Как включается в измерительную цепь амперметр: Как амперметр включается в цепь: последовательно или паралельно

Как амперметр включается в цепь: последовательно или паралельно

Знать силу тока, проходящую через определенный участок цепи довольно важно. Это помогает рассчитать сечение кабеля и избежать перегрева токопроводящих жил. Эта статья поможет начинающим электрикам разобраться в нюансах работы и подключения измерительного прибора. Но сначала вспомним немного азов из школьной программы.

Как известно, амперметром называется измерительный прибор, позволяющий определить силу постоянного и переменного тока в электрической цепи. В зависимости от планируемой сферы применения, шкалу измерительного устройства градуируют в амперах, микро- или миллиамперах. Для измерений больших величин используется прибор, шкала которого разделена на килоамперы.

Схема и особенности подключения

Чтобы точно произвести замеры и не вывести прибор из строя, его нужно правильно включить в электрическую цепь. Амперметр подключается последовательно к участку сети, на котором нужно произвести замеры. Для единичного измерения используют щупы, а для постоянного снятия показаний устройство подключается при помощи зажимов.

 

Важно! Обязательно нужно соблюдать полярность подключения! К фазному проводу подключается положительный щуп, а к нулевому выводу – отрицательный щуп.

 

Особенностью амперметра является возможность повысить предел его измерений. Для этого измерительный прибор включается в сеть при помощи таких дополнительных устройств:

• Для замеров постоянного тока требуется дополнительно подключить магнитный усилитель;
• При замерах переменного значения в цепь дополнительно включается трансформатор;
• Подключение через шунт. Этот способ считается универсальным и подходит для измерений не только переменного, но и постоянного тока.

Именно поэтому чаще всего используется этот вид подключения. Рассмотрим подробнее, что это такое.

Устройство и подключение шунта

Для подключения амперметра используют стандартный шунт, представляющий собой медную пластину, закрепленную на изоляторе из карболита. На медной пластине с каждой стороны имеется по два винта: потенциальные и токовые зажимы. В комплекте идут заводские изделия, имеющие установленное сопротивление и рассчитанные на определенную силу тока. Чтобы правильно включить шунт в цепь измерения, придерживайтесь следующего алгоритма:

• Выбирать изделие следует с большими показателями предполагаемых значений. Например, если предполагаемая сила тока в проверяемой линии составляет 12–15 A, выбирается изделие, позволяющее проводить замеры до 20 A;
• Далее подключаются измерительные провода от амперметра к потенциальным зажимам на медной планке;
• Измеряемая линия обесточивается;
• Затем отсоедините питающие провода от устройства, на котором нужно проверить потребляемое значение;
• Шунт включается в разрыв электрической линии: отсоединенные провода подключаются к токовым зажимам.

[ads-pc-1][ads-mob-1]
Теперь включается питание, и снимаются показания с амперметра. После этого линия опять обесточивается, измеряющее устройство отключается, а соединения восстанавливаются.

 

Обратите внимание! Полученные показания умножаются на коэффициент, который указывается на изоляционной пластине шунта. Если этот коэффициент не указан, можно самостоятельно рассчитать цену деления прибора. Для этого максимальное значение шкалы умножается на расчетные показатели дополнительной пластины.

 

Особенности расчета

Если стандартные шунты с заводскими обозначениями отсутствуют, эти значения можно рассчитать самостоятельно, если вместо сопротивления использовать промышленные резисторы. В этом случае поступают следующим образом:

1. Чтобы расширить диапазон шкалы измерений, параллельно к устройству подсоединяется резистор, через который проходит основная часть тока. При этом через измеряющее устройство проходит незначительная часть, достаточная для замеров;
2. Следующим шагом определяется максимальное значение тока. Для этого вольтметром, соблюдая полярность, измеряется напряжение на источнике питания. Также определяется общее сопротивление цепи, на которое делится величина напряжения;
3. Теперь нужно узнать сопротивление обмотки амперметра. Эта величина указывается в паспорте к прибору или измеряется самостоятельно;
4. Остается рассчитать требуемое сопротивление резистора, используемого в качестве шунта. Для этого максимальный ток умножается на общее сопротивление линии, а полученное значение делится на номинальное напряжение источника питания.

