектрические измерители, не требующие дополнительного питания, включаемые по простым схемам и отличающиеся очень большим сроком службы.

Вариант 1

Содержание

1. Вольтметр на базе прибора Ц24
2. Конструкция и детали стрелочных вольтметров
3. Вольтметр на базе микроамперметра
4. Конструкции и детали стрелочных вольтметров

Вольтметр на базе прибора Ц24

На рис.1 представлена принципиальная схема простого вольтметра сетевого напряжения переменного тока. Особенность этого вольтметра в том, что он изготовлен на базе готового вольтметра промышленного изготовления Ц24. Вольтметр Ц24 представляет собой микроамперметр, в корпус которого установлены все необходимые радиоэлементы, для измерения напряжения сети переменного тока 230 В.

Этот вольтметр обычно устанавливался в отечественные регулируемые автотрансформаторы выпуска 1960-х годов, предназначенные для питания ламповой радиоаппаратуры. Позднее в таких автотрансформаторах стали применять менее информативный, имеющий малый срок службы, но более стильный по тем временам, линейный газоразрядный индикатор. Выпущенный в 1962 году измеритель Ц24 успешно выполняет свою задачу и в настоящее время.

Промышленный вольтметр включал в себя микроамперметр РА1 (ток полного отклонения стрелки около 1.5 мА, сопротивление обмотки 360 Ом), резисторы R2 – R5 и германиевые диоды VD5, VD6. Вольтметр подвергся доработке: вместо двух параллельно включенных резисторов сопротивлением по 200 кОм был установлен один большей мощности сопротивлением 100 кОм – это резистор R2, а также, был установлен узел на светодиодах для индикации включения в сеть и для подсветки шкалы прибора.

Резисторы R2 – R4 ограничивают ток через микроамперметр РА1, германиевые диоды VD5, VD6 выпрямляют напряжение переменного тока. Использование двух выпрямительных диодов вместо одного исключает заметное дрожание легкой стрелки микроамперметра при ее питании от однополупериодного выпрямителя.

Для индикации включения прибора и подсветки шкалы в корпус микроамперметра установлены два сверхьярких светодиода HL1, HL2. Конденсатор С1 гасит избыток поступающей на светодиоды энергии. Резистор R1 уменьшает броски тока через мостовой выпрямитель VD1 – VD4. Импульсные броски тока, например, при включении в сеть, искрении в розетке, весьма негативно влияют на кристаллы сверхъярких светодиодов, для их уменьшения установлен оксидный конденсатор С2.

Конструкция и детали стрелочных вольтметров

Все детали этого измерителя размещены в корпусе микроамперметра РА1. Резисторы R2 – R4 и диоды VD5, VD6 размещены на заводской монтажной плате (рис.2), а элементы, относящиеся к узлу подсветки, зафиксированы в корпусе микроамперметра под этой платой термоклеем и дополнительно приклеены клеем «Момент» на основе полихлоропреновых каучуков.

Подойдет также аналогичный клей «Момент кристалл» или «Квинтол». Светодиоды приклеены снизу от шкалы (рис.3), а элементы R1, С1, VD1 – VD4 приклеены под монтажной платой. Резистор R1 желательно применить импортный разрывной или отечественный типа Р1-7.Остальные резисторы ВС, С1-4, С1 -14, С2-23, МЛТ, РПМ.

Если вольтметр будет установлен в не отапливаемом помещении (гараж, сарай), то использование металлопленочных резисторов нежелательно, более надежными окажутся углеродные резисторы. Конденсатор С1 применен малогабаритный импортный, предназначенный для работы в сети переменного тока 275 В. Вместо такого конденсатора можно применить пленочные конденсаторы на рабочее напряжение переменного тока 630 В, например, типа К73-17, К73-24. Конденсатор С2 типа К50-68, К53-14, К53-19 емкостью 22… 100 мкФ.

Германиевые диоды могут быть любые из серий Д2, Д9, Д18, Д20, ГД507. Кремниевые диоды 1N4148 можно заменить 1 N914 или отечественными из серий КД510, КД521, КД522. Сверхъяркие светодиоды RL50- CB744D синего цвета свечения имеют яркость 6000 мКд при токе 20 мА, вместо таких светодиодов можно установить любые аналогичные, например, «белые» RL50-WH744D – 8000 мКд.

Для лучшего рассеивания света, в зоне установки светодиодов, черный корпус микроамперметра окрашивают густым слоем белого лака для ногтей. Такая краска быстро сохнет и не отслаивается при повышенной влажности и перепадах температуры.

Вариант 2

Вольтметр на базе микроамперметра

Если в вашем распоряжении не окажется готового вольтметра Ц24, рис. 4, то вместо него можно применить любой микроамперметр с током полного отклонения стрелки 100… 1500 мкА, например, М2001/1,М2003-М1. При применении более чувствительного микроамперметра, резистор R2 должен быть установлен на значительно большее сопротивление. При выборе микроамперметра нелишним будет обратить внимание на то, какое у него должно быть рабочее положение – вертикальное или горизонтальное.

Для калибровки прибора используют автотрансформатор и мультиметр. При отсутствии профессионального измерительного оборудования можно воспользоваться любительскими мультиметрами «среднего класса», например, типа MY-67, MY-68, М320, TJ1-4M.

Желательно наличие не менее трех контрольных приборов, одновременно включенных параллельно калибруемому измерителю. К сожалению, популярные у многих цифровые мультиметры низшей ценовой категории серий М-8хх, обычно не обеспечивают приемлемой точности измерений напряжения переменного тока 50 Гц.

Изготовленный прибор можно смонтировать, например, на корпусе установленного в гараже предохранительного щитка, магнитного пускателя или зарядного устройства для автомобильного аккумулятора. Если найдется свободное место на передней панели лабораторного блока питания, корпусе сетевого разветвителя, водонагревателя или другого устройства с сетевым питанием, то установка такого вольтметра повысит эксплуатационные качества модернизированного аппарата.

