Что показывает вольтметр: Что показывает вольтметр, или математика розетки / Хабр

Содержание

Что показывает вольтметр? | Техника и Программы

Для того чтобы понять смысл этого вопроса, давайте внимательно рассмот­рим график синусоидального напряжения на рис. 4.2. В каждый момент вре­мени величина напряжения в нем разная — соответственно, будет разной и величина тока через резистор нагрузки, на который мы подадим такое напряжение. В моменты времени, обозначенные 772 и Т (то есть кратные поло­вине периода нашего колебания) напряжение на нагрузке вообще будет рав­но нулю (ток через резистор не течет), а в промежутках между ними — меня­ется вплоть до некоей максимальной величины, равной амплитудному значению А. Точно так же будет меняться ток через нагрузку, а следователь­но, и выделяемая мощность (которая от направления тока не зависит — фи­зики скажут, что мощность есть величина скалярная, а не векторная). Но процесс выделения тепла крайне инерционен — даже такой маленький пред­мет, как волосок лампочки накаливания, за 1/100 секунды, которые проходят между пиками напряжения в промышленной сети частотой 50 Гц, не успевает заметно остыть.

Поэтому нас чаще всего интересует именно средняя мощ­ность за большой промежуток времени. Чему она будет равна?

Чтобы точно ответить на этот вопрос, нужно брать интегралы: средняя мощ­ность за период есть интеграл по времени от квадрата функции напряжения. Здесь мы приведем только результат: величина средней мощности в цепи пе­ременного тока определяется т. н. действующим значением напряжения (Щ, которое для синусоидального колебания связано с амплитудным его значением (f/a) следующей формулой:. Точно такая же формула справедлива для тока. Когда говорят «пе­ременное напряжение 220 В», то всегда имеется в виду именно действующее значение. При этом амплитудное значение равно примерно 311В, что легко подсчитать, если умножить 220 на корень из двух. Это значение нужно всегда иметь в виду при выборе компонентов для работы в сетях переменного тока — если взять диод, рассчитанный на 250 В, то он легко может выйти из строя при работе в обычной сети, в которой мгновенное значение превышает 300 В, хотя действующее значение и равно 220 В.

А вот для компонентов, использующих эффект нагревания (лампочек, резисторов и т. п.) при расчете допустимой мощности нужно иметь в виду именно действующее значение.

Называть действующее значение «средним» неверно, правильно называть его среднеквадратическим (по способу вычисления — через квадрат функции от времени). Но существует и понятия среднего значения, причем не одно, а даже два. Просто «среднее» (строго по смыслу названия) — сумма всех мгновенных значений за период. Так как нижняя часть синусоиды (под осью абсцисс) стро­го симметрична относительно верхней, то можно даже не брать интегралов, чтобы сообразить, что среднее значение синусоидального напряжения, пока­занного на рис. 4.2, в точности равно нулю — положительная часть компенси­рует отрицательную. Но такая величина малоинформативна, поэтому чаще ис­пользуют средневыпрямленное (среднеамплитудное) значение, при котором знаки не учитываются (то есть в интеграл подставляется абсолютная величина напряжения). Эта величина (U связана с амплитудным значением (U по формулето есть равно примерно 1,57-f/c-

Рис. aHi. Для прямоугольного колебания (рис. 4.5, б) с равны­ми по длительности положительными и отрицательными полуволнами (сим-

метричного меандра ) соотношения очень просты: действующее значение = среднеамплитудному = амплитудному, как и для постоянного тока, а вот среднее значение равно, как и для синуса, нулю. В часто встречающемся на практике случае, когда минимум прямоугольного напряжения совпадает с нулем, то есть напряжение колеблется от нуля до напряжения питания (на рис. 4.5 не показано), такой меандр можно рассматривать аналогично случаю рис. 4.5, в, как сумму постоянного напряжения и прямоугольного. Для самого верхнего случая (рис. 4.5, а), который представляет собой синусоидальное напряжение, пропущенное через двухполупериодный выпрямитель (см. главу Р), действующее и среднеамплитудное значения будут равны соответствующим значениям для синусоиды, а вот среднее будет равно не нулю, а совпадать со среднеамплитудным. Для самого нижнего случая (рис. 4.5, г) указать все эти величины вообще непросто, так как они зависят от формы сигнала.

Но, даже выучив все это, вы все равно не сможете измерять величины напря­жений и токов несинусоидальной формы с помощью мультиметра! Не забы­вайте об этом, как и о том, что для каждого мультиметра есть предельные значения частоты колебаний — если вы включите мультиметр в цепь с ины­ми параметрами, он может показать все, что угодно — «погоду на Марсе», по распространенному выражению. Измерительные приборы для переменного напряжения проградуированы в значениях действующего напряжения, но измеряют они, как правило, среднеамплитудное (по крайней мере, большин­ство — на подробностях мы не будем сейчас задерживаться), и сообразить, как именно пересчитать показания, далеко не всегда просто. А для сложных сигналов, как на рис. 4.5, г, это выливается в сущую головоломку на уровне задач для студентов мехмата. Выручить может осциллограф и знание соот­ношений, приведенных ранее для сигналов самой распространенной формы, ну а для более сложных вычислять действующие и средние значения нам и не потребуется.

Заметки на полях

Единственный прибор, который правильно покажет значение действующего напряжения любой формы —- это аналоговый вольтметр электромагнитной системы (их легко узнать по неравномерной шкале, деления на которой к кон­цу отстоят все дальше и дальше друг от друга). Для того чтобы несинусои­дальное напряжение измерить цифровым прибором, между измеряемой вели­чиной и вольтметром можно вставить интегрирующий фильтр (фильтр нижних частот), описанный в главе 5.

Для прямоугольных напряжений, представляющих собой меандр, подобный рис. 4.5, б, существует еще одна важная характеристика. Никто ведь не за­прещает представить себе прямоугольное напряжение, в котором впадины короче или длиннее всплесков. В электронике меандр без дополнительных пояснений означает симметричную форму прямоугольного напряжения, при которой впадины строго равны всплескам по длительности, но, вообще гово­ря, это необязательно. На рис. 4.6 приведены два примера таких напряжений в сравнении с симметричным меандром.

11 болса, парсек неге тең екенiн есептеніз.

ПРОШУ ПОМОГИТЕГоризонтальная кругообразная платформа радиусом 1 м вращается вокруг вертикальной оси, проходящей через ее центр, с частотой 6 об/мин. н … а краю платформы стоит человек массой 80 кг. С какой частотой вращается платформа, если человек проходит в ее центр? момент инерции платформы равен 120 кг м2, а момент инерции человека принять за Момент инерции материальной точки.​

пожалуйста помогите!!!! дам баллы((​

Вольтметр показывает напряжение. Какое значение напряжения показывает вольтметр переменного тока

Непосредственного отсчёта для определения напряжения или ЭДС в электрических цепях. Подключается

параллельно нагрузке или источнику электрической энергии.

На низких частотах также можно отображать диодный диод или четыре диода в соединении Граца, а также функцию сглаживания конденсатора. Однако эффект дросселя, однако, неясен, учитывая низкую частоту. Рис. 3 Измерение измеренного тока. Даже в этом случае на первом этапе мы демонстрируем явление с помощью вольтметра, который регистрирует входное напряжение переменного тока и миллиамперметр, которые записывают ток. В начальной школе мы можем довольствоваться только взглядами учеников на разные вибрации двух датчиков.

Пригодны частоты 0, 3 Гц. Используя самую низкую достижимую частоту 0, 1 Гц, поток тока можно записать, как показано в таблице выше, и графически изображен. Низкочастотный трехфазный источник тока позволяет провести еще один, весьма иллюстративный эксперимент, моделирующий вращающееся магнитное поле в трехфазном электродвигателе. Просто примените соответствующие напряжения к модели тройной катушки трехфазного электродвигателя и увеличьте магнитное поле в области, где ротор хранится либо малыми магнитами, либо стальными пилами, либо одним магнитом.

Идеальный вольтметр должен обладать бесконечно большим внутренним сопротивлением. Поэтому чем выше внутреннее сопротивление в реальном вольтметре, тем меньше влияния оказывает прибор на измеряемый объект и, следовательно, тем выше точность и разнообразнее области применения.

Классификация и принцип действия

Классификация

  • По принципу действия вольтметры разделяются на:
    • электромеханические — магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические, выпрямительные, термоэлектрические;
    • электронные — аналоговые и цифровые
  • По назначению:
    • постоянного тока;
    • переменного тока;
    • импульсные;
    • фазочувствительные;
    • селективные;
    • универсальные
  • По конструкции и способу применения:
    • щитовые;
    • переносные;
    • стационарные

Аналоговые электромеханические вольтметры

  • Магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические и электростатические вольтметры представляют собой измерительные 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

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.

Съемка поля отличается и исключает неправильные представления о полевых линиях, таких как концентрические круговые круги. Рис. 5: Демонстрация медленного вращающегося поля трехфазного тока. Поскольку этот метод практически не подходит в начальных школах, мы хотим разработать выделенный ресурс для этой демонстрации и предложить его одному из производителей учебной помощи. Мы считаем, что учителя физики начальной школы, которые будут не только довольны мелом и доской, будут рады.

Если напряжение в цепи неизвестно, установите диапазон до наивысшего значения напряжения и установите диск на ṽ. Большинство мультиметров включаются в режиме автокоррекции. Это автоматически выбирает диапазон измерения в зависимости от присутствующего напряжения. Когда закончите, удалите провода в обратном порядке: сначала красный, затем черный. Подключите измерительные провода к цепи: сначала черный провод, красный — второй.

Цифровые электронные вольтметры общего назначения

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.

Примечание: переменное напряжение не имеет полярности. Предостережение: не позволяйте пальцам касаться свинцовых наконечников. Не позволяйте кончикам контактировать друг с другом. Прочтите измерение на дисплее. Когда закончите, сначала удалите красный провод, черный — второй.