Теперь вы знаете не только как пользоваться амперметром, но и как правильно его подключить в электрическую цепь. Надеемся, что этот материал помог вам выйти из ситуации, когда шкалы измерения прибора не хватает для точных замеров. Мы разобрались, что для этого нужно подключить стандартный шунт или рассчитать его самостоятельно.

Как включается амперметр в электрическую цепь

Амперме́тр (от ампер + μετρέω «измеряю») — прибор для измерения силы тока в амперах. Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора.

В электрическую цепь амперметр включается последовательно [1] с тем участком электрической цепи, силу тока в котором измеряют. Поэтому, чем ниже внутреннее сопротивление амперметра (в идеале — 0), тем меньше будет влияние прибора на исследуемый объект, и тем выше будет точность измерения [2] . Для увеличения предела измерений амперметр снабжается шунтом (для цепей постоянного и переменного тока), трансформатором тока (только для цепей переменного тока) или магнитным усилителем (для цепей постоянного тока). Очень опасно пытаться использовать амперметр в качестве вольтметра (подключать его непосредственно к источнику питания): это приведёт к короткому замыканию!

Бесконтактное устройство из токоизмерительной головки и трансформатора тока специальной конструкции называется токоизмерительные клещи (на фото).

Содержание

Общая характеристика [ править | править код ]

По конструкции амперметры делятся:

• со стрелочной измерительной головкой без электронных схем;
• со стрелочной измерительной головкой с использованием электронных схем;
• с цифровым индикатором.

Приборы со стрелочной головкой [ править | править код ]

Наиболее распространены амперметры, в которых движущаяся часть прибора со стрелкой поворачивается на угол крена, пропорциональный величине измеряемого тока.

Амперметры бывают магнитоэлектрическими, электромагнитными, электродинамическими, тепловыми, индукционными, детекторными, термоэлектрическими и фотоэлектрическими.

Магнитоэлектрическими амперметрами измеряют силу постоянного тока; индукционными и детекторными — силу переменного тока; амперметры других систем измеряют силу любого тока. Самыми точными и чувствительными являются магнитоэлектрические и электродинамические амперметры.

Приборы со стрелочной головкой могут снабжаться дополнительными электронными схемами для усиления сигнала, подаваемого на головку (для измерения токов, существенно меньших чем ток полного отклонения головки, который для большинства магнитоэлектрических приборов составляет 50 мкА и более), защиты головки от перегруза и прочее.

Приборы с цифровым индикатором [ править | править код ]

В последнее время приборы со стрелочной измерительной головкой стали вытесняться приборами с цифровым индикатором на основе жидких кристаллов и светодиодов.

Принцип действия стрелочной измерительной головки [ править | править код ]

Принцип действия самых распространённых в амперметрах систем измерения:

• В магнитоэлектрической системе прибора крутящий момент стрелки создаётся благодаря взаимодействию между полем постоянного магнита и током, который проходит через обмотку рамки (вращающий момент). С рамкой соединена стрелка, которая перемещается по шкале. Угол поворота стрелки прямо пропорционален силе тока, поэтому шкала магнитоэлектрического прибора линейна. Направление поворота стрелки зависит от направления протекающего через рамку тока, поэтому магнитоэлектрические амперметры непригодны для непосредственного измерения силы переменного тока (стрелка будет дрожать возле нулевого значения), и требуют правильной полярности подключения в цепи постоянного тока (иначе стрелка будет отклоняться левее нуля).

• В электромагнитной системе прибора вращающий момент стрелки создаётся между катушкой и подвижным ферромагнитным сердечником, к которому прикрепляется указательная стрелка.

• В электродинамической системе измерительная головка состоит из неподвижной и подвижной катушек, соединённых параллельно или последовательно. Взаимодействие между токами, которые проходят через катушки, вызывает отклонения подвижной катушки и соединённой с нею стрелки.

Во всех вышеуказанных системах угол поворота стрелки устанавливается при равенстве вращающего момента и момента сопротивления пружины.

Включение амперметра в электрическую цепь [ править | править код ]

В электрической цепи амперметр соединяется последовательно с нагрузкой, а при больших токах — через трансформатор тока, магнитный усилитель или шунт. Для измерения токов может также применяться милливольтметр и калиброванный шунт (первичные токи шунтов могут быть выбраны из стандартного ряда, вторичное напряжение стандартизировано – чаще всего 75 мВ).