Высокое входное сопротивление цифровых мультиметров может дать ошибочный результат при измерении напряжений у источников питания при обрыве в измеряемой цепи. Или, например, при измерении ЭДС севшего гальванического элемента CR2032 мультиметром с входным сопротивлением 20 МОм без нагрузочного резистора дает результат 3.2 В, а при измерении напряжения стрелочным мультиметром ТЛ-4М с входным сопротивлением 30 кОм результат был 1.8 В. В таких ситуациях удобнее пользоваться вольтметрами с относительно низким сопротивлением.

Принципиальная схема несложного вольтметра постоянного тока показана на рис.5. В наличии имелся распространенный в прошлом веке щитовой микроамперметр М4200 со шкалой на 75 В. Чтобы не изготавливать другую шкалу, было решено на его основе изготовить вольтметр с четырьмя диапазонами: 0. 75, 7.5, 75 и 750 В. Входное сопротивление вольт-метра на диапазоне 0.75 В составляет около 0.75 кОм. на других диапазонах кратно этому значению, т.е. на диапазоне «750 В- – 750 кОм.

При нажатой кнопке SA1.1 вольтметр работает на диапазоне «0.75» В. Напряжение на РА1 поступает через токоограничительный резистор R1, терморезистор RT1 с положительным температурным коэффициентом сопротивления и замкнутые контакты переключателя SA1. Диоды VD1, VD2 защищают PVI от повреждения при перегрузке.

В случае, если, например, на вход вольтметра будет ошибочно подано сетевое напряжение 230 В переменного тока или его выпрямленное значение с конденсатора фильтра 300…350 В, терморезистор RT1 быстро разогреется, его сопротивление резко увеличится, ток в цепи будет ограничен до 2.5 мА, что безопасно для R1, VD1, VD2, PV1. В случае если бы в цепи вместо терморезистора был включен только один R1 соответствующего сопротивления, этот резистор был бы мгновенно поврежден.

Таким образом, из-за человеческих ошибок и отсутствия у недорогих измерительных приборов элементов защиты в мире было повреждено немало мультиметров. Некоторые цифровые мультиметры средней и высокой ценовой категории оснащаются такой же защитой на терморезисторе или электромагнитным выключателем.

При нажатии на кнопку SA1.2 в цепь включается токоограничительный резистор R3, вольтметр будет работать на диапазоне «7.5 В». При включении диапазона «75 В- последовательно с R3 включается резистор R4, а на диапазоне «750 В» ток на PV1 будет поступать через все токоограничительные резисторы в измеряемой цепи.

Прибор дополнительно оснащен узлом «индикатора фазы», собранном на R2, HL1. Хотя этот узел может быстро определить фазный провод в сетевой розетке, как и многочисленные «отвертки- индикаторы», его назначение несколько иное – оперативно отслеживать утечки сетевого напряжения во вторичную цепь в незаземленных источниках питания. Это необходимо для оценки рисков повреждения при работе с устройствами, содержащими полевые, СВЧ транзисторы, МОП, КМДП микросхемы, чувствительные к повреждениям диоды, светодиоды.

Конструкции и детали стрелочных вольтметров

Вольтметр был смонтирован в пластмассовом корпусе от фотореле «ФР-75А» ТУ 32-1501-75. Вид на компоновку деталей показан на рис.6. Размеры коробки около 122x88x48 мм. Вид устройства в сборе фото в начале статьи. Микроамперметр М4200 без встроенных резисторов, при их наличии, резисторы нужно удалить из корпуса микроамперметра.

Микроамперметр можно заменить М42300 или другим аналогичным, например, М4260. М2003-М1. Чтобы не переделывать шкалу, токоограничительные резисторы можно пересчитать под другие значения диапазонов, например: 0.5, 5.0, 50, 500 Вольт.

Переключатель SA1 – счетверенный П2К с зависимой фиксацией с двумя группами контактов, соединенными параллельно. Перед монтажом переключатель следует разобрать, контакты очистить от окислов, пластиковые корпусы кнопок изнутри вычистить и промыть этиловым спиртом. При сборке переключателя трущиеся пластмассовые и металлические части можно смазать густой силиконовой смазкой для оргтехники.

Терморезистор RT1 установлен на текстолитовых стойках, применен сопротивлением около 300 Ом от электронного балласта компактной электролюминесцентной ламы «Camelion Lh36- AS-M Е27 Т3», обозначен как MZ5. Подойдет любой аналогичный сопротивлением 270… 330 Ом при комнатной температуре. Чем мощнее лампа, тем меньшего сопротивления терморезистор в ней может быть установлен. При формовке его жестких выводов не повредите корпус терморезистора.

Резистор R1 проволочный мощностью 5…7 Вт. В процессе работы и перегрузки прибора этот резистор не нагревается, применение обычных металлопленочных и углеродных резисторов на его месте нежелательно из-за разбрызгивания, выгорания токопроводящего слоя в момент перегрузки, из-за чего изменяется сопротивление резисторов, с последующим их обрывом. Остальные резисторы любого типа общего применения, R3 – R5 припаяны к соответствующим контактам SA1.

Вместо диодов 1N4007S можно установить любые из серий 1N4001 – 1 N4007, UF4001 – UF4007, КД209, КД243, КД247. Диоды припаяны к лепестковым контактам микроамперметра. Лампа тлеющего разряда HL1 малогабаритная импортная оранжевого свечения, была выбрана из нескольких десятков, самой яркой оказалась миниатюрная лампочка от подсветки клавиш импортных роторных выключателей. Неплохой результат был и у тиратронов МТХ-90, но их размеры намного больше и меньше угол обзора.

Лампа приклеена к внутренней стороне прозрачной крышки корпуса цианакриловым клеем. Сенсор Е1 сделан из металлического корпуса импортного германиевого транзистора типа SFT352, учитывайте, что ни один из его выводов не соединен с корпусом транзистора. Можно использовать имеющие немного другие размеры корпуса отечественные транзисторы МП39, ГТ402 и аналогичные.