Другие полезные функции при измерении переменного напряжения

Его можно просмотреть после завершения измерения. Нажмите на соответствующую кнопку, чтобы установить мультиметр для конкретного эталонного значения. Измерения отображаются выше и ниже опорного значения. Избегайте этой общей и серьезной ошибки: вставьте тестовые провода в неправильные входные гнезда. Это может привести к опасной дуговой вспышке.

Диодно-компенсационные вольтметры переменного тока

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 применению в качестве рабочих эталонов. Из иностранных аналогов можно выделить вольтметры серии URV фирмы Rohde&Schwarz с пробниками диаметром 9 мм.

Импульсные вольтметры

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

Фазочувствительные вольтметры

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

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 как измерительный приёмник .

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

Наименования и обозначения

Видовые наименования

  • 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

  • Электроизмерительные вольтметры обозначаются в зависимости от их принципа действия
    • Д xx — электродинамические вольтметры
    • М xx — магнитоэлектрические вольтметры
    • С xx — электростатические вольтметры
    • Т xx — термоэлектрические вольтметры
    • Ф xx, Щ xx — электронные вольтметры
    • Ц xx — вольтметры выпрямительного типа
    • Э xx — 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

Для того чтобы понять смысл этого вопроса, давайте внимательно рассмот­рим график синусоидального напряжения на рис. 4.2. В каждый момент вре­мени величина напряжения в нем разная — соответственно, будет разной и величина тока через резистор нагрузки, на который мы подадим такое напряжение. В моменты времени, обозначенные 772 и Т (то есть кратные поло­вине периода нашего колебания) напряжение на нагрузке вообще будет рав­но нулю (ток через резистор не течет), а в промежутках между ними — меня­ется вплоть до некоей максимальной величины, равной амплитудному значению А. Точно так же будет меняться ток через нагрузку, а следователь­но, и выделяемая мощность (которая от направления тока не зависит — фи­зики скажут, что мощность есть величина скалярная, а не векторная). Но процесс выделения тепла крайне инерционен — даже такой маленький пред­мет, как волосок лампочки накаливания, за 1/100 секунды, которые проходят между пиками напряжения в промышленной сети частотой 50 Гц, не успевает заметно остыть. Поэтому нас чаще всего интересует именно средняя мощ­ность за большой промежуток времени. Чему она будет равна?

Чтобы точно ответить на этот вопрос, нужно брать интегралы: средняя мощ­ность за период есть интеграл по времени от квадрата функции напряжения. Здесь мы приведем только результат: величина средней мощности в цепи пе­ременного тока определяется т. н. действующим значением напряжения (Щ, которое для синусоидального колебания связано с амплитудным его значением (f/a) следующей формулой:. Точно такая же формула справедлива для тока. Когда говорят «пе­ременное напряжение 220 В», то всегда имеется в виду именно действующее значение. При этом амплитудное значение равно примерно 311В, что легко подсчитать, если умножить 220 на корень из двух. Это значение нужно всегда иметь в виду при выборе компонентов для работы в сетях переменного тока — если взять диод, рассчитанный на 250 В, то он легко может выйти из строя при работе в обычной сети, в которой мгновенное значение превышает 300 В, хотя действующее значение и равно 220 В. А вот для компонентов, использующих эффект нагревания (лампочек, резисторов и т. п.) при расчете допустимой мощности нужно иметь в виду именно действующее значение.

Называть действующее значение «средним» неверно, правильно называть его среднеквадратическим (по способу вычисления — через квадрат функции от времени). Но существует и понятия среднего значения, причем не одно, а даже два. Просто «среднее» (строго по смыслу названия) — сумма всех мгновенных значений за период. Так как нижняя часть синусоиды (под осью абсцисс) стро­го симметрична относительно верхней, то можно даже не брать интегралов, чтобы сообразить, что среднее значение синусоидального напряжения, пока­занного на рис. 4.2, в точности равно нулю — положительная часть компенси­рует отрицательную. Но такая величина малоинформативна, поэтому чаще ис­пользуют средневыпрямленное (среднеамплитудное) значение, при котором знаки не учитываются (то есть в интеграл подставляется абсолютная величина напряжения). Эта величина (U связана с амплитудным значением (U по формулето есть равно примерно 1,57-f/c-

Рис. 4.5. Графики некоторых колебаний несинусоидальной формы

Для постоянного напряжения и тока действующее, среднее и среднеампли-тудное значения совпадают и равны просто величине напряжения (тока). Од­нако на практике часто встречаются переменные колебания, форма которых отличается и от постоянной величины, и от строго синусоидальной. aHi. Для прямоугольного колебания (рис. 4.5, б) с равны­ми по длительности положительными и отрицательными полуволнами (сим-

метричного меандра) соотношения очень просты: действующее значение = среднеамплитудному = амплитудному, как и для постоянного тока, а вот среднее значение равно, как и для синуса, нулю. В часто встречающемся на практике случае, когда минимум прямоугольного напряжения совпадает с нулем, то есть напряжение колеблется от нуля до напряжения питания (на рис. 4.5 не показано), такой меандр можно рассматривать аналогично случаю рис. 4.5, в, как сумму постоянного напряжения и прямоугольного. Для самого верхнего случая (рис. 4.5, а), который представляет собой синусоидальное напряжение, пропущенное через двухполупериодный выпрямитель (см. главу Р), действующее и среднеамплитудное значения будут равны соответствующим значениям для синусоиды, а вот среднее будет равно не нулю, а совпадать со среднеамплитудным. Для самого нижнего случая (рис. 4.5, г) указать все эти величины вообще непросто, так как они зависят от формы сигнала.

Но, даже выучив все это, вы все равно не сможете измерять величины напря­жений и токов несинусоидальной формы с помощью мультиметра! Не забы­вайте об этом, как и о том, что для каждого мультиметра есть предельные значения частоты колебаний — если вы включите мультиметр в цепь с ины­ми параметрами, он может показать все, что угодно — «погоду на Марсе», по распространенному выражению. Измерительные приборы для переменного напряжения проградуированы в значениях действующего напряжения, но измеряют они, как правило, среднеамплитудное (по крайней мере, большин­ство — на подробностях мы не будем сейчас задерживаться), и сообразить, как именно пересчитать показания, далеко не всегда просто. А для сложных сигналов, как на рис. 4.5, г, это выливается в сущую головоломку на уровне задач для студентов мехмата. Выручить может осциллограф и знание соот­ношений, приведенных ранее для сигналов самой распространенной формы, ну а для более сложных вычислять действующие и средние значения нам и не потребуется.

Заметки на полях

Единственный прибор, который правильно покажет значение действующего напряжения любой формы — это аналоговый вольтметр электромагнитной системы (их легко узнать по неравномерной шкале, деления на которой к кон­цу отстоят все дальше и дальше друг от друга). Для того чтобы несинусои­дальное напряжение измерить цифровым прибором, между измеряемой вели­чиной и вольтметром можно вставить интегрирующий фильтр (фильтр нижних частот), описанный в главе 5.

Для прямоугольных напряжений, представляющих собой меандр, подобный рис. 4.5, б, существует еще одна важная характеристика. Никто ведь не за­прещает представить себе прямоугольное напряжение, в котором впадины короче или длиннее всплесков. В электронике меандр без дополнительных пояснений означает симметричную форму прямоугольного напряжения, при которой впадины строго равны всплескам по длительности, но, вообще гово­ря, это необязательно. На рис. 4.6 приведены два примера таких напряжений в сравнении с симметричным меандром. Характеристика соотношений меж­ду длительностями частей периода называется скважностью и определяется, как отношение длительности всего периода к длительности положительной части (именно так, а не наоборот, то есть величина скважности всегда боль­ше I). Для меандра скважность равна 2, для узких коротких импульсбв она будет больше 2, для широких — меньше.

Виды и обозначения вольтметров

28.05.2014

Виды и обозначения вольтметров

Вольтметр — измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения напряжения 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.

Классификация

  • По принципу действия вольтметры разделяются на:
    • электромеханические — магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические, выпрямительные, термоэлектрические;
    • электронные — аналоговые и цифровые
  • По назначению:
    • постоянного тока;
    • переменного тока;
    • импульсные;
    • фазочувствительные;
    • селективные;
    • универсальные
  • По конструкции и способу применения:
    • щитовые;
    • переносные;
    • стационарные

Аналоговые электромеханические вольтметры

  • Магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические и электростатические вольтметры представляют собой измерительные механизмысоответствующих 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.
  • Выпрямительный вольтметр представляет собой сочетание измерительного прибора, чувствительного к постоянному току (обычно магнитоэлектрического), и выпрямительного устройства.
  • Термоэлектрический вольтметр — прибор, использующий ЭДС одной или более термопар, нагреваемых током входного сигнала.

Аналоговые электронные вольтметры общего назначения

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

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

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.

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

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

Фазочувствительные вольтметры

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

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 как измерительный приёмник.

Наименования и обозначения

Видовые наименования

  • 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

  • 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

  • Диапазон измерения напряжений
  • Допустимая погрешность или класс точности
  • Диапазон рабочих частот

что измеряет, виды, характеристики, устройство вольтметра, строение и принцип работы

Для проверки работоспособности и исправности электроприборов, прокладки сетей и простого измерения параметров сети используются электронные приборы. В их число входит и вольтметр, который знаком каждому человеку еще со школьной скамьи. Электронные вольтметры составляют крупнейшую группу электроизмерительных приборов. Главное их назначение — получение параметра напряжения в сетях постоянного и переменного тока в широких диапазонов радиоволн. В этом материале будет рассказано: что именно и как измеряет вольтметр, его устройство и принципы действия, краткую историю создания, какие виды вольтметров существуют.