При высоких напряжениях (выше 1000В) – в цепях переменного тока для гальванической развязки амперметров также применяют трансформаторы тока, а цепях постоянного тока – магнитные усилители.

Всем нам известно, что амперметр – это прибор для измерения тока, который измеряется в Амперах. Меряет амперы – значит, амперметр.

Но, для того, чтобы замерить ток, необходимо амперметр правильно подключить в цепь. Будь то цепь постоянного или переменного тока. Ведь неправильное включение прибора может привести к выходу его из строя.

Амперметр подключается к электрической цепи последовательно

То есть у нас есть провод, по нему течет электрический ток от источника этого самого тока к потребителю, которым может выступать электрический прибор.

Чтобы измерить ток амперметром, нам необходимо обесточить (отключить) источник питания. Затем необходимо разорвать цепь – в прямом и переносном смысле. Грубо говоря, разрезать провод.

Теперь у нас получится два провода. Берем амперметр, подключаем к прибору две половины разрезанного провода. Нужно учесть тот факт, что ток, протекающий в цепи должен быть меньше максимально измеряемого тока прибора. Максимально измеряемый ток прибора должен быть написан на самом приборе или в документации к нему.

Максимальный ток в цепи можно рассчитать, зная напряжение, нагрузку и сечение провода. Провода должны быть изолированы (покрыты изоляцией), а на концах зачищены.

После того, как провода подключены и надежно закреплены в амперметре, можно включать питание и прибор покажет величину тока в цепи, который и пройдет через амперметр.

Но так никто не делает, потому что разрезанные провода до добра не доводят.

У амперметра малое внутреннее сопротивление, это сделано для того, чтобы оно минимально влияло на величину измеряемого тока. При подключении амперметра в цепь переменного тока не имеет значения, куда подключать прибор.

При подключении амперметра в цепь постоянного тока, если стрелка будет отклоняться в другую сторону, или же будет показывать ноль – следует поменять полярность, поменять провода местами.

Подключение амперметра через шунт

Если ток в цепи окажется больше, чем ток прибора, то можно рассчитать и использовать шунт для измерения тока большей величины. В этом случае цепь разделится на две ветви. У одной будет малое сопротивление амперметра, а у второй большое сопротивление подобранного шунта. Большой ток разделится пропорционально сопротивлениям и по амперметру пройдет малый ток, по шунту – большой. (Более подробно об этом явлении).

Измерение тока амперметром через трансформатор тока или клещи

Бывают случаи, когда надо замерить ток в кабеле, на шине… изолированной шине. Шина – это медная полоса определенного сечения, по которой протекает ток, не автомобильное колесо…

Разрезать кабель или шину бывает накладно, да и бессмысленно. В этом случае можно воспользоваться измерительными клещами или трансформатором тока.

Трансформатор тока имеет две обмотки – высшую и низшую, которые не связаны между собой. Ток приходит на высшую, затем создается ЭДС (более подробно про принцип действия ТТ) и во вторичной обмотке протекает ток, пропорциональный числу витков обмоток. Так вот, если есть необходимость замерить ток, то на кабель вешают «бублик», он же – ТТ. А уже к трансформатору тока присоединяют амперметр. Тут главное правильно быть проинструктированным и не наделать дел. Получается мы снимаем ток амперметром со вторичной обмотки, преобразованный в меньшую сторону и безопасный для измерения и амперметра.

Такой же принцип используется и в измерительных клещах, только и амперметр и ТТ находятся в одном корпусе. Да и плюс ко всему первичная обмотка клещей размыкается одним нажатием кнопки на корпусе и потом замыкается.

Эти два описанных решения гораздо удобнее, чем разрезать провод и садить к амперметру. Главное следить за диапазонами измеряемых приборами и протекаемых в электрических цепях токов.

Мультиметры позволяют измерять постоянный ток до 10 Ампер. Но их часто палят, так как неправильно подключают концы на прибор, не учитывают величину тока в проводах… Но это в основном молодые люди. Часто для «починки» такой неисправности необходимо просто заменить предохранитель в приборе.