На разноцветные щупы XI, Х2 надеты термоусадочные трубки разных цветов, что облегчает их идентификацию, когда на рабочем столе используется несколько измерительных приборов.
Перед настройкой вольтметра установите стрелку прибора регулировочным винтом на нулевое деление шкалы. Настройку начинают с подбора резистора R1.

Если не удастся подобрать одиночный проволочный резистор необходимого сопротивления, можно установить два последовательно включенных проволочных резистора: первый мощностью 5 Вт сопротивлением 47 или 51 Ом, второй мощностью 2…3 Вт сопротивлением 3…12 Ом, также можно применить самодельный.

После поочередно подбирают сопротивление резисторов R3 – R5. При отсутствии мощных резисторов подходящего сопротивления, можно установить на их место резисторы чуть большего сопротивления, а параллельно с каждым из этих резисторов включить по 2 шт. последовательно включенных резисторов мощностью 0.25 Вт сопротивлением сотни кОм – единицы МОм.

После необходимых проверок изготовленного прибора не испытывайте из любопытства защиту на RT1 ненужными перегрузками. Если понадобится этим вольтметром найти фазный провод сетевой проводки, желательно переключить SA1 в положение «750 В», что повысит безопасность его использования.

Вольтметры и амперметры постоянного тока | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объяснить, почему вольтметр должен быть подключен параллельно цепи.
• Нарисуйте схему, показывающую правильное подключение амперметра к цепи.
• Опишите, как можно использовать гальванометр как вольтметр или амперметр.
• Найдите сопротивление, которое нужно включить последовательно с гальванометром, чтобы его можно было использовать как вольтметр с заданными показаниями.
• Объясните, почему измерение напряжения или тока в цепи никогда не может быть точным.

Вольтметры измеряют напряжение, тогда как амперметры измеряют ток. Некоторые счетчики в автомобильных приборных панелях, цифровых камерах, сотовых телефонах и тюнерах-усилителях являются вольтметрами или амперметрами. (См. рис. 1.) Внутренняя конструкция простейших из этих счетчиков и то, как они подключены к системе, которую они контролируют, дают дополнительные сведения о применении последовательных и параллельных соединений.

Рис. 1. Датчики уровня топлива и температуры (крайний правый и крайний левый соответственно) в этом Volkswagen 1996 года — это вольтметры, которые регистрируют выходное напряжение «передатчиков», которое, как мы надеемся, пропорционально количеству бензина в баке и температура двигателя. (кредит: Кристиан Гирсинг)

Вольтметры подключаются параллельно любому устройству, напряжение которого нужно измерить. Параллельное соединение используется потому, что параллельные объекты испытывают одинаковую разность потенциалов. (См. рис. 2, где вольтметр обозначен символом V.) Амперметры подключаются последовательно к любому устройству, ток которого нужно измерить. Последовательное соединение используется потому, что последовательно соединенные объекты имеют одинаковый ток, проходящий через них. (См. рис. 3, где амперметр обозначен символом А.)

Рис. 2. (a) Для измерения разности потенциалов в этой последовательной цепи вольтметр (V) помещают параллельно источнику напряжения или одному из резисторов. Обратите внимание, что напряжение на клеммах измеряется между точками a и b. Невозможно подключить вольтметр непосредственно к ЭДС без учета его внутреннего сопротивления r . (b) Используемый цифровой вольтметр. (кредит: Messtechniker, Wikimedia Commons)

Рис. 3. Амперметр (A) подключен последовательно для измерения тока. Весь ток в этой цепи протекает через счетчик. Амперметр будет иметь такое же показание, если он будет расположен между точками d и e или между точками f и a, как показано на рисунке. (Обратите внимание, что заглавная буква E означает emf, а r обозначает внутреннее сопротивление источника разности потенциалов.)

Аналоговые измерители: гальванометры

Аналоговые измерители имеют иглу, которая поворачивается, чтобы указывать на числа на шкале, в отличие от цифровых измерителей , которые имеют числовые показания, подобные ручному калькулятору. Сердцем большинства аналоговых счетчиков является устройство, называемое гальванометром , обозначаемым буквой G. Ток, протекающий через гальванометр, I _G , производит пропорциональное отклонение стрелки. (Это отклонение происходит из-за силы магнитного поля, действующей на провод с током.)

Двумя важнейшими характеристиками данного гальванометра являются его сопротивление и чувствительность к току. Чувствительность по току — это ток, который дает полное отклонение стрелки гальванометра, максимальный ток, который может измерить прибор. Например, гальванометр с токовой чувствительностью 50 мкА имеет максимальное отклонение своей стрелки при протекании через нее 50 мкА, показывает половину шкалы при протекании через нее 25 мкА и т. д. Если такой гальванометр имеет сопротивление 25 Ом, то напряжение всего 9 Ом0019 В = IR = (50 мкА)(25 Ом) = 1,25 мВ дает полное показание. Подключая резисторы к этому гальванометру различными способами, вы можете использовать его как вольтметр или амперметр, который может измерять широкий диапазон напряжений или токов.

Гальванометр как вольтметр

На рис. 4 показано, как можно использовать гальванометр в качестве вольтметра, подключив его последовательно с большим сопротивлением R . Значение сопротивления R определяется максимальным измеряемым напряжением. Предположим, вы хотите, чтобы 10 В производили полное отклонение вольтметра, содержащего гальванометр на 25 Ом с чувствительностью 50 мкА. Тогда 10 В, подаваемые на счетчик, должны давать ток 50 мкА. Общее сопротивление должно быть

[латекс] {R} _ {\ text {tot}} = R + r = \ frac {V} {I} = \ frac {10 \ text { V}} {50 \ text { } \ mu \ text {A}}=200\text{k}\Omega\\[/latex] или

[латекс]R={R}_{\text{tot}}-r=200\text{k}\Omega- 25\text{ }\Omega \примерно 200\text{ k}\Omega \\[/latex].

