Измерения неизменного тока и напряжения выполняются при помощи устройств магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической систем, напряжение измеряется также электростатическими и электронными вольтметрами. Не считая этого, для более четких измерений применяются компенсаторы неизменного тока.
Магнитоэлектрические измерительные механизмы конкретно являются микро- и миллиамперметрами либо милливольтметрами, а в купе с шунтами и дополнительными сопротивлениями – соответственно амперметрами и вольтметрами.
Для измерения и обнаружения малых токов (10 -11 — 10 -5 А) и напряжений (наименьших 10 -4 В) используют гальванометры – высокочувствительные измерительные механизмы обычно магнитоэлектрической системы. В отличие от устройств, шкалы которых градуируются в измеряемых величинах, гальванометры имеют неименованную шкалу, стоимость деления которой указывается в паспортных данных устройства либо определяется экспериментально.
Измерение неизменных токов и напряжений можно создавать при помощи амперметров и вольтметров электромагнитной и электродинамических систем. Они используются в главном для измерений в цепях переменного тока.
Электростатические измерительные механизмы являются электростатическими вольтметрами, так как они могут конкретно определять напряжение. Спектр измеряемых ими напряжений находится в границах от 10-ка вольт до сотен киловольт. Для измерения напряжений до 3 кВ применяют измерительные механизмы с изменяющейся активностью поверхности электродов. Изготавливают вольтметры однопредельными и многопредельными, переносными (до 30 кВ) и стационарными (для измерения больших напряжений, выше 30 кВ).
Класс точности современных электростатических вольтметров добивается 0,1 и даже 0,05 (С-71), но в большинстве случаев изготавливают приборы классов 1,5; 2 и 2.5. Для уменьшения воздействия наружных электростатических полей используют электростатическое экранирование . Пределы измерений расширяют при помощи резисторных делителей напряжения.
Основными плюсами электростатических вольтметров являются: очень маленькое собственное потребление мощности (огромное входное сопротивление, 10 10 Ом), способность определять неизменные и переменные напряжения, возможность конкретно определять огромные напряжения. К недочетам относятся малая чувствительность и неравномерность шкалы.
Измерение неизменных напряжений от толикой вольта до нескольких киловольт может осуществляться при помощи электронных вольтметров, которые содержат измерительный механизм и ламповый либо транзисторный усилитель неизменного тока. Существует несколько разновидностей электронных вольтметров неизменного тока, но они все характеризуются структурной схемой, показанной на рисунке 6.1 рис. 6.1.
Рис. 6.1. Структурная схема электронного вольтметра неизменного напряжения: а) со стрелочным отсчетом; б) с цифровым отсчетом
Входное устройство (делитель напряжения), на которое подается напряжение UX , позволяет изменять пределы измерения и обеспечивает высочайшее входное сопротивление устройства.
В качестве измерительного механизма применяют обычно магнитоэлектрический микроамперметр с пределами измерения 50 500 мкА.
Усилители неизменного тока предназначаются для увеличения чувствительности устройства, роста мощности измеряемого сигнала до уровня, при котором обеспечивается требуемое отклонение указателя измерительного механизма. Усилители имеют высочайшее входное и маленькое выходное сопротивление. Это обеспечивает согласование входного сопротивления вольтметра (10 — 20 МОм) с малым внутренним сопротивлением микроамперметра. Более нередко усилители производятся в виде мостовых схем с оборотной связью.
Электронные вольтметры со стрелочным отсчетом имеют следующие особенности: огромное входное сопротивление и, поэтому, маленькое потребление мощности от объекта измерения; высшую чувствительность при большенном спектре измерения; способность выдерживать перегрузки; сравнимо маленькую скорость измерений (из-за инерционности магнитоэлектрического измерительного механизма); необходимость питания (от сети либо батареи); огромные погрешности (основная приведенная погрешность 2 — 3 %).