История создания

Прародителем всех современных вольтметров стал своеобразный указатель «электрической силы», о которой еще никто ничего толком не знал. Его изобретателем стал русский физик Георг Рихман. Датой этого открытия считается 1745 год. Показатели измерялись с помощью небольших весов рычажного типа, которые колебались в зависимости от воздействий электричества. Этот основной принцип используется во всех современных вольтметрах.

Процесс измерения вольтажа прибора

Модернизированная версия прибора появилась в 1830-х годах благодаря Фарадею, но не осталось никаких доказательств этому. Следующий по счету прибор был придуман Морицом Якоби в 39 году 19 века, когда тот смог превратить гальванометр в прибор для измерения характеристик электрического тока.

Серьезным этапом модернизации стало изобретение француза д’Арсонваля, придумавшего гальванометр для измерения магнитных и электрических полей. При их изменении прибор показывал разные значения.

Георг Рихман — один из первых изобретателей вольтметра

Важно! Русские ученые П. Яблочков и М. Добровольский также внесли огромный вклад в развитие прибора. Добровольский, в частности, создал амперметр и электромагнитный вольтметр. Кроме них, над этим работал и Н. Славянов. Рабочий металлург на пушечных заводах придумал амперметр на 1000 Ампер в 1880-х.

После утверждения Ампера и Вольта в качестве электротехнических величин в международных стандартах. Немец Фридрих Циппенбон изобрел первое устройство, которое официально было названо «вольтметр».

Старинный вольтметр

Что измеряют вольтметром

Вольтметр — прибор, предназначенный для измерения напряжения электрического тока в цепи. Его название происходит от единицы измерения напряжения — Вольта и традиционного для всех измерительных приборов окончания «метр». Для начала его использования нужно всего лишь включить его в сеть. Сразу после этого он начнет показывать параметр напряжения.

Погрешности возможны в любых даже современных инструментах. Без них никуда, но они незначительны. Чтобы погрешность стремилась к нулю нужно, чтобы внутреннее сопротивление прибора стремилось к бесконечности. Если этого не будет, то влияние на прибор цепи, к которой он подключен, неизбежно. Конечно, такого сопротивления быть не может, как и идеальных вольтметров.

Формулы напряжения в 1 Вольт

Стоит разобраться с понятием «напряжения» подробнее. Это необходимо для того, чтобы понять принцип работы приборы. Все знают еще со школы, что напряжение равно силе тока умноженной на сопротивление участка цепи.

Формула проста, но не дает точного понимания понятия. Ток остается невидимым, а напряжение — простыми цифрами. Для простоты понимания можно привести пример с простыми вещами, которые могут наблюдаться каждый день. Например, при движении воды по речке и водопаду, напряжение будет соответствовать высоте, то есть разности уровней воды. В сети все то же самое и напряжение определяет воображаемый напор воды. Если не будет напряжения, то не будет и тока. Аналогично и воде: если разность уровней будет нулевой, то вода не будет двигаться.

Современный стрелочный вольтметр

Важно! Шкала прибора отмечена латинской буквой «V». Это внешне отличает его от амперметра и других приборов. Других отличий между ними мало. Они вполне могут выглядеть практически одинаково.

Диапазон измерения прибора может быть разным. Устройства для слабой сети показывают максимум 5 Вольт, а промышленные аппараты — до 1000 Вольт. Все зависит от его предназначения.

Прибор времен СССР

Технические характеристики

Согласно документации, на схемах сети вольтметры принято обозначение окружностью с вписанной латинской буквой «V». На русских смехах он может заменяться на русскую букву «В». Более того, первая цифра после буквы в маркировке отображает тип устройства и специфику его использования. Например, В2 — вольтметр для постоянного тока, В3 — для переменного, В4 — для импульсного и т.д.

 

Аппарат В3-38 для использования в сетях переменного тока

Оценка характеристик прибора включает в себя следующие компоненты:

  • Диапазон измерений. Он ограничивается наименьшим и наибольшим показателем, который способен изменить аппарат. Современные устройства обладают диапазоном от милливольт до киловольт. Промышленные аналоги же способны измерять как меньшие, так и большие напряжения;
  • Точность измерений. Далеко не каждый домашний тестер отличается повышенной точностью измерений. Как уже было сказано, это зависит от его внутреннего сопротивления. Новые вольтметры при сравнительно небольших размерах обладают маленькими погрешностями измерений;
  • Диапазон частот. Показывает чувствительность прибора к тем или иным сигналам с разными частотами, регистрируемых в сети;
  • Температура и другие факторы. Эти параметры определяют показатели, при которых аппарат обладает минимальной погрешностью измерений, доступной для него;
  • Собственно само внутреннее сопротивление (импеданс). Чем выше этот параметр, тем вольтметр более точен.

 

Цифровые устройства практически полностью вытеснили аналоговые

Важно! Технические характеристики аналоговых приборов сильно зависят от чувствительности магнитоэлектрического прибора. Чем меньше его ток полного отклонения, тем более высокосопротивительные резисторы можно использовать.

Конструкция

Простейший амперметр или вольтметр состоит из нескольких блоков:

  • ЭЛМП — электромеханического преобразователя;
  • ИМ — измерительный механизм;
  • СМ — стрелочный механизм.
Процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой для отображения

Первый предназначен для того, чтобы преобразовывать энергии. Магнитного поля в механическую энергию. Второй механизм включает в себя подвижные и неподвижные части для проведения изменений. Происходит это так: под действием силы тока, который протекает через обмотку ИМ, создается вращающий момент, воздействующий на подвижную часть. Силы механики пропорциональны электрическим силам и ИМ отклоняется на угол, равный этим силам. Данные передаются стрелочному механизму, который и показывает в цифрах количество Вольт.

Если прибор содержит усилители, то он называется электронным. Его отличие заключается в том, что входное устройство помогает поддерживать высокое сопротивление вольтметра и увеличить предел измерений в большую сторону. Далее следует усилитель постоянного тока, который увеличивает значение сигнала до тех величин, которые необходимы для эффективных измерений. Следующие его компоненты идентичны аналоговому инструменту.

Встраиваемое портативное устройство

Преимуществами электромагнитных вольтметров стают:

  • высокая точность измерений;
  • высокая чувствительность;
  • практически полное отсутствие влияние внешних полей;
  • практически полное отсутствие влияние атмосферных факторов.

Недостатки тоже имеются: непригодность использовать при переменном токе и чувствительность к перегрузкам в сети.

USB-вольтметр

Разновидности

Помимо технических параметров, которые определяют назначение прибора и его характеристики, вольтметры обладают и физическими, а именно — разновидностями. Видов современных вольтметров большое количество. Так по принципу действия они разделяются на электромеханические и электронные. По назначению на вольтметров для постоянного, переменного, импульсного тока, универсальные и фазовые.

Наиболее часто людей интересует классификация по виду исполнения, который может быть мобильным и стационарным.

Карманный ЖК цифровой мультиметр

Стационарные

Стационарные вольтметры представляют собой устройства, которые питаются от сетей переменного напряжения. Возможно это благодаря встроенному в их корпус блоку питания. Как правило, с виду они похожи на коробку или ящик, а используются для узкоспециализированных работ, требующих повышенной точности измерений. Чаще всего это профессиональная сфера деятельности и контролирование напряжения на важных и нестабильных участках сети. Само слово «стационарный» говорит о том, что они применяются там, где нужна постоянная слежка и изменение данных.

Стационарный стрелочный вольтметр

Мобильные

Их еще называют переносными, хотя стационарный прибор иногда перенести также не составляет труда. Мобильный же вольтметр компактный и способен поместиться практически везде. Их относят к классу полупрофессиональных и любительских, потому что работают они от батареек или аккумуляторов и обладают сравнительно меньшими точностями и большими погрешностями. Выглядят они как плоские коробочки, «обитые» пластиком или резиной и имеющие эргономические формы. Чтобы они были еще удобнее, их оснащают съемными щупами для определения амплитудных колебаний сигналов.

Важно! Как правило, мобильные вольтметры включаются в состав тестеров и мультиметров. Мобильные цифровые вольтметры способны очень точно определить показания, в то время как портативные аналоговые приборы — показать хорошую чувствительность, способную определить даже самые маленькие отклонения напряжения, которые не могут определить цифровые приборы.

Цифровой мобильный вольтметр

Принцип работы

Принцип действия приборов легче показать на какой-нибудь модели. В основу работы аппарата положено аналогово-цифровое преобразование. Принципы можно рассмотреть на примере универсального В7-35.

Преобразователи, которые установлены в приборе, измеряют силу тока, напряжение постоянного и переменного электрического тока, сопротивление и конвертируют все это в нормализованное напряжение или цифровой код, если в устройстве имеется аналого-цифровой преобразователь.

Схема прибора основана на нескольких преобразователях:

  • Преобразователь масштабирования;
  • Низкочастотный аппарат, преобразующий напряжение переменного тока в постоянный;
  • Аналогичный преобразователь постоянного и переменного электрического тока в напряжение;
  • Конвертер сопротивления в напряжение.
Схема вольтметра В7-35

Получая эти параметры, устройство конвертирует их в напряжение, отображаемое по специальной шкале или в электроном виде, если в нем предусмотрено наличие АЦП.

Принцип работы электромагнитного аналогового вольтметра следующий. Создание вращающего момента происходит с помощью силового действия магнитного поля катушки на подвижном постоянном магните, который выполняется в форме плоской лопасти.

Под действием магнитного поля, которое создается током, магнит втягивается в цель катушки и поворачивается на ось, содержащую указательную стрелку.

Схематическое изображение работы стрелочного устройства

Инструкция и меры безопасности

Вольтметр — простейший и узкоспециализированный инструмент для определения параметров электрической цепи. Его основная и единственная задача — определение напряжения на определенном участке цепи. К сожалению, не все знают, как пользоваться таким простым прибором.