( R настолько велико, что сопротивление гальванометра, r , почти пренебрежимо мало.) Обратите внимание, что 5 В, приложенные к этому вольтметру, вызывают отклонение на половину шкалы, создавая ток 25 мкА через измеритель, и поэтому показания вольтметра пропорциональны напряжению по желанию. Этот вольтметр не будет полезен для напряжений менее половины вольта, потому что отклонение измерителя будет небольшим и его трудно будет точно считывать. Для других диапазонов напряжения последовательно с гальванометром включают другие сопротивления. Многие счетчики имеют выбор шкалы. Этот выбор включает последовательное включение соответствующего сопротивления с гальванометром.

Рис. 4. Большое сопротивление R , включенное последовательно с гальванометром G, дает вольтметр, отклонение которого на полную шкалу зависит от выбора R . Чем больше измеряемое напряжение, тем больше должно быть R . (Обратите внимание, что r представляет собой внутреннее сопротивление гальванометра.)

Гальванометр как амперметр

Тот же самый гальванометр можно превратить в амперметр, поместив его параллельно с небольшим сопротивлением R , часто называемое шунтовым сопротивлением , как показано на рис. 5. Поскольку шунтирующее сопротивление мало, большая часть тока проходит через него, что позволяет амперметру измерять токи, намного превышающие те, которые вызывают полное отклонение гальванометр. Предположим, например, что нужен амперметр, дающий полное отклонение на 1,0 А, и содержащий такой же 25-омный гальванометр с его чувствительностью 50 мкА. Поскольку R и r включены параллельно, напряжение на них одинаковое. Эти 9{-3}\text{ }\Omega\\[/latex].

Рис. 5. Небольшой шунт сопротивления R , включенный параллельно гальванометру G, дает амперметр, отклонение на полную шкалу которого зависит от выбора R . Чем больше измеряемый ток, тем меньше R должно быть. Большая часть тока ( I ), протекающего через счетчик, шунтируется через R для защиты гальванометра. (Обратите внимание, что r представляет собой внутреннее сопротивление гальванометра.) Амперметры также могут иметь несколько шкал для большей гибкости в применении. Различные масштабы достигаются включением различных шунтирующих сопротивлений параллельно гальванометру — чем больше максимальный измеряемый ток, тем меньше должно быть шунтирующее сопротивление.

Проведение измерений изменяет схему

Когда вы используете вольтметр или амперметр, вы подключаете другой резистор к существующей цепи и, таким образом, изменяете схему. В идеале вольтметры и амперметры не оказывают заметного влияния на цепь, но полезно изучить обстоятельства, при которых они влияют или не влияют. Во-первых, рассмотрим вольтметр, который всегда ставится параллельно измеряемому устройству. Через вольтметр протекает очень небольшой ток, если его сопротивление на несколько порядков больше, чем сопротивление устройства, и поэтому на цепь не оказывается заметного влияния. (См. рис. 6(а).) (Большое сопротивление, соединенное параллельно с малым, имеет суммарное сопротивление, практически равное малому.) Если, однако, сопротивление вольтметра сравнимо с сопротивлением измеряемого устройства, то два параллельно имеют меньшее сопротивление, заметно влияя на цепь. (См. рис. 6(b).) Напряжение на устройстве не такое, как если бы вольтметр не был включен в цепь.

Рис. 6. (a) Вольтметр, сопротивление которого значительно превышает сопротивление устройства (RVoltmeter>>R), с которым он соединен параллельно, создает параллельное сопротивление, практически такое же, как и устройство, и не оказывает заметного влияния на измеряемую цепь. (b) Здесь вольтметр имеет то же сопротивление, что и устройство (RVoltmeter ≅ R), так что параллельное сопротивление составляет половину того, что оно имеет, когда вольтметр не подключен. Это пример существенного изменения схемы, которого следует избегать.

Амперметр включен последовательно в измеряемую ветвь цепи, так что его сопротивление добавляется к этой ветви. Обычно сопротивление амперметра очень мало по сравнению с сопротивлениями устройств в цепи, поэтому лишнее сопротивление незначительно. (См. рис. 7(а).) Однако, если используются очень малые сопротивления нагрузки или если сопротивление амперметра не такое низкое, как должно быть, то общее последовательное сопротивление будет значительно больше, а ток в ответвлении составит измеряемое уменьшается. (См. рис. 7(b).) При неправильном подключении амперметра может возникнуть практическая проблема. Если бы он был подключен параллельно резистору для измерения тока в нем, вы могли бы повредить счетчик; низкое сопротивление амперметра позволило бы большей части тока в цепи проходить через гальванометр, и этот ток был бы больше, поскольку эффективное сопротивление меньше.

Рис. 7. (a) Обычно амперметр имеет настолько малое сопротивление, что общее последовательное сопротивление в измеряемой ветви не увеличивается заметно. Схема практически не изменилась по сравнению с отсутствием амперметра. (b) Здесь сопротивление амперметра такое же, как сопротивление ответвления, так что общее сопротивление удваивается, а ток вдвое меньше, чем без амперметра. Этого значительного изменения схемы следует избегать.

Одним из решений проблемы помех вольтметров и амперметров в измеряемых цепях является использование гальванометров с большей чувствительностью. Это позволяет создавать вольтметры с большим сопротивлением и амперметры с меньшим сопротивлением, чем при использовании менее чувствительных гальванометров. Существуют практические пределы чувствительности гальванометра, но можно получить аналоговые измерители, которые делают измерения с точностью до нескольких процентов. Обратите внимание, что неточность возникает из-за изменения схемы, а не из-за неисправности счетчика.