Ну, и в конце хотелось бы еще раз повторить основную мысль всего повествования:

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Постоянный ток не меняет направления во времени. Примером может служить батарейка в фонарике или радиоприемнике, аккумулятор в автомобиле. Мы всегда знаем, где положительная клейма источника питания, а где отрицательная.

Переменный ток — это ток, который с определенной периодичностью меняет направление движения. Такой ток протекает в нашей розетке, когда мы к ней подключаем нагрузку. Тут нет положительного и отрицательного полюса, а есть только фаза и ноль. Напряжение на нуле близко по потенциалу с потенциалом земли. Потенциал же на фазовом выводе меняется с положительного до отрицательного с частотой 50 Гц, го есть ток под нагрузкой будет менять свое направление 50 раз в секунду.

В течение одного периода колебания величина тока повышается от нуля до максимума, затем уменьшается и проходит через ноль, а потом совершается обратный процесс, но уже с другим знаком.

Получение и передача переменного тока намного проще, чем постоянного: меньше потерь энергии, С помощью трансформаторов мы можем легко менять напряжение переменного тока.

При передаче большого напряжения требуется меньший ток для той же мощности. Это позволяет использовать более тонкие довода. В сварочных трансформаторах используется обратный процесс — понижают напряжение для повышения сварочного тока.

Измерение постоянного тока

Чтобы в электрической цепи измерить ток, необходимо последовательно с приемником электроэнергии включить амперметр или миллиамперметр. При этом, чтобы исключить влияние измерительного прибора на работу потребителя, амперметр должен обладать очень малым внутренним сопротивлением, чтобы практически его можно было бы принять равным нулю, чтобы падением напряжения на приборе можно было бы просто пренебречь.

Включение амперметра в цепь — всегда последовательно с нагрузкой. Если подключить амперметр параллельно нагрузке, параллельно источнику питания, то амперметр просто сгорит или сгорит источник, поскольку весь ток потечет через мизерное сопротивление измерительного прибора.

Шунт

Пределы измерения амперметров, предназначенных для проведения измерений в цепях постоянного тока, расширяемы, путем подключения амперметра не напрямую измерительной катушкой последовательно нагрузке, а путем подключения измерительной катушки амперметра параллельно шунту.

Так через катушку прибора пройдет всегда лишь малая часть измеряемого тока, основная часть которого потечет через шунт, включенный в цепь последовательно. То есть прибор фактически измерит падение напряжения на шунте известного сопротивления, и ток будет прямо пропорционален этому напряжению.

Практически амперметр сработает в роли милливольтметра. Тем не менее, поскольку шкала прибора градуирована в амперах, пользователь получит информацию о величине измеряемого тока. Коэффициент шунтирования выбирают обычно кратным 10.

Шунты, рассчитанные на токи до 50 ампер монтируют непосредственно в корпуса приборов, а шунты для измерения больших токов делают выносными, и тогда прибор соединяют с шунтом щупами. У приборов, предназначенных для постоянной работы с шунтом, шкалы сразу градуированы в конкретных значениях тока с учетом коэффициента шунтирования, и пользователю уже не нужно ничего вычислять.

Если шунт наружный, то в случае с калиброванным шунтом — на нем указывается номинальный ток и номинальное напряжение: 45 мВ, 75 мВ, 100 мВ, 150 мВ. Для текущих измерений выбирают такой шунт, чтобы стрелка отклонялась бы максимум – на всю шкалу, то есть номинальные напряжения шунта и измерительного прибора должны быть одинаковыми.

Если речь идет об индивидуальном шунте для конкретного прибора, то все, конечно, проще. По классам точности шунты делятся на: 0,02, 0,05, 0,1, 0,2 и 0,5 — это допустимая погрешность в долях процента.

Шунты изготавливают из металлов с малым температурным коэффициентом сопротивления, и обладающих значительным удельным сопротивлением: константан, никелин, манганин, – чтобы когда протекающий через шунт ток нагревает его, это не отражалось бы на показаниях прибора. Еще для снижения температурного фактора при измерениях, последовательно с катушкой амперметра включают добавочный резистор из материла такого же рода.

Измерение постоянного напряжения

Чтобы измерить постоянное напряжение между двумя точками цепи, параллельно цепи, между этими двумя точками, подключают вольтметр. Вольтметр включается всегда параллельно приемнику или источнику. А чтобы подключенный вольтметр не оказывал влияния на работу цепи, не вызывал бы снижения напряжения, не вызывал потерь, – он должен обладать достаточно высоким внутренним сопротивлением, чтобы током через вольтметр можно было бы пренебречь.