Важно! Стоит помнить, что прибор должен подключаться параллельно к сети. В противном случае показания будут неточными. Это не зависит от его типа и размеров.

Цифровой стационарный прибор

Порядок измерения следующий:

  • Проверить стрелку, если аппарат аналоговый. Делается это путем вставки плоской отвертки в задний шлиц прибора. Поворот в разные стороны будет поворачивать и стрелку. Ноль измерений всегда выставляется пред каждым измерением, особенно, если прибор старый;
  • Присоединить провода к контактам. Находятся они на тыльной стороне прибора. Если он рассчитан на постоянный ток, то там будут «+» и «-». У электронных аппаратов они уже присутствуют и не нуждаются в переподключении;
  • Произвести измерение, присоединив «щупы» параллельно к сети.

Важно! Если известно, что напряжение больше 60 Вольт, то нужно пользоваться резиновыми диэлектрическими перчатками или другой изоляцией.

Корректировка стрелки аналогового прибора

При измерении показателей электрической сети вольтметром следует соблюдать простейшие меры безопасности:

  • Не проводить измерение высоковольтных сетей без средств защиты;
  • Не проводить изменение влажными или мокрыми руками и предотвращать попадание влаги в прибор;
  • Не использовать вольтметр в агрессивных средах по типу кислот, щелочей и масел;
  • Соблюдать требования ГОСТ 12. 3.019-80, описывающего правила эксплуатации электроизмерительных приборов.
Схема 10-диапазонного вольтметра постоянного тока

Какой мультиметр выбрать для автомобиля

Мультиметр — портативное устройство, которое содержит в себе вольтметр, амперметр и другие функции. Он стает незаменимым для радиолюбителей и автовладельцев. Для последних он стал важным прибором, способным проверить и отремонтировать большее количество современной автоэлектроники и проводку.

Для автомобиля подойдет любой специализированный мультиметр, обладающий дополнительными функциями, которые отличают его от обычного. Чтобы разобраться с этим лучше, нужно понять, какие задачи он чаще всего решает.

Схема цифрового вольтметра постоянного тока для определенного диапазона

Наиболее часто прибор применяют для определения утечек из аккумулятора. Такой проверке должны быть подвержены все аккумуляторы, обладающие сильными потерями заряда за короткие промежутки времени. Минимальное значение утечки должно составлять 70 мА. Большее значение свидетельствует о том, что какой-то прибор является проблемным или в цепи проводки есть поврежденный участок.

Для диагностики проделывают следующее:

  • Выключить все элементы автомобиля, которые используют энергию аккумулятора;
  • Настроить прибор на измерение постоянного тока и выбрать максимальное значение;
  • Ослабить провод на минусовой клейме и подсоединить туда щупы;
  • Отключить провод от клеймы так, чтобы ток протекал через мультиметр;
  • Замерить значения, которые не должны превышать 70 миллиампер.
Устройство для автомобиля

В случае, когда значения не ниже 70, стоит искать участок с проблемами. Для этого аппарата подключается так же, как и в способе выше, поочередно отключаются предохранители и снимаются показания. Если один из предохранителей показал значение ноль при его отключении, то проблема в нем.

Если же все узлы были проверены и оказались исправны, то проблема кроется в самой проводке. Она также проверяется мультимером для поиска неисправного кабеля. Этот процесс состоит из следующих этапов:

  • На глаз оценить состояние проводов;
  • Определить проблемный участок;
  • Один конец мультиметра присоединяется к клейме аккумулятора, а другой — к прибору, который находится на другой стороне кабеля;
  • Установить прибор в нужное состояние и устроить прозвонку участка провода;
  • При наличии звукового сигнала провод исключается из проблемных, так как с ним все хорошо.
Проверка аккумулятора мультиметром

Важно! При изменении параметров низковольтных сетей иногда может потребоваться специальный инструмент — милломметр.

Еще одна важная функция мультиметра — прозввон мотора авто и измерение его параметров. Любой автомобильный мультиметр должен уметь проводить диагностику двигателя на минимальном уровне.

Прозвон отсоединенных кабелей авто

Отличие от тестера

Люди, особенно те, кто далек от техники, часто путают два этих устройства. Они немного похожи и даже обладают похожими функциями, но мультиметр — более многофункциональное устройство, способное изменять различные параметры системы и выполнять прозвонки. Обычный тестер содержит в себе всего пару диодов, способным указать значение напряжения и целостности цепи.

Важно! Тестеры, как и мультиметры, вольтметры и амперметры также бывают стрелочными, то есть аналоговыми и цифровыми. Последние в любых являются более точными и определяют величины с минимальными погрешностями.

Тестер очень похож на мультиметр, но обладает меньшим функционалом

Тест цифровых мультиметров

Чтобы определить лучшие приборы нужно проводить определенные тесты, на основании которых делается выбор в пользу той или иной модели. Сегодня рынок располагает огромным количеством моделей. Опытные люди проверили их и определили их преимущества и недостатки, составив описания.

Universal M830B IEK

Обычный и качественный прибор для любителей. Подходит не только для использования дома, но и при монтажных работах. Модель проста в использовании и подходит для новичков. Корпус имеет три входа для щупов, позволяющих измерять постоянный и переменный ток, сопротивление, напряжение. В этой бюджетной модели есть даже функция прозвонки для транзисторов. Для проверки коротких замыканий прозвонки нет.

Модель M830B IEK

UNI-T UT33D

Идеально подходит для домашнего использования и обладает широким спектром измерения электрических параметров. Базовый функционал держится на уровне предыдущего тестера, но дополняется прозвонкой на обрывы цепей. Используется дл ремонта ПК, микросхем, электромонтажных работ. Недостатком стала невозможность изменять переменный ток.

Модель UNI-T UT33D

СЕМ DT-105 480151

Профессиональный измеритель, который обладает очень компактным и легким. Для него, как ни для кого характерно сочетание «цена-качество». Несмотря на большую сложность, чем аналоги, прибор может спокойно использоваться в быту и в других домашних целях. Функционал включает в себя прозвонку, индикатор заряда аккумулятора, индикаторы полярности и многое другое.

Модель СЕМ DT-105 480151

Таким образом, вольтметр — это прибор для измерения напряжения и один из самых простых измерительных инструментов, но даже с ним некоторые не могут справиться. Этот материал максимально широко рассказал, что такое вольтметр, долгую историю его создания и инструкцию по использованию во многих полезных целях.

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.

3. Воздействие вольтметра на измеряемую цепь | 7. Измерительные приборы | Часть1

3. Воздействие вольтметра на измеряемую цепь

Воздействие вольтметра на измеряемую цепь

Любой измерительный прибор в некоторой степени влияет на измеряемую цепь. Это влияние аналогично воздействию манометра на давление в шинах, при измерении  которого незначительная часть воздуха высвобождается. Несмотря на то, что такое влияние неизбежно, оно может быть минимизировано грамотной конструкцией измерительного прибора.

Так как вольтметр всегда подсоединяется параллельно компоненту или группе компонентов измеряемой схемы, любой проходящий через него ток будет оказывать влияние на общий ток этой схемы, а значит и на измеряемое напряжение. Не «забирает» ток от тестируемой цепи только идеальный вольтметр, потому что он имеет бесконечное сопротивление. Однако, идеальные вольтметры существуют только на страницах учебников, в реальной жизни их нет. Давайте возьмем следующую схему делителя напряжения, и на ее примере рассмотрим влияние вольтметра на измеряемую цепь:

 

 

Пока вольтметр не подключен к данной цепи, напряжение на каждом из резисторов составляет 12 вольт (два резистора одинаковой величины делят исходное напряжение ровно пополам). Ели мы подключим вольтметр с внутренним сопротивлением 10 МОм (стандартная величина современных цифровых вольтметров) к нижнему резистору схемы, то создадим своего рода параллельное соединение двух сопротивлений:

 

 

Это действие понизит сопротивление нижнего эквивалентного резистора (параллельно соединенные сопротивления 250 и 10 МОм) до 9,615 МОм, что кардинальным образом изменит распределение напряжений в схеме. На нижнем резисторе напряжение теперь будет гораздо меньше чем прежде, а на верхнем — гораздо больше:

 

 

Делитель напряжения с сопротивлениями резисторов 250 и 9,615 МОм разделит напряжение источника питания 24В на две части — 23,1111 и 0,8889 вольт соответственно. Так как вольтметр является частью сопротивления 9,615 МОм, его индикатор покажет напряжение 0,8889 вольт.

Вольтметр не может «знать», что до его подключения к цепи напряжение на нижнем резисторе (сопротивлением 250 МОм) имело величину 12 вольт. Сам факт подключения вольтметра к схеме делает его частью этой схемы, а значит собственное сопротивление вольтметра изменяет соотношение сопротивлений делителя, влияя тем самым на измеряемое напряжение.

Если провести аналогию последнего примера с измерением давления в шинах, то то манометру для работы потребуется такое количество воздуха, что в процессе измерения он практически весь выйдет наружу. Количество воздуха, потребляемого манометром при измерении давления в шинах аналогично количеству тока, потребляемого вольтметром при измерении напряжения. Чем меньше воздуха требует манометр для своей работы, тем меньше он будет сдувать шины в процессе измерения. Чем меньше тока для свое работы требует вольтметр, тем меньшую нагрузку он оказывает на тестируемую цепь.

Такой эффект называется нагрузочным, и он в определенной степени присутствует в каждом случае использования вольтметра, заставляя его отображать напряжение меньше истинного. Выше нами был рассмотрен наихудший сценарий, в котором сопротивление вольтметра значительно ниже сопротивлений резисторов делителя. Очевидно, чем больше сопротивление вольтметра, тем меньше нагрузка на тестируемую цепь. Именно поэтому идеальный вольтметр имеет бесконечное внутреннее сопротивление.