Связи: пределы знаний

Выполнение измерения изменяет измеряемую систему таким образом, что возникает неопределенность в измерении. Для макроскопических систем, таких как схемы, обсуждаемые в этом модуле, изменение обычно можно сделать пренебрежимо малым, но полностью устранить его нельзя. Для субмикроскопических систем, таких как атомы, ядра и более мелкие частицы, измерение изменяет систему таким образом, что ее нельзя сделать произвольно малой. Это фактически ограничивает знание системы — даже ограничивает то, что природа может знать о себе. Мы увидим глубокие последствия этого, когда принцип неопределенности Гейзенберга будет обсуждаться в модулях по квантовой механике.

Существует еще один метод измерения, основанный на полном отсутствии тока и, следовательно, на полном отсутствии изменения схемы. Они называются нулевыми измерениями и являются темой нулевых измерений. Цифровые счетчики, в которых используется твердотельная электроника и нулевые измерения, могут достигать точности в одну 10 ⁶ .

Проверьте свое понимание

Цифровые счетчики способны обнаруживать меньшие токи, чем аналоговые счетчики, использующие гальванометры. Как это объясняет их способность измерять напряжение и ток более точно, чем аналоговые измерители?

Решение

Поскольку цифровые счетчики потребляют меньше тока, чем аналоговые, они меньше изменяют схему, чем аналоговые. Их сопротивление в качестве вольтметра может быть намного больше, чем у аналогового измерителя, а их сопротивление в качестве амперметра может быть намного меньше, чем у аналогового измерителя. Обратитесь к рисунку 2 и рисунку 3 и их обсуждению в тексте.

Исследования PhET: комплект для построения цепей (только DC), виртуальная лаборатория

Стимулируйте нейрон и следите за происходящим. Делайте паузы, перематывайте назад и двигайтесь вперед во времени, чтобы наблюдать за движением ионов через мембрану нейрона.

Нажмите, чтобы загрузить симуляцию. Запуск с использованием Java.

Резюме раздела

• Вольтметры измеряют напряжение, а амперметры измеряют ток.
• Вольтметр размещается параллельно источнику напряжения для получения полного напряжения и должен иметь большое сопротивление, чтобы ограничить его влияние на цепь.
• Амперметр включен последовательно, чтобы получить полный ток, протекающий через ветвь, и должен иметь небольшое сопротивление, чтобы ограничить его влияние на цепь.
• Оба могут быть основаны на комбинации резистора и гальванометра, устройства, которое дает аналоговое считывание тока.
• Стандартные вольтметры и амперметры изменяют измеряемую цепь и, таким образом, имеют ограниченную точность.

Концептуальные вопросы

1. Почему не следует подключать амперметр непосредственно к источнику напряжения, как показано на рис. 9? (Обратите внимание, что буква E на рисунке означает ЭДС.)

Рисунок 9.

2. Предположим, вы используете мультиметр (предназначенный для измерения диапазона напряжений, токов и сопротивлений) для измерения тока в цепи и случайно оставили его в режиме вольтметра. Какое влияние счетчик окажет на цепь? Что произойдет, если вы измеряете напряжение, но случайно переведете мультиметр в режим амперметра?

3. Укажите точки, к которым можно было бы подключить вольтметр для измерения следующих разностей потенциалов на рисунке 10: (а) разность потенциалов источника напряжения; (b) разность потенциалов между R ₁ ; (c) через R ₂ ; (d) через R ₃ ; (e) между R ₂ и R ₃ . Обратите внимание, что может быть более одного ответа на каждую часть.

Рис. 10.

4. Чтобы измерить токи на рисунке 10, вы должны заменить провод между двумя точками амперметром. Укажите точки, между которыми вы поместите амперметр для измерения следующих параметров: (а) общий ток; (b) ток, протекающий через R ₁ ; (c) через R ₂ ; (d) через R ₃ . Обратите внимание, что может быть более одного ответа на каждую часть.

Задачи и упражнения

1. Какова чувствительность гальванометра (т. е. какой ток дает полное отклонение) внутри вольтметра, имеющего сопротивление 1,00 МОм на шкале 30,0 В?

2. Какова чувствительность гальванометра (то есть какой ток дает полное отклонение) внутри вольтметра, имеющего сопротивление 25,0 кОм на шкале 100 В?

3. Найдите сопротивление, которое необходимо включить последовательно с гальванометром на 25,0 Ом с чувствительностью 50,0 мкА (такой же, как рассмотренный в тексте), чтобы его можно было использовать в качестве вольтметра с 0,100 В. полномасштабное чтение.

4. Найдите сопротивление, которое необходимо включить последовательно с гальванометром 25,0 Ом с чувствительностью 50,0 мкА (такой же, как рассмотренный в тексте), чтобы его можно было использовать в качестве вольтметра с напряжением 3000 В. полномасштабное чтение. Включите принципиальную схему с вашим решением.

5. Найдите сопротивление, которое необходимо подключить параллельно гальванометру 25,0 Ом с чувствительностью 50,0 мкА (такой же, как рассмотренный в тексте), чтобы его можно было использовать в качестве амперметра с током 10,0 А. полномасштабное чтение. Включите принципиальную схему с вашим решением.

6. Найдите сопротивление, которое необходимо подключить параллельно гальванометру 25,0 Ом с чувствительностью 50,0 мкА (такой же, как рассмотренный в тексте), чтобы его можно было использовать в качестве амперметра с током 300 мА. полномасштабное чтение.

7. Найдите сопротивление, которое необходимо включить последовательно с гальванометром сопротивлением 10,0 Ом с чувствительностью 100 мкА, чтобы его можно было использовать в качестве вольтметра с: (a) полным показанием 300 В, и ( б) показание полной шкалы 0,300 В.

8. Найдите сопротивление, которое необходимо подключить параллельно гальванометру с сопротивлением 10,0 Ом и чувствительностью 100 мкА, чтобы его можно было использовать в качестве амперметра с: (a) полным показанием 20,0 А, и ( б) 100-мА полное показание.