Добавочный резистор

И чтобы расширить пределы измерения вольтметра, последовательно с его рабочей обмоткой включается добавочный резистор, чтобы только часть измеряемого напряжения приходилась бы непосредственно на измерительную обмотку прибора, пропорционально ее сопротивлению. А при известном значении сопротивления добавочного резистора, по зафиксированному на нем напряжению легко определяется полное измеряемое напряжение, действующее в данной цепи. Так работают все классические вольтметры.

Коэффициент, появляющийся в результате добавления добавочного резистора, покажет, во сколько раз измеряемое напряжение больше напряжения, приходящегося на измерительную катушку прибора. То есть пределы измерения прибора зависят от величины добавочного резистора.

Добавочный резистор встраивается в прибор. Для снижения влияния температуры окружающей среды на измерения, добавочный резистор изготавливают из материала обладающего малым температурным коэффициентом сопротивления. Поскольку сопротивление добавочного резистора во много раз больше сопротивления прибора, то и сопротивление измерительного механизма прибора в итоге не зависит от температуры. Классы точности добавочных резисторов выражаются аналогично классам точности шунтов — в долях процентов обозначают величину погрешности.

Чтобы еще больше расширить пределы измерения вольтметров, применяют делители напряжения. Это делается для того, чтобы при измерении на прибор приходилось напряжение, соответствующее номиналу прибора, то есть не превышало бы предел на его шкале. Коэффициентом деления делителя напряжения называется отношение входного напряжения делителя к выходному, измеряемому напряжению. Коэффициент деления берут равным 10, 100, 500 и более, в зависимости от возможностей применяемого вольтметра. Делитель не вносит большой погрешности, если сопротивление вольтметра также высоко, а внутреннее сопротивление источника мало.

Измерение переменного тока

Чтобы точно измерить прибором параметры переменного тока, необходим измерительный трансформатор. Измерительный трансформатор, применяемый в целях измерений, к тому же дает персоналу безопасность, поскольку благодаря трансформатору достигается гальваническая развязка от цепи высокого напряжения. Вообще, техника безопасности запрещает подключать электроизмерительные приборы без таких трансформаторов.

Применение измерительных трансформаторов позволяет расширить пределы измерения приборов, то есть появляется возможность измерять большие напряжения и токи при помощи низковольтных и слаботочных приборов. Так, измерительные трансформаторы бывают двух типов: трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.

Измерительный трансформатор напряжения

Чтобы измерить переменное напряжение применяют трансформатор напряжения. Это понижающий трансформатор с двумя обмотками, первичная обмотка которого присоединяется к двум точкам цепи, между которыми нужно измерить напряжение, а вторичная — непосредственно к вольтметру. Измерительные трансформаторы на схемах изображают как обычные трансформаторы.

Трансформатор без нагруженной вторичной обмотки работает в режиме холостого хода, и при подключенном вольтметре, сопротивление которого велико, трансформатор остается практически в этом режиме, и поэтому можно считать измеренное напряжение пропорциональным напряжению, приложенному к первичной обмотке, с учетом коэффициента трансформации, равного соотношению количеств витков во вторичной и первичной его обмотках.

Таким образом можно измерять высокое напряжение, при этом на прибор будет подаваться небольшое безопасное напряжение. Останется умножить измеренное напряжение на коэффициент трансформации измерительного трансформатора напряжения.

Те вольтметры, которые изначально предназначены для работы с трансформаторами напряжения, имеют градуировку шкалы с учетом коэффициента трансформации, тогда по шкале без дополнительных вычислений сразу видно значение измененного напряжения.

В целях повышения безопасности при работе с прибором, на случай повреждения изоляции измерительного трансформатора, один из выводов вторичной обмотки трансформатора и его каркас сначала заземляются.

Измерительные трансформаторы тока

Для подключения амперметров к цепям переменного тока служат измерительные трансформаторы тока. Это двухобмоточные повышающие трансформаторы. Первичная обмотка включается последовательно в измеряемую цепь, а вторичная — к амперметру. Сопротивление в цепи амперметра мало, и получается, что трансформатор тока работает практически в режиме короткого замыкания, при этом можно считать, что токи в первичной и вторичной обмотках относятся друг к другу как количества витков во вторичной и первичной обмотках.