Для вольтметров с электромеханическими индикаторами количественное влияние нагрузочного эффекта на измеряемую цепь выражается через их чувствительность, которая оценивается в «омах на вольт» (Ом/В). Это делается потому, что такие вольтметры для разных диапазонов измерения используют разные резисторы, благодаря чему их внутренне сопротивление будет изменяться в зависимости от диапазона. Цифровые вольтметры, в отличие от электромеханических, вне зависимости от диапазона измерения имеют постоянное сопротивление (но не всегда), поэтому влияние нагрузочного эффекта на измеряемую цепь для них выражается через внутреннее сопротивление, которое оценивается в Омах.

Чувствительность вольтметра  ( Ом / В) показывает величину множителя, на который нужно умножить сопротивление резистора, чтобы увеличить шкалу измерителя на 1 В. В качестве примера давайте возьмем схему вольтметра из предыдущей статьи:

 

 

Для диапазона измерения 1000 В, общее внутреннее сопротивление этого вольтметра будет равно 1 МОм (999,5 кОм + 500 Ом), что даст нам чувствительность 1000000 Ом на 1000 вольт или 1000 Ом на вольт (1кОм/В). Эта чувствительность будет постоянной для любого диапазона данного прибора:

 

 

Проницательный наблюдатель заметит, что чувствительность (Ом/В) любого индикатора определяется единственным фактором — его номинальным (предельным) током, который в нашем случае составляет 1 мА. К такому выводу можно прийти, если учесть следующее: величина «Ом/В» математически обратна величине «В/Ом», которая по закону Ома представляет собой силу тока (I = U/R). Отсюда следует, что номинальный ток индикатора, определяющий его чувствительность, не зависит диапазонов измерений, которыми оснащен вольтметр посредством добавочных резисторов. В нашем случае номинальный ток индикатора величиной 1 мА дает вольтметру чувствительность 1000 Ом/В в независимости от выбранного диапазона измерений.

Чтобы свести к минимуму нагрузку вольтметра на любую тестируемую схему, нужно минимизировать номинальный ток индикатора. Для достижения этой цели можно заменить индикатор на более чувствительный (которому требуется меньше тока для полного отклонения стрелки), но такой компромисс повлечет за собой потерю прочности, так как более чувствительный индикатор будет более хрупким.

Другой подход к решению данной проблемы заключается в использовании специальной схемы, которая увеличит подаваемый на индикатор ток, снизив при этом ток, потребляемый прибором от схемы в процессе измерения. Такая схема называется усилителем постоянного тока:

 

 

Конструкция усилителя достаточно сложна для рассмотрения на данном этапе, поэтому достаточно будет сказать, что его схема позволяет измеряемому напряжению контролировать количество тока,  поставляемого на индикатор от внутреннего источника питания (например батареи). Таким образом, потребность индикатора в токе удовлетворяется за чет внутренней батареи вольтметра,  а не за счет тестируемой цепи. Вольтметр, использующий усилитель постоянного тока, по прежнему будет нагружать схему в процессе измерения, но эта нагрузка будет в сотни или тысячи раз меньше, чем у вольтметра без усилителя. 

До появления полупроводниковых приборов, известных как полевые транзисторы, в качестве усилительных устройств этих приборов использовались электронные лампы. Такие ламповые вольтметры когда то были очень популярными инструментами для проведения измерений и тестирования схем.

 

 

В настоящее время задачу усиления тока в цифровых измерительных приборах выполняют схемы на полупроводниковых транзисторах. Несмотря на то, что такая конструкция (использование усилителя для повышения измеряемого тока) очень хорошо работает, она значительно усложняет прибор и делает непонятной его работу для начинающих радиолюбителей.

Простым и гениальным решением проблемы нагрузочного эффекта, создаваемого вольтметром, является использование потенциометрического инструмента или инструмента нулевого баланса. Этот метод не требует продвинутых электронных схем и чувствительных устройств, таких как транзисторы или электронные лампы, но он предполагает активное участие и мастерство пользователя. Принцип работы потенциометрического инструмента состоит в следующем. Берется отдельный источник питания с регулируемым напряжением и через детектор «нуля» подключается к тем точкам цепи, где нужно измерить напряжение. После этого напряжение регулируемого источника настраивается на измеряемое напряжение, равенство которых покажет детектор «нуля». В некоторых схемах, для регулировки напряжения используется прецизионный потенциометр, поэтому их и назвали потенциометрическими инструментами. Если эти два напряжения будут равны, то вольтметр в процессе измерения будет потреблять нулевой ток от тестируемой цепи, не оказывая на нее никакого влияния. Давайте рассмотрим как все это работает на примере вышеупомянутой схемы делителя напряжения:

 

 

Детектор «нуля» представляет собой чувствительное устройство, способное регистрировать наличие очень малых напряжений. Если в качестве такого детектора используется электромеханический индикатор, то он должен быть чувствительным к полярности (его стрелка должна находиться в центре шкалы, и в зависимости от полярности напряжения отклоняться в ту или иную сторону). Поскольку целью детектора является указание на состояние нулевого напряжения, разметка шкалы его индикатора не имеет особого значения. 

Самый простой детектор «нуля» можно построить на базе обычных наушников, динамики которых будут выступать в роли своеобразного индикатора. В момент подачи на наушники напряжения, поток электронов переместит диффузоры динамиков и вы услышите в них щелчок. Еще один щелчок вы услышите при отключении источника напряжения. Таким образом, детектор «нуля» можно сделать из наушников и кнопочного переключателя:

 

 

Если для этой цели использовать наушники сопротивлением 8 Ом, то их чувствительность может быть увеличена при помощи трансформатора. В основе работы трансформатора лежит принцип электромагнетизма, который преобразует уровни пульсирующих напряжений и токов. В нашем случае можно применить понижающий трансформатор, который преобразует импульсы небольшого тока (созданные путем нажатия и отжатия кнопочного переключателя) в более высокие, что обеспечит более эффективное управление диффузорами наушников. Трансформатор с соотношением сопротивлений 1000 : 8 идеально подойдет для этой цели. Помимо прочего, трансформатор накапливает энергию слаботочного сигнала в своем  магнитном поле, чтобы потом, при нажатии кнопки, выбросить ее в динамики наушников, повышая тем самым чувствительность детектора. Таким образом, использование трансформатора делает щечки громче, что позволяет обнаружить слабые сигналы:

 

 

Ниже приведена схема, в которой в качестве детектора «нуля» выступают наушники, трансформатор и кнопочный переключатель:

 

 

Детектор «нуля» работает подобно лабораторным весам, он показывает только равенство двух напряжений (его отсутствие между точками 1 и 2), и ничего больше. Лабораторные весы показывают равенство между неизвестной массой и кучей стандартных (калиброванных) масс:

 

 

Детектор покажет равенство напряжений между точками 1 и 2 в том случае, если напряжение регулируемого источника питания будет равно напряжению на резисторе R2 (смотри второй закон Кирхгофа ). 

Для работы с потенциометрическим инструментом необходимо таким образом настроить регулируемый источник питания, чтобы индикатор детектора «нуля» показал нулевое значение (при использовании наушников нужно добиться прекращения щелчков путем многократных нажатий на кнопочный переключатель). Только после этого можно зафиксировать значение измеренного вольтметром напряжения:

 

 

При использовании потенциометрического инструмента вольтметру не нужен высокочувствительный индикатор, потому что он измеряет напряжение не в схеме, а на регулируемом источнике питания, напряжение которого приравнивается к измеряемому с помощью детектора «нуля». Весь необходимый для работы вольтметра ток поставляется все тем же регулируемым источником питания. Так как напряжение на детекторе «нуля» в этом случае будет нулевое, то и ток между точками 1 и 2 будет равен нулю, а это значит, что нагрузки на схему в процессе измерения практически не будет. 

Еще раз повторимся, что этот метод, выполненный надлежащим образом, создаст почти нулевую нагрузку на измеряемую цепь. В идеале он вообще не должен нагружать схему, но для достижения такого результата на детекторе «нуля» должно быть абсолютно нулевое напряжение, которое потребует бесконечно чувствительного индикатора и идеального баланса напряжений. Несмотря на практическую невозможность достижения абсолютно нулевой нагрузки на тестируемую схему, потенциометрические инструменты являются отличным решением для измерения напряжений в высокоомных цепях. В отличие от электронных усилителей тока, которые решают эту проблему с помощью передовых технологий, потенциометрический метод достигает гипотетически идеального результата базируясь только на втором законе Кирхгофа .  

Факты о вольтметре

для детей

Вольтметр, подключенный к печатной плате

Вольтметр — прибор для измерения напряжения. Например, вольтметр можно использовать, чтобы увидеть, осталось ли в батарее больше электричества. Создание вольтметров стало возможным, когда Ганс Эрстед изобрел самый простой вольтметр в 1819 году.

Подключение вольтметра

Вольтметр можно подключить, соединив два провода туда, где есть напряжение. Один провод — положительный, а другой — отрицательный.С некоторыми вольтметрами один должен убедиться, что провода подключены к правильным точкам: положительное соединение на вольтметре с более положительной «частью» источника напряжения, а отрицательное — с более отрицательной «частью». Таким образом, вольтметр параллелен электрической цепи.

Также следует быть осторожным при обращении с соединением: при высоком напряжении (много вольт) можно получить травму или даже убить, если непосредственно прикоснуться к металлическим соединениям под напряжением.

Как вольтметры показывают напряжение

Когда подключения сделаны, вольтметр покажет напряжение. Поскольку нет прямого доступа к напряжению, вольтметры разработаны как особый вид амперметра, который может рассчитывать напряжение, оценивая электрический ток и применяя закон Ома.