9. Предположим, вы измеряете напряжение на клеммах щелочного элемента на 1,585 В, имеющего внутреннее сопротивление 0,100 Ом, приложив к его клеммам вольтметр на 1,00 кОм. (См. рис. 11.) а) Какой ток течет? (b) Найдите напряжение на клеммах. в) Чтобы увидеть, насколько близко измеренное напряжение на клеммах к ЭДС, рассчитайте их отношение.

Рисунок 11.

10. Предположим, вы измеряете напряжение на клеммах литиевого элемента на 3,200 В, имеющего внутреннее сопротивление 5,00 Ом, приложив к его клеммам вольтметр на 1,00 кОм. а) Какой ток течет? (b) Найдите напряжение на клеммах. в) Чтобы увидеть, насколько близко измеренное напряжение на клеммах к ЭДС, рассчитайте их отношение.

11. Некоторый амперметр имеет сопротивление 5,00 × 10 ⁻⁵ Ом по шкале 3,00 А и содержит гальванометр на 10,0 Ом. Какова чувствительность гальванометра?

12. Вольтметр на 1,00 МОм включен в цепь параллельно резистору на 75,0 кОм. а) Нарисуйте схему соединения. б) Чему равно сопротивление комбинации? (c) Если напряжение на комбинации останется таким же, как и на одном резисторе 75,0 кОм, на сколько процентов увеличится ток? (d) Если ток через комбинацию остается таким же, как и через один резистор 75,0 кОм, на сколько процентов уменьшится напряжение? (e) Являются ли существенными изменения, обнаруженные в частях (c) и (d)? Обсуждать.

13. Амперметр 0,0200 Ом включен в цепь последовательно с резистором 10,00 Ом. а) Нарисуйте схему соединения. (b) Рассчитайте сопротивление комбинации. (c) Если напряжение остается таким же на комбинации, как и на одном резисторе 10,00 Ом, на сколько процентов уменьшится ток? (d) Если ток через комбинацию остается таким же, как и через один резистор 10,00 Ом, на сколько процентов увеличится напряжение? (e) Являются ли существенными изменения, обнаруженные в частях (c) и (d)? Обсуждать.

14. Необоснованные результаты  Предположим, у вас есть гальванометр с сопротивлением 40,0 Ом и чувствительностью 25,0 мкА. а) Какое сопротивление вы бы включили с ним последовательно, чтобы его можно было использовать в качестве вольтметра с полным отклонением 0,500 мВ? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какие предположения ответственны?

15. Необоснованные результаты  (a) Какое сопротивление вы бы подключили параллельно гальванометру на 40,0 Ом с чувствительностью 25,0 мкА, чтобы его можно было использовать в качестве амперметра с полным отклонением 10,0 мкА? ? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какие предположения ответственны?

Глоссарий

вольтметр:

прибор для измерения напряжения

амперметр:

прибор для измерения силы тока

аналоговый счетчик:

измерительный прибор, дающий показания в виде движения стрелки по маркированному калибру

цифровой счетчик:

измерительный прибор, дающий показания в цифровой форме

гальванометр:

аналоговое измерительное устройство, обозначенное буквой G, которое измеряет ток, используя отклонение стрелки, вызванное силой магнитного поля, действующей на проводник с током

чувствительность по току:

максимальный ток, который может считывать гальванометр

полное отклонение:

максимальное отклонение стрелки гальванометра, также известное как токовая чувствительность; гальванометр с полным отклонением 50 мкА имеет максимальное отклонение своей стрелки при протекании через нее тока 50 мкА

Шунтирующее сопротивление:

небольшое сопротивление R  помещенное параллельно гальванометру G для получения амперметра; чем больше измеряемый ток, тем меньше должны быть R ; большая часть тока, протекающего через счетчик, шунтируется через R для защиты гальванометра

Избранные решения задач и упражнений

1. 30 мкА

3. 1,98 кОм

5. 1,25 × 10 ⁻⁴ Ом

7. (a) 3,00 МОм (b) 2,99 кОм

9. (a) 1,58 мА (b) 1,5848 В (необходимо четыре цифры, чтобы увидеть разницу) (c) 0,99990 (необходимо пять цифр, чтобы увидеть разницу) отличие от единицы)

11, 15,0 мкА

12,

или уменьшение на 2,0 × 10 90 155 –1 90 156 процентов 90 005

(d) 1,002 или увеличение на 2,0 × 10 ^–1 процентов

(e) Незначительно.

15. (a) −66,7 Ом (b) У вас не может быть отрицательного сопротивления. (c) Неразумно, что I _G больше, чем I _до (см. рис. 5). Вы не можете добиться полного отклонения, используя ток, меньший, чем чувствительность гальванометра.

Мультиметры | Plant Engineering

Разделы: VOM Как работают VOM Цифровые мультиметры Аналого-цифровой преобразователь Проведение измерений с помощью мультиметров Сравнение счетчиков

За последнее столетие измерения электрических параметров претерпели значительные изменения. Однако измеряемые нами параметры не меняются. Измерение вольт, ампер и омов можно производить с помощью аналогового вольтом-миллиамперметра (ВОМ) (рис. 1) или цифрового мультиметра (цифровой мультиметр) (рис. 2).

ВОМ

ВОМ электромеханический. Они используют переключатели для выбора электрических параметров и диапазонов. Как следует из названия, VOM измеряют вольты, амперы или омы, тогда как некоторые цифровые мультиметры могут измерять эти параметры в дополнение к частоте и температуре.

Рис. 1. Вольт-ом-миллиамперметр (ВОМ) представляет собой аналоговый измеритель, используемый для измерения напряжения, тока и сопротивления с использованием аналоговой технологии. (любезно предоставлено Simpson Electric Co.)

Рис. 2. Цифровой мультиметр (DMM) измеряет напряжение, ток и сопротивление с помощью цифровой технологии. Он отличается высоким входным сопротивлением и высокой степенью читаемости. (любезно предоставлено Fluke Corp.)