В текущее время, естественно, большее распространение получили цифровые вольтметры – приборы с цифровым отсчетным устройством и аналого-цифровым преобразователем, в каком напряжение (либо другие физические величины; частота, сдвиг фаз и т.д.) автоматом преобразуются в цифровой код. Такие приборы имеют ряд преимуществ перед стрелочными: владеют широким спектром измеряемых напряжений (от 1 мВ до 1000 В), быстродействием, позволяют проводить измерения с малыми погрешностями (0,01 — 0,005), так как принцип деяния большинства устройств основан на способе сопоставления, а цифровой отсчет исключает погрешность считывания. Цифровые вольтметры позволяют также вводить данные измерений конкретно в вычислительные машины, что позволяет в предстоящем обрабатывать приобретенные данные более оперативно.
К недочетам можно отнести сложность устройства, наименьшую надежность и высшую цена .
Есть разные принципы построения цифровых вольтметров неизменного тока:
- По типу применяемых частей в схемах они делятся на:
- электромеханические;
- электронные;
- комбинированные.
- пространственным кодировкой;
- промежным преобразованием (в интервал времени, частоту, фазу и т.д.);
- уравновешенным примерным напряжением (более четкие).
Обобщенная структурная схема электронного цифрового вольтметра представлена на рисунке 6.2 рис. 6.2.
Рис. 6.2. Обобщенная структура схема электронного цифрового вольтметра
Входное устройство представляет собой высокоомное сопротивление (порядка 10 МОм) либо катодный (эмиттерный) повторитель с калиброванным делителем .
Сравнивающее устройство (нуль-орган) служит для сопоставления измеряемого и примерного напряжения.
Управляющие устройства состоят из генератора импульсов, задающего циклы измерения и управляющего работой логических схем.
Преобразователь напряжения в код делает примерное напряжение UОБР , которое подается в сравнивающее устройство.
Электронный ключ представляет собой устройство, которое включает либо переключает выходное напряжение под действием 1-го либо нескольких входных напряжений, именуемых управляющими.
Электронные счетчики производят отсчет измеряемого напряжения в цифровом коде (обычно в двоичной системе).
Вольтметр. Измерение напряжения
Для свойства электрического тока в цепи у нас есть уже две физические величины: сила тока ($I$) и напряжение ($U$).
Для измерения силы тока мы используем амперметр. Означает, существует устройство и для измерения электрического напряжения.
Как именуют устройство для измерения напряжения? Он именуется вольтметром.
В данном уроке мы разглядим его использование, правила подключения в электрическую цепь и другие его свойства.Вольтметр
Вольтметр — это устройство для измерения напряжения на полюсах источника тока либо на каком-либо другом участке цепи.
Вольтметры по внешнему облику очень похожи на амперметры. Как их различать тогда? Если на шкале амперметра стоит буковка $A$, то на шкале вольтметра будет непременно стоять буковка $V$.
Вольтметры бывают различных видов. Это находится в зависимости от их предназначения. Вы в большинстве случаев будете встречать либо демо вольтметр (набросок 1, а) либо лабораторный (набросок 1, б).
Как можно додуматься из заглавий устройств, демо вольтметр применяется для демонстрации опытов, а лабораторный вы будете применять при выполнении лабораторных работ.
Набросок 1. Виды вольтметров
На шкале каждого вольтметра есть высшее (наибольшее) значение напряжения, которое он способен измерить. Превышение этого предела может привести к выходу устройства из строя.
Вольтметр в электрической цепи
Вольтметр подключают в электрическую цепь на определенный ее участок, на котором нужно измерить напряжение.
Направьте внимание на то, что если амперметр, последовательно присоединенный в электрическую цепь, будет демонстрировать однообразное значение силы тока на всех участках цепи, то с вольтметром у нас совсем другая история. Он предназначен для измерения напряжения на определенном участке цепи.
Для обозначения на схемах электрических цепей у вольтметра имеется свой условный символ (набросок 2). Смотрится он, как кружок с буковкой $V$ в центре.
Набросок 2. Условный символ для обозначения вольтметра на схеме электрической цепи
Правила подключения вольтметра в электрическую цепь
- Зажимы вольтметра необходимо подсоединять к тем точкам цепи, между которыми нужно измерить напряжение. Такое подключение именуется параллельным (набросок 3).