Есть два вида вольтметров. У одного из них есть стрелка или «указатель», указывающая на число, указывающее количество вольт. Это тот вольтметр, в котором нужно быть осторожным при правильном подключении положительного и отрицательного полюсов — в случае неправильного подключения вольтметр может быть поврежден.

Второй вид вольтметров показывает числа в «цифровом» виде, как и цифровые часы и калькуляторы. Такой вольтметр не повреждается из-за «неправильного» подключения; вместо этого они показывают отрицательное число.

Кроме того, существует два типа вольтметров в зависимости от типа тока: одни вольтметры предназначены для использования с постоянным током (DC), а другие — с переменным током (AC). Современные вольтметры могут работать на обоих токах.

Использование подходящего вольтметра

Все вольтметры имеют верхний предел или «максимальное количество» вольт, с которым они могут «работать».Если вольтметр используется для более высоких напряжений, чем он был предназначен для «обработки», он может повредить или разрушить его.

Вольтметры с настройками и мультиметры

Поскольку важно использовать правильный вольтметр, их чаще всего делают так, чтобы их можно было настроить для измерения всех видов напряжений. Такие вольтметры обычно имеют «ручку» или переключатель, который можно настроить по-разному. Если вольтметр настроен на одно направление, вольтметр работает с напряжениями, например, до 10 вольт. Если переключатель установлен по-другому, вольтметр может выдержать 100 вольт и так далее.Внутри вольтметра переключатель обычно работает путем замены резисторов в делителе напряжения.

Таким образом, один вольтметр может использоваться для множества различных напряжений, больших и малых. Некоторые современные вольтметры могут выполнять эту настройку сами по себе, нужно просто выполнить подключение и не беспокоиться о том, сможет ли вольтметр справиться с напряжением. Он автоматически найдет настройку, которая сможет с этим справиться.

Сегодня вольтметр обычно является частью мультиметра, прибора, который может работать одновременно как вольтметр, амперметр и, как правило, еще несколько измерительных приборов.У них также есть переключатели, которые используются, чтобы «сказать» мультиметру, что он «является вольтметром».

Мультиметры

часто имеют более двух подключений, и часть «указания» мультиметру, что измерять (то есть, вольтметр или амперметр), осуществляется путем выбора правильных двух подключений. Это объясняется в руководстве к мультиметру и часто отображается рядом с точками подключения.

Использование усилителей для чувствительного измерения напряжения

Вольтметры первого типа показывают напряжение с помощью стрелки или «указателя», указывающего на количество вольт.Эти вольтметры берут энергию от объекта измерения для перемещения стрелки. Некоторым источникам очень слабого напряжения может не хватить энергии, чтобы переместить стрелку на нужное напряжение. В таком случае такой вольтметр показывает слишком мало вольт. Вольтметр недостаточно чувствителен.

Одно из решений вышеупомянутой проблемы — заставить иглу использовать как можно меньше энергии для движения. Однако есть предел чувствительности такого вольтметра. Когда были изобретены электронные лампы и транзисторы, стало возможным создавать электронные усилители.Используя усилитель, вольтметр может измерять очень малых напряжений от очень слабых источников. Современные вольтметры и мультиметры обычно имеют такой усилитель.

Картинки для детей

Что такое вольтметр? — Определение с сайта WhatIs.com

К

Вольтметр, также известный как измеритель напряжения, представляет собой прибор, используемый для измерения разности потенциалов или напряжения между двумя точками в электрической или электронной цепи.Некоторые вольтметры предназначены для использования в цепях постоянного тока (DC); другие предназначены для цепей переменного тока (AC). Специализированные вольтметры могут измерять радиочастотное (РЧ) напряжение.

Базовый аналоговый вольтметр состоит из последовательно включенного чувствительного гальванометра (измерителя тока) с высоким сопротивлением. Внутреннее сопротивление вольтметра должно быть высоким. В противном случае он будет потреблять значительный ток и тем самым нарушить работу тестируемой цепи. Чувствительность гальванометра и значение последовательного сопротивления определяют диапазон напряжений, который может отображать измеритель.

Цифровой вольтметр показывает напряжение цифрами. Некоторые из этих измерителей могут определять значения напряжения с точностью до нескольких значащих цифр. Практические лабораторные вольтметры имеют максимальные диапазоны от 1000 до 3000 вольт (В). Большинство серийно выпускаемых вольтметров имеют несколько шкал, увеличивающихся в десятичной степени; например, 0–1 В, 0–10 В, 0–100 В и 0–1000 В.

Осциллограф может использоваться для измерения низких напряжений; вертикальное смещение соответствует мгновенному напряжению.Осциллографы также отлично подходят для измерения пиковых и размахов напряжения в приложениях переменного тока и ВЧ. Вольтметрам для измерения большой разности потенциалов требуются прочные зонды, проводка и изоляторы.

В компьютерной практике стандартные лабораторные вольтметры подходят, поскольку встречающиеся напряжения умеренные, обычно от 1 В до 15 В. Мониторы с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) работают при нескольких сотнях вольт. Типичный лабораторный вольтметр может показывать эти напряжения, но ЭЛТ-блоки должны обслуживаться только квалифицированными специалистами, поскольку напряжения достаточно высоки, чтобы привести к летальному исходу.

Последний раз обновлялся в сентябре 2005 г.

Гальванические элементы

и уравнение Нернста

Учебное пособие по электрохимии: гальванические элементы и уравнение Нернста >> Шаг 3: Измерение потенциалов ячейки

Шаг 3: Измерение потенциалов ячейки

На предыдущем шаге мы использовали энергию химической реакции, создав гальванический элемент для питания секундомера.В этом разделе мы рассмотрим как измерить энергию, производимую в гальваническом элементе. Используя эту информацию, мы можем понять, почему одни реакции привели в действие секундомер, а другие — нет.

Для измерения энергии, производимой в гальваническом элементе, мы будем использовать вольтметр, помещая его на пути движения электронов (на проводе). В следующем фильме мы продемонстрируем, как измерить напряжение для гальванического элемента цинк / медь, как это делается в лаборатории.

Есть два аспекта потока электронов в электрохимической ячейке, которые связаны с энергией:

    Ток: Число электронов, текущих в секунду.
    Потенциал: Энергия, связанная с каждым электроном.

Мы можем понять разницу между этими аспектами, проведя аналогии с водой. Рассмотрим очень высокий водопад, по которому течет струйка воды. Это соответствует слабому току (течет не много воды), но высокому потенциалу (каждая капля воды имеет много энергии, когда падает на землю). Чем больше разница в уровне воды вверху и внизу водопада, тем больше энергия за потоком воды.Большая река течет постепенно наклон имеет высокий ток с низким потенциалом. Ниагарский водопад обладает как высоким потенциалом, так и сильным током.

Когда мы подключаем вольтметр к электрохимической ячейке, мы измеряем только потенциал или энергию электронов.

Единица напряжения элемента, вольт (В), — это энергия на единицу заряда; 1 Вольт = 1 Джоуль / Кулон.

Разность потенциалов 1,63 В, показанная вольтметром в приведенном выше видеоролике, означает энергию 1.63 Дж на каждый кулон заряда, проходящего через электрическую цепь.

Напряжение ячейки также называется потенциалом ячейки и обозначается символом E ячейка .

Помните, как мы обсуждали выше, когда направление спонтанного потока электронов — от черного (-) вывода вольтметра к красному (+) выводу, тогда вольтметр будет показывать положительное напряжение. Отрицательное напряжение указывает на то, что спонтанное направление потока электронов — от красного (+) вывода к черному (-) выводу.

В этом следующем упражнении вы будете использовать моделирование электрохимической ячейки для измерения напряжений для реакций, указанных в таблице ниже.

Задумываюсь об амперметре и вольтметре

Амперметр — это прибор, который показывает, сколько тока проходит через него. Он рассчитан на небольшое сопротивление. Следующие две проблемы показывают, почему.

1. Предположим, что сопротивление амперметра равно $ 0.5 \ \ Omega $ подключается параллельно через резистор $ 50.0 \ \ Omega $, как показано на рисунке справа.

  1. Если система подключена к батарее $ 12 \ text {V} $, сколько тока пройдет через амперметр? (Предположим, вы можете игнорировать внутреннее сопротивление батареи.)
  2. Сколько тока пройдет через резистор $ 50 \ text {ohm} $? Этот амперметр хорошо измеряет ток в резисторе $ 50 \ text {ohm} $? Объясните, почему да или почему нет.
  3. Дает ли этот амперметр хорошее измерение того, какой ток был бы в резисторе, если бы амперметра не было?

2.Предположим, что вместо этого амперметр включен последовательно с резистором, как показано на рисунке справа.

  1. Если система подключена к батарее $ 12 \ text {V} $, сколько тока пройдет через счетчик?
  2. Сколько тока пройдет через резистор $ 50 \ Omega $? Этот амперметр хорошо измеряет ток в резисторе $ 50 \ \ Omega $? Объясните, почему да или почему нет.
  3. Дает ли этот амперметр хорошее измерение того, какой ток был бы в резисторе, если бы амперметра не было?

Вольтметр — это тоже устройство, которое показывает разность напряжений на своих выводах, но у него очень большое сопротивление.Следующие две проблемы показывают, почему.

3. Предположим, что вольтметр с сопротивлением $ 1500 \ \ Omega $ включен последовательно с резистором $ 50.0 \ \ Omega $, как показано на рисунке справа.

  1. Если система подключена к батарее $ 12 \ text {V} $, какое будет падение напряжения на вольтметре?
  2. Каким будет падение напряжения на резисторе $ 50 \ Omega $? Может ли этот вольтметр хорошо измерить падение напряжения на резисторе номиналом $ 50 \ \ Omega $? Объясните, почему да или почему нет.
  3. Дает ли этот вольтметр хорошее измерение того, каким было бы падение напряжения на резисторе, если бы вольтметра не было?