Сердцем VOM является механизм Дарсонваля (рис. 3). Это метровый механизм, состоящий из небольшого легкого витка проволоки, установленного на подшипниках с драгоценными камнями между полюсами постоянного магнита. Когда измеряемый постоянный ток проходит через катушку, его магнитное поле взаимодействует с полем постоянного магнита и заставляет катушку, прикрепленную к стрелке, вращаться прямо пропорционально току, проходящему через нее.

По конструкции необходимо пропускать постоянный ток через катушку движения Д’Арсонваля. Катушка не реагировала бы, если бы к ней прикладывался переменный ток. VOM измеряют переменное напряжение с помощью выпрямителя, чтобы преобразовать переменный ток в пропорциональный постоянный ток, чтобы движение работало.

Элементы управления VOM позволяют пользователям измерять постоянное или переменное напряжение или ток, а также сопротивление. На рис. 4 показаны органы управления передней панели, разъемы и индикаторы типичного VOM. Они описаны в следующем списке.

Рис. 4. Элементы управления, разъемы и индикаторы на передней панели типичного VOM позволяют пользователям выбирать подходящий тип измерения и диапазон для конкретного приложения. (любезно предоставлено Simpson Electric Co.)

1. Передняя панель — Включает индикацию счетчика, элементы управления и разъемы.

2. Переключатель диапазонов — можно поворачивать в любом направлении для выбора любого из доступных диапазонов напряжения, тока или сопротивления.

3. Функциональный переключатель — Выбирает между off, +dc, -dc и ac V на типичном VOM. Для измерения постоянного тока или напряжения установите переключатель функций в положение -dc или +dc, в зависимости от полярности входного сигнала. Напряжение переменного тока измеряется, когда переключатель находится в положении переменного тока. Для измерения сопротивления функциональный переключатель может быть установлен в положение +dc или -dc. Полярность испытательного напряжения будет такой, как указано на разъемах, когда переключатель находится в положении +dc, и наоборот в положении -dc. Установите переключатель в положение «Выкл. », если прибор не используется для выполнения измерений.

4. Ноль омов — Используется при измерении сопротивления для калибровки выбранного диапазона омов для чтения 0 при закороченных измерительных проводах.

5. Розетки — Обеспечьте электрические соединения с измерительными проводами. Количество разъемов на передней панели зависит от производителя ВОМ. Некоторые VOM имеют целых восемь разъемов. Общий разъем (-) в большинстве случаев является точкой отсчета для измерения всех функций.

6. Регулировка указателя нуля — Используется для механического обнуления движения инструмента Дарсонваля. Когда функциональный переключатель установлен в положение измерения напряжения или тока и не подается вход, стрелка должна показывать 0 на шкале измерителя. Если это не так, используйте отвертку, чтобы повернуть эту регулировку до тех пор, пока это не произойдет. После того, как эта регулировка сделана, немного отойдите назад, чтобы указатель свободно располагался над нулевой отметкой. Большинство измерителей должны находиться в горизонтальном положении лицевой стороной вверх, чтобы выполнить эту регулировку.

Принцип работы ВОМ

Вольтметр — это прибор для измерения тока. Нет, это не ошибка и не опечатка. Как было сказано ранее, механизм Д’Арсонваля — это прибор для измерения тока. Период. Вольтметр предназначен для индикации напряжения путем измерения тока, протекающего через сопротивление известного значения.

Если немного расширить объяснение, добавив несколько сопротивлений с известными значениями и переключатель для их подключения к измерительной цепи, получится многодиапазонный вольтметр. На рис. 5 представлена ​​упрощенная схема вольтметра постоянного тока.

Рис. 5. Многодиапазонный вольтметр использует переключатель и несколько известных сопротивлений для подключения к цепи измерения, как показано на этой упрощенной схеме.

Амперметр предназначен для индикации тока, протекающего в цепи. В механизме Д’Арсонваля соответствующие резисторы известного номинала соединены последовательно и параллельно для обеспечения точных показаний. Используя VOM для измерения тока, тестируемая цепь должна быть разомкнута, а VOM включен последовательно с остальной частью цепи. Тем не менее, для VOM доступны насадки для накладных амперметров, а также отдельные накладные амперметры.

Измерение сопротивления выполняется путем подачи известного тока при известном напряжении на испытуемое устройство, обычно это резистор. VOM подает напряжение, которое вызывает протекание тока через тестируемое устройство. Показание указывает значение сопротивления тестируемого устройства в омах. Измерения сопротивления также используются для определения целостности цепи.

Цифровые мультиметры

Цифровые мультиметры электронные. Вместо механического измерительного механизма со стрелкой и шкалой цифровой мультиметр имеет дисплей, обычно жидкокристаллический дисплей (ЖКД), с цифрами, обозначающими измеряемый параметр.

В ВОМ механизм Дарсонваля выполняет механическую работу по перемещению стрелки. При этом используется часть измеряемой энергии. Однако в цифровом мультиметре схемы отправляют информацию, включая и выключая ток.

Как работают цифровые мультиметры

Цифровой мультиметр использует как аналоговые, так и цифровые методы измерения. Сигналы принимаются только в аналоговом виде.

Упрощенная блок-схема типичного цифрового мультиметра показана на рис. 6.

Рис. 6. Цифровой мультиметр измеряет напряжение постоянного тока, подавая его непосредственно на аналого-цифровой преобразователь. Напряжение и ток переменного тока, напряжение постоянного тока и сопротивление должны быть преобразованы в вольты постоянного тока, прежде чем их можно будет подать на аналого-цифровой преобразователь, как показано на этой упрощенной блок-схеме цифрового мультиметра.

• Со входов сигналы направляются на переключатели диапазонов, которые определяют пути прохождения сигнала внутри цифрового мультиметра.

• Сигналы, которые уже находятся в постоянном токе В, направляются непосредственно на аналого-цифровой преобразователь.