Набросок 3. Параллельное подключение вольтметра в цепь
Подробнее об особенностях параллельного подключения устройств вы узнаете в следующих уроках.
- У 1-го из зажимов вольтметра стоит символ “+”. Провод, присоединенный к этому зажиму, нужно соединять с проводом, идущим от положительного полюса источника тока (набросок 4). Если подключить устройство некорректно, то стрелка вольтметра просто начнет отклоняться в другую сторону.
Набросок 4. Соблюдение полярности при подключении вольтметра в цепь
Измерение напряжения вольтметром в электроприёмнике
Используя вышеприведенные правила, давайте попробуем на практическом опыте измерить напряжение.
Допустим, его нужно измерить на электрической лампе. Соберем электрическую цепь, состоящую из ключа, электрической лампы, источника тока. Подключим последовательно в эту цепь амперметр. Вольтметр подсоединяем параллельно к зажимам лампы (набросок 5).
Набросок 5. Измерение напряжения электрической лампы
Схема таковой электрической цепи будет смотреться следующим образом (набросок 6).
Набросок 6. Схема электрической цепи при измерении напряжения электрической лампы
Направьте внимание, что амперметром тут мы измеряем силу тока в электрической лампе. Вольтметром мы измеряем ее напряжение.
Амперметр подключается последовательно, а вольтметр — параллельно.
А какой должна быть сила тока, проходящего через вольтметр, по сопоставлению с силой тока в цепи? Отличается ли она от силы тока во всей цепи?
Да, отличается. Вольтметр устроен таким макаром, что сила тока, проходящего через него, очень мала по сопоставлению с силой тока в самой электрической цепи. Это позволяет исключить изменение напряжения между теми точками, к которым подсоединен вольтметр. Это и содействует получению более четких значений напряжения.
Измерение напряжения вольтметром на полюсах источника тока
Как при помощи вольтметра измерить напряжение на полюсах источника тока?
Дабы выяснить напряжение на полюсах источника тока, мы можем подключить вольтметр конкретно к нему (набросок 7). Не запамятовывайте соблюдать полярность при подключении! Амперметр же включать в схожую цепь нельзя.
Набросок 7. Измерение вольтметром напряжения на полюсах источника тока
Это любопытно: вольтамперметр
Упражнение №1
Разглядите шкалу вольтметра (набросок 1, а). Обусловьте стоимость деления. Перечертите в тетрадь его шкалу и нарисуйте положение стрелки при напряжении $4.5 \space В$; $7.5 \space В$; $10.5 \space В$.
Определим стоимость деления такового вольтметра. Возьмем значения 0 и 3. От 0 до 3 у нас всего два деления. Выходит, что $\frac = 1.5 \space В$.
Стоимость деления этого вольтметра равна $1.5 \space В$.На рисунке 8 изображены показания этого вольтметра при:
$U_1 = 4.5 \space В$ (набросок 8, а);
$U_2 = 7.5 \space В$ (набросок 8, б);
$U_3 = 10.5 \space В$ (набросок 8, в).Набросок 8. Разные показания вольтметра
Упражнение №2
Обусловьте стоимость деления шкалы вольтметра, изображённого на рисунке 5. Какое напряжение он указывает?
Шкала вольтметра на рисунке 5 схожа шкале вольтметра на рисунке 1, а. Ее стоимость деления мы уже обусловили в прошлом упражнении. Стоимость деления этого вольтметра равна $1.5 \space В$.
На рисунке 5 вольтметр указывает значение напряжения, равное $1.5 \space В$.
Упражнение №3
Начертите схему цепи, состоящей из аккума, лампы, ключа, амперметра и вольтметра, для варианта, когда вольтметром определяют напряжение на полюсах источника тока.
Схема таковой цепи изображена на рисунке 9. Направьте внимание, что амперметр подключен в цепь последовательно, а вольтметр — параллельно.
Видео: Лабораторная работа «Измерение работы электрического тока»