4. Предположим, что вместо этого вольтметр подключен параллельно резистору, как показано на рисунке справа.

  1. Если система подключена к батарее $ 12 \ text {V} $, какое будет падение напряжения на счетчике? (Предположим, вы можете игнорировать внутреннее сопротивление батареи.)
  2. Какое падение напряжения на резисторе $ 50 \ Omega $? Может ли этот вольтметр хорошо измерить падение напряжения на резисторе номиналом $ 50 \ \ Omega $? Объясните, почему да или почему нет.
  3. Дает ли этот вольтметр хорошее измерение напряжения на резисторе, если бы вольтметра не было?

5. Итак, если бы вы подключили амперметр или вольтметр для измерения тока через сопротивление или падения напряжения на сопротивлении соответственно, как бы вы их подключили?

Джо Рэдиш 01.05.09

Чтение и понимание вольтметра

ВОССТАНОВЛЕНИЕ АВТОМОБИЛЯ КАК

Зачем нужен вольтметр?

Когда дело доходит до работы с электрической системой вашего автомобиля, вольтметр является незаменимым инструментом.Некоторые называют их ВОМ, вольт-омметром или вольтметром. Независимо от того, как вы это называете, все они делают одно и то же. Вольтметр достойного качества может определить состояние вашей батареи, если провод сломан внутри, или если реле не работает, перегорел предохранитель (даже если он выглядит хорошо), изношен вал распределителя, генератор или генератор неисправен, розетка не заземлена или что-то не работает в этой радиосхеме. Если этого недостаточно, вольтметр может сказать вам, что не так с вашим пылесосом, тостером или микроволновой печью! Теперь вы заинтересованы? Все, что вам нужно сделать, это научиться пользоваться им…

Какой вольтметр мне подходит?

Хорошая новость: идеально подходящий вольтметр можно купить менее чем за 20 долларов. Конечно, вы можете потратить сотни на счетчики, которые являются самозащитными и имеют функции, которые вы никогда не будете использовать, но вам не нужно делать это, чтобы получить счетчик, способный делать все необходимое.

Эти счетчики слева направо представляют собой одноразовый счетчик за 6 долларов, который можно найти в хозяйственном магазине, почтенный прибор Simpson VOM 1960-х годов, который весит 3 фунта, и первоклассный цифровой счетчик Fluke, который стоит около 100 долларов.


Вам нужно принять только одно решение: цифровое или аналоговое? Откровенно говоря, не имеет значения, какой из них вы выберете, поэтому, если вам нравятся цифры, мигающие перед вашими глазами, переходите на цифровой. В противном случае многим людям гораздо легче увидеть движение стрелки аналогового измерителя, но вы должны знать, на какой шкале вы находитесь, чтобы правильно интерпретировать показания. Посмотрите фото и решайте сами. Показаны три счетчика, два аналоговых и один цифровой, подключенные к 12-вольтовой аккумуляторной батарее мотоцикла.Шкалы двух аналоговых измерителей настроены на 10 вольт, поэтому их иглы «зашиты». Цифровой измеритель точно измеряет напряжение батареи на уровне 11,77 вольт.

Все измерители показывают напряжение в режиме переменного или постоянного тока, сопротивление в нескольких шкалах и миллиамперах или тысячных долях ампера. У некоторых есть защита от перегрузки по току, приятная функция для тех, кто забывает, на какой шкале они оставили счетчик, а затем подключают щупы к линии переменного тока 110 В (незащищенные счетчики могут сгореть).

Игнорировать такие функции, как «проверка батареи», которая является не более чем 1.Шкала 5 вольт постоянного тока и «проверка предохранителя», которая является не чем иным, как показанием сопротивления. Если счетчик поставляется с ними без дополнительной платы, это не имеет большого значения, но не платите за них.

Вольтметры принимают батарейки. Причина этого в том, что шкала сопротивления требует, чтобы сам измеритель подавал небольшой ток в провод, чтобы измерить его сопротивление. В противном случае батареи не нужны для считывания напряжения или миллиампер. Всегда оставляйте прибор на шкале напряжения, чтобы предотвратить разряд батареи.

Хорошо, у меня есть собственный вольтметр, что теперь?

Нам нужно немного «освежить» основы электричества (см. Нашу серию из шести частей по автомобильным электрическим системам для более глубокого обсуждения основ электричества.) Итак, начнем …

Вам необходимо знать об амперах, вольтах и ​​сопротивлении или омах для поиска и устранения неисправностей в электрических системах. Ампер — это основная единица силы тока в электричестве. Ток или поток электронов — это то, что делает работу в цепи. Это ток, который нагревает нить накала в лампочке, протекает через схему в радиоприемнике, создает электромагнетизм в соленоиде (реле) и делает все, что мы привыкли получать от электрических устройств.

Напряжение — это «давление» электричества. То есть, ток не может течь без напряжения, которое заставляет его это делать (подумайте об этом так: если ток — это поток воды, вытекающий из сопла шланга, то напряжение будет давлением воды в трубах, которое толкает его. Через шланг.) В автомобилях, конечно же, электрическая система работает от 6 или 12 вольт постоянного или постоянного тока.

Сопротивление (Ом) — это любое значение в цепи, которое препятствует прохождению тока. Все цепи имеют сопротивление, потому что именно так электричество работает на нас.Взять, к примеру, фару. При подключении источника 12 В к клеммам фары она загорается. Причина в том, что нить накала в лампе имеет расчетное сопротивление. Это сопротивление требует прохождения сильного тока (относительно проводов, прикрепленных к клеммам), нагревая нить накала до тех пор, пока она не станет раскаленной. 100-ваттная фара потребляет чуть более 8 ампер тока. Подождите минуту! Откуда появился Уоттс?

Рад, что вы спросили.Ватт — это произведение ампер на вольт (W = A x V). Это единица измерения электрической мощности, и мы используем формулу для расчета силы тока. Добавляя сопротивление к смеси, мы получаем формулу: Вольт = Ампер x Сопротивление. Поскольку мы знаем ток в приведенном выше примере, мы можем подставить значения в формулу, чтобы найти сопротивление нити накала фары: 12 = 8 x R или R = 1,5 Ом.

Почему мы это сделали? Потому что большинство счетчиков не могут считывать ампер. Они могут читать миллиампер — тысячные доли ампер — но не настоящий Маккой.Для этого требуются прочные и надежные измерители, называемые амперметрами, но они вам не понадобятся, если вы знаете основы.

Еще одна вещь …

Электричество бесполезно, если у него нет цепи. То есть электричество должно течь от источника питания (аккумулятор + клемма, в случае большинства автомобилей) через любые переключатели и реле, через устройство, которое работает (например, лампу), а затем на землю (отрицательная клемма аккумуляторной батареи или металлического шасси автомобиля, так как он заземлен непосредственно на отрицательную клемму аккумулятора.) Посмотрите еще раз на первое фото. Фактически, все три измерителя замыкают цепь, которая идет от положительного полюса батареи через сам измеритель и обратно к отрицательному полюсу батареи.

Это означает, что электроны движутся по замкнутому контуру (пути). Если какой-либо элемент в цепи отключен, подвергся коррозии или иным образом «разорван» цепь, электричество не будет течь, и устройство не будет работать. Следовательно, простое измерение напряжения батареи не означает, что цепь исправна. Вы должны измерить напряжение в каждой точке цепи!

На фото ниже представлена ​​простая схема.Плюс аккумуляторной батареи подключен к одной клемме этой фары. Ток течет через нить накаливания к другой клемме и обратно к отрицательной клемме аккумулятора.

Примечание. В системах с положительным заземлением электрический ток идет от отрицательной клеммы аккумуляторной батареи через устройства и обратно к положительной клемме. В любом случае у вас есть полная схема.

Вот простая электрическая схема.


Давайте проведем измерения и устраним неисправности

Все счетчики имеют красно-черный провод.Это «измерительные провода», они окрашены для использования в цепях постоянного тока, чтобы сохранялась правильная полярность (направление тока) и позволяла считывать показания счетчика правильно (измерения переменного тока не заботятся о том, какие цветные провода используются. ) Поскольку считается, что большая часть постоянного тока течет от положительного к отрицательному, красные измерительные провода всегда подключаются к положительному источнику напряжения, а черные — к отрицательному. Обратите внимание на фото, что красный провод измерителя находится на плюсе аккумулятора, а черный — на клемме переключателя.

На фото ниже показана схема, состоящая из плюса аккумулятора, подключенного к переключателю, затем к выводу фонаря, а затем от другого вывода к минусу аккумулятора. Измеритель измеряет напряжение аккумуляторной батареи до клеммы переключателя, но поскольку переключатель находится в выключенном положении, свет не горит.



Когда переключатель в цепи включен, светится. Черный провод измерителя был перемещен к выходной клемме переключателя, показывая, что ток течет через сам переключатель.Обратите внимание, что напряжение упало до 10,8, что указывает на то, что батарея разряжается во время подачи питания на лампу. На фото ниже показана схема с переключателем в положении «включено».



Мы могли бы использовать измеритель для поиска и устранения неисправностей в любом месте цепи путем измерения напряжения на каждом компоненте и на выходе из него. Когда измерение напряжения прекращается, мы знаем, что ток не протекает.

Измеритель может помочь вам понять, что не так с вашей электрической системой, разными способами.Вот один из них:
Предположим, ваш двигатель не запускается. Фары и аксессуары работают, но стартер не крутится. Все, что он делает, — это щелчок. Вы не уверены, в порядке ли батарея или неисправен кабель батареи. Наденьте измерительные провода на аккумулятор и измерьте напряжение (вероятно, близкое к 12 В). Затем попросите кого-нибудь попытаться запустить двигатель. Если напряжение падает примерно до 7,8 или 9 вольт, аккумулятор достаточно разряжен, настолько, что он не может выработать достаточный ток для запуска стартера.Если напряжение остается высоким, ваш аккумуляторный кабель (-и) может быть корродирован или сломан, неисправен соленоид стартера или сам двигатель. Видите, как легко это сделать, когда вы привыкнете пользоваться глюкометром?