• Сигналы всех других типов направляются на формирователь сигналов, где они преобразуются в напряжение постоянного тока. Формирователь сигналов состоит из преобразователя переменного тока, токового шунта и преобразователя сопротивления.

• Сигнал постоянного тока V, направленный напрямую или преобразованный, отправляется на аналого-цифровой преобразователь.

• Сигнал направляется на микрокомпьютер, который преобразует сигнал от аналого-цифрового преобразователя в сигнал, который можно отобразить.

• Аналого-цифровой преобразователь

  Точно так же, как механизм Дарсонваля является сердцем VOM, аналого-цифровой преобразователь является сердцем цифрового мультиметра. Микрокомпьютер важен, но, как и в случае с Д’Арсонвалем, измерение происходит в АЦП.

  Сигнал, подаваемый на аналого-цифровой преобразователь, должен быть постоянным напряжением В. Преобразователь использует метод двойного наклона для определения величины подаваемого на него сигнала (рис. 7).

  Рис. 7. Аналого-цифровой преобразователь использует метод двойного наклона для определения величины подаваемого на него сигнала. Метод двойного наклона сравнивает время зарядки конденсатора (известное) с временем его разрядки (неизвестное), которое пропорционально исходному аналоговому сигналу.

  Метод двойного наклона использует наклон заряда и наклон разряда. Конденсатор внутри схемы аналого-цифрового преобразования заряжается до величины, пропорциональной приложенному к нему постоянному току V. Известное напряжение, создаваемое внутри аналого-цифрового преобразователя, разряжает конденсатор. Чем выше величина заряда постоянного напряжения на конденсаторе, тем больше времени требуется для разряда конденсатора. Время разряда пропорционально исходному аналоговому сигналу.

  Выполнение измерений с помощью мультиметров

  Для проведения электрических измерений можно использовать как ВОМ, так и цифровые мультиметры. В зависимости от типа схемы и требуемой точности подходит любой тип измерителя. Входное сопротивление VOM выражается в омах на вольт (Ом/В). Типичные вольтметры могут варьироваться от 10 кОм/В до 50 кОм/В. Типичный цифровой мультиметр имеет входное сопротивление 10 МОм во всех диапазонах. Более низкий импеданс VOM при измерении слабых сигналов может повлиять на его точность.

  (a)

  (b)

  (c)

  Рис. 8. (a) Измерения напряжения проводятся параллельно или параллельно нагрузке или испытуемому устройству. (b) Измерения тока производятся последовательно с нагрузкой. (c) Измерения сопротивления обычно выполняются путем изоляции измеряемого компонента от его цепи. (любезно предоставлено Fluke Corp.)

  На рис. 8 показаны методы измерения напряжения, тока и сопротивления. Как правило, измерения напряжения выполняются параллельно или параллельно тестируемой нагрузке или устройству. Измерения тока производятся последовательно с нагрузкой. Клещи на амперметрах измеряют ток, окружая проводник в измеряемой цепи петлей датчика. Измерения сопротивления обычно выполняются путем изоляции измеряемого компонента от его цепи. Это особенно верно при использовании VOM. Однако в некоторых случаях цифровой мультиметр с присущим ему высоким входным сопротивлением может использоваться для измерения сопротивлений без разрыва цепи.

  Это связано с тем, что цифровые мультиметры с высоким входным сопротивлением позволяют протекать незначительному току, сохраняя при этом высокую степень точности.

  Сравнение расходомеров

  В настоящее время на предприятиях используются как VOM, так и DMM. Оба выполняют работу, для которой они предназначены. Оба имеют преимущества при правильном использовании. В прилагаемой таблице перечислены и сравниваются характеристики VOM и DMM.

  Журнал PLANT ENGINEERING выражает благодарность Fluke Corp., Ideal Industries, Inc. и Simpson Electric Co. за использование их материалов при подготовке этой статьи.

  VOM по сравнению с DMM

  9038 3 Дисплей

  	VOM	DMM
  Использует аналоговую шкалу. Оператор определяет правильный масштаб и интерпретирует показания.	Использует цифровой дисплей. Точное чтение с расстояния и под углом.
  Читаемость	Деление шкалы ограничивает разрешение. Показания должны быть интерпретированы. Типичное разрешение составляет 1%.	Высокое разрешение. Измеритель интерпретирует сигнал посредством аналого-цифрового преобразования. Типичное разрешение для разряда 31/2 составляет 0,5%, а для разряда 41/2 — 0,01%.
  Точность	Точность в процентах от полной шкалы. Точность уменьшается, когда напряжение становится меньшим процентом от полной шкалы. Механизм Д’Арсонваля питается от цепи. Типичная точность	Точность в процентах от показаний. Очень маленькая мощность, потребляемая от цепи. Типичная точность
  Входное сопротивление	Низкое входное сопротивление. Входное сопротивление выражается в Ом/В. Типичное входное сопротивление составляет от 10 кОм/В до 50 кОм/В.	Высокое входное сопротивление. Типичное входное сопротивление составляет 10 МОм во всех диапазонах. Импеданс не зависит от измеряемого параметра или диапазона.
  Полярность и обнуление сопротивления	Неправильный выбор полярности может привести к повреждению прибора. Обнуление сопротивления должно производиться вручную.	Автоматическая регулировка полярности и нуля в сопротивлении.
  Изменение диапазона	Ручное изменение диапазона. Оператор выбирает диапазон и интерпретирует показания.	Некоторые цифровые мультиметры имеют переключатель диапазона, который необходимо выбирать вручную. Некоторые цифровые мультиметры имеют функции высокоскоростного автоматического выбора диапазона.

  Часто используемые символы цифрового мультиметра

Есть ли у вас опыт и знания по темам, упомянутым в этом содержании? Вам следует подумать о том, чтобы внести свой вклад в нашу редакционную команду CFE Media и получить признание, которого вы и ваша компания заслуживаете.