Непрерывность

Предположим, однако, что провод проходит через области, которые мы не видим, или фара наверху не светится? Есть ли способ проверить, будет ли электричество вообще течь? Есть ли способ измерить без включения питания? Да, есть!

Это называется непрерывностью, и мы используем шкалы сопротивления в измерителе, чтобы использовать это.Взгляните на наш цифровой измеритель. Мы установили кнопку вверху на DC, а кнопку внизу на OHMS или сопротивление. Кнопки посередине предназначены для установки определенных диапазонов напряжения, сопротивления и т. Д., Но для наших целей это не имеет значения. Все, что мы хотим знать, это то, есть ли у нас путь для прохождения тока.



Это работает так, что батарея внутри измерителя подает небольшое напряжение на измерительные провода. Когда они не соприкасаются концами, измерение сопротивления — «бесконечность», показанная на этой фотографии как «1» с бесконечным количеством нулей рядом с ней (производитель измерителя предпочитает просто отображать пробелы и десятичную точку.) На фото слева показан счетчик, установленный на шкале сопротивления, счетчик показывает бесконечность

.

Если бы мы соприкасались концами измерительных проводов вместе, мы бы замкнули цепь, не так ли? В конце концов, батарея внутри измерителя будет обеспечивать прохождение тока от положительного конца через красный провод, а затем обратно через черный провод к отрицательному полюсу. Поскольку провода представляют собой относительно толстые провода и в цепи нет устройства, использующего ток, показание сопротивления будет приближаться к нулю.Нулевое сопротивление означает, что у нас есть непрерывность.

На следующей фотографии мы подключили провода измерителя как к входу, так и к выходу переключателя, а затем включили переключатель. Поскольку теперь цепь замкнута, у нас нулевое сопротивление или целостность.
Ниже мы легко можем видеть, что переключатель находится в положении «включено». Если бы он был выключен, мы бы прочитали бесконечность.



Вот как мы можем проследить провода от одной точки к другой, убедиться, что провод не сломан изнутри, проверить нити в лампах (если нить накала фары сгорела, и мы подключим провода измерителя к задним клеммам, которые у нас будут читать бесконечность) и производить измерения всех видов.

Предположим, вы хотите узнать, является ли красный провод под приборной панелью тем, который идет к реле звукового сигнала под капотом. Используя настройку сопротивления, вы можете подключить один измерительный провод к одному концу провода, а другой провод (конечно, используйте запасной кусок провода для увеличения досягаемости) к концу в моторном отсеке. Если сопротивление равно нулю или близко к нулю, вы наверняка обнаружили, что это тот же провод.

Практика, Практика

Выйди и купи себе метр. Выбирайте из множества стилей и цен, но не тратьте более 20 долларов, если счетчик не является «самозащищенным» от неправильного подключения.Затем потратьте день, играя с ним, и привыкните к прослеживанию простых схем, переходя к более сложным. Когда вы привыкнете к тому, что может сделать для вас счетчик, вы удивитесь, почему вы так долго его не покупали!

data-matched-content-ui-type = «image_card_stacked» data-matched-content-rows-num = «3» data-matched-content-columns-num = «1» data-ad-format = «autorelaxed»>

Вольтметр в виде ячейки

Напряжение / разность потенциалов

Электричество и магнетизм

Вольтметр в виде ячейки

Практическая деятельность для 14-16

Класс эксперимент

Вольтметр, измеряя напряжение на нескольких 1.5 ячеек В последовательно, можно сосчитать ячеек.

Аппараты и материалы

Для каждой студенческой группы:

  • Ячейки, 1,5 В, 3
  • Лампа с патронами, 3 шт. (Например, 1,25 В, 0,5 А)
  • Выводы, 4 мм, 9
  • Вольтметр, от 0 до 5 В, постоянный ток
  • Амперметр, от 0 до 1 А, постоянный ток

Примечания по технике безопасности и охране труда

Прочтите наше стандартное руководство по охране труда

Процедура

  1. Создайте цепь из трех ячеек и трех последовательно включенных ламп, как показано на схеме.
  2. Включить лампы.
  3. Присоедините к вольтметру два длинных гибких провода.
  4. Подключите провода вольтметра к одной ячейке, затем к двум ячейкам, затем к трем. Каждый раз записывайте показания вольтметра.
  5. Сколько ячеек необходимо, чтобы полностью зажечь одну лампу?
  6. Сколько ячеек, чтобы полностью зажечь две лампы? Три лампы полностью?
  7. Что вам говорит вольтметр? Что это значит?
  8. Вольтметр подключен последовательно с лампами или параллельно?
  9. Что считает амперметр?
  10. Подсоедините провода вольтметра к одной лампе, двум лампам и трем лампам.

Учебные заметки

  • Учащиеся подключают вольтметр к каждой ячейке и таким образом измеряют энергию на кулон, передаваемую каждой ячейкой в ​​цепь.
  • Затем они подключают вольтметр ко всем трем ячейкам и показывают, что общая разность потенциалов в трех ячейках в три раза больше, чем в одной ячейке. Суммируются разности потенциалов и энергия, передаваемая за кулон. Вольтметр — это счетчик ячеек.
  • В части 10 ученики подключают вольтметр по очереди к каждой из ламп, а затем ко всем трем лампам.Это показывает, что энергия на кулон, передаваемая от клеток, равна энергии, приходящейся на кулон, передаваемой от ламп в окружающую среду.
  • Это свидетельство сохранения энергии.

Этот эксперимент прошел испытания на безопасность в октябре 2006 г.

Что означает отрицательное значение на вольтметре? — Мворганизация.org

Что означает отрицательное показание вольтметра?

Если их переключить, будет отрицательное напряжение. Если полюса вашего вольтметра подключены правильно, существует вероятность того, что в батарее возникло явление, называемое «изменением полярности». Это редкое явление, которое может произойти в конце разряда с 2 или более батареями, включенными последовательно.

Есть ли у вольтметра положительные и отрицательные выводы?

Вольтметр имеет положительную и отрицательную клеммы.Положительный входной терминал обычно красный, а отрицательный — черный.

Какая сторона вольтметра положительная?

красный

Следует ли подключать вольтметр непосредственно к клеммам аккумулятора?

Для измерения напряжения (разности потенциалов) вольтметр должен быть подключен параллельно к компоненту, напряжение которого вы хотите измерить. Например, если мы подключим вольтметр к клеммам полностью заряженного автомобильного аккумулятора, он покажет 12.6 вольт.

Какая клемма вольтметра подключена к плюсовой клемме аккумуляторной батареи?

В случае вольтметров положительный вывод должен быть подключен к линии более высокого напряжения и наоборот. Причина в конструкции этих самых инструментов, детали которых вы легко можете погуглить.

Как подключить вольтметр к батарее?

Как подключить датчик напряжения к батарее?

  1. Шаг 1. Определите местоположение вольтметра.
  2. Шаг 2 — Присоедините вольтметр.
  3. Шаг 3 — Подключите провод к вольтметру.
  4. Шаг 4 — Найдите жгут проводов.
  5. Шаг 5 — Подключите заземление.
  6. Шаг 6 — Подключите положительный провод.
  7. Шаг 7 — Проверить соединения.

Разрядит ли вольтметр аккумулятор?

Если у вас вольтметр типа «подвижная игла», он не разряжает вашу батарею даже после длительного отпуска. Если на вашем счетчике есть ЖК-дисплей, значит, внутри устройства нужно запитать электронику — все равно не более чем система сигнализации.

Куда вы подключаете вольтметр?

Найдите место для установки вольтметра; под панелью обычно работает. Закрепите вольтметр прилагаемыми винтами. На тыльной стороне вольтметра есть два контакта — одно положительное, а другое отрицательное. Внимательно обратите внимание на то, что есть что.

Что должна показывать полностью заряженная 12-вольтовая батарея?

около 12,9 вольт

При каком напряжении аккумулятор на 12 В считается разряженным?

12,0 В

Как узнать, разрядился ли мой аккумулятор на 12 В?

Исправная 12-вольтовая аккумуляторная батарея мотоцикла должна поддерживать диапазон от 9 до 9.5 — 10,5 вольт под нагрузкой в ​​течение хороших 30 секунд подряд. Если аккумулятор начинает держаться, а затем стабильно падает напряжение, проблема. Если напряжение мгновенно упадет до 0 вольт, это тоже проблема.

Какое напряжение должен показывать автомобильный аккумулятор?

12,8 В

Как проверить напряжение на аккумуляторе без мультиметра?

Если у вас нет мультиметра, чтобы определить напряжение аккумулятора, вы можете проверить свою электрическую систему, запустив автомобиль и включив фары.Если они тусклые, это означает, что световые индикаторы отключены от аккумулятора и что генератор переменного тока производит небольшой заряд или совсем не заряжает его.

Какую настройку вы используете на мультиметре для проверки автомобильного аккумулятора?

20 вольт

Как проверить мощность мультиметром?

Установите мультиметр для измерения напряжения. Вставьте пробник в каждый слот и снимите показания напряжения в сети. Правильно работающая розетка дает показания от 110 до 120 вольт. Если нет чтения, проверьте проводку и розетку.

Убьет ли вас прикосновение к токоведущему проводу?

Электрический провод под напряжением всегда находит путь для замыкания цепи. Человеческое тело также является хорошим проводником, поэтому, если вы одновременно коснетесь электрической цепи или провода под напряжением и земли, вы станете самым легким путем для электричества. Через вас будет протекать электричество, и вы можете серьезно пострадать или погибнуть.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.