Подобрав подходящее соотношение витков, можно измерять значительные токи, при этом через прибор всегда будут протекать токи достаточно малые. Останется умножить измеренный во вторичной обмотке ток на коэффициент трансформации. Те амперметры, которые предназначены для постоянной работы совместно с трансформаторами тока, имеют градуировку шкал с учетом коэффициента трансформации, и по шкале прибора без вычислений можно легко считать значение измеряемого тока. С целью повышения безопасности персонала, один из выводов вторичной обмотки измерительного трансформатора тока и его каркас сначала заземляются.

Во многих применениях удобны проходные измерительные трансформаторы тока, у которых магнитопровод и вторичная обмотка изолированы и расположены внутри проходного корпуса, через окно которого проходит медная шина с измеряемым током.

Вторичная обмотка такого трансформатора никогда не оставляется разомкнутой, ибо сильное увеличение магнитного потока в магнитопроводе может не только привести к его разрушению, но и навести на вторичной обмотке опасную для персонала ЭДС. Чтобы провести безопасное измерение, вторичную обмотку шунтируют резистором известного номинала, напряжение на котором будет пропорционально измеряемому току.

Для измерительных трансформаторов характерны погрешности двух видов: угловая и коэффициента трансформации. Первая связана с отклонением угла сдвига фаз первичной и вторичной обмоток от 180°, что приводит к неточным показаниям ваттметров. Что касается погрешности связанной с коэффициентом трансформации, то это отклонение показывает класс точности: 0,2, 0,5, 1 и т. д. – в процентах от номинального значения.

Амперметр и вольтметр. Правила включения. 🐲 СПАДИЛО.РУ

Амперметр

Для измерения силы тока используется амперметр. В идеале собственное сопротивление амперметра стремится к нулю, и оно никак не влияет на значение силы тока. Он включается в цепь последовательно с соблюдением полярности:

Вольтметр

Для измерения напряжения участка цепи используется вольтметр. В идеале собственное сопротивление вольтметра стремится к бесконечности, и устройство не проводит через себя ток. Он включается в электрическую цепь параллельно участку, в котором будет измеряться напряжение, с соблюдением полярности:

Как правильно записывать показания измерительных приборов с учетом погрешности

При записи величин (с учетом погрешности) следует пользоваться формулой:

A=a±Δa 

где A — измеряемая величина, a — результат измерений, Δa — погрешность измерений.

Важно!

Погрешность измерений равна половине цены деления шкалы измерительного прибора, если в задаче не указана другая величина погрешности.

Цена деления шкалы — разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Чтобы найти цену деления шкалы, нужно:

1. Найти два ближайших штриха шкалы, возле которых написаны значения величин.
2. Вычесть из большего значения меньшее.
3. Полученное число разделить на число делений (промежутков), находящихся между ними.

Пример №1. Определите показания вольтметра (см. рисунок), если погрешность прямого измерения напряжения составляет половину цены деления вольтметра.

Видно, что стрелка вольтметра встала на значении «2,0» Вольт. Она немного не дотягивает до штриха «2», но к нему она находится ближе, чем к предыдущему штриху.

Два ближайших штриха шкалы с указанными значениями имеют значения 1 и 2 В. Всего между ними 5 промежутков. Следовательно, цена деления шкалы равна: (2 – 1)/5 = 0,2 (Вольт).

Так как по условию задачи погрешность равна половине цене деления шкалы, то она равна 0,1 Вольтам. Следовательно, вольтметр показывает: 2,0 ± 0,1 В.

Задание EF18821 Определите показания вольтметра (см. рисунок), если погрешность прямого измерения напряжения равна цене деления вольтметра.

Ответ: (____± ____) В.

Алгоритм решения

1.Определить цену деления шкалы измерительного прибора.

2.Определить погрешность измерений.

3.Определить показания прибора.

4.Записать показания прибора с учетом погрешности измерений.

Решение

Так как два ближайших штриха, обозначенными числовыми значениями, показывают 1 и 2 Вольта, а между ними 5 делений, то цена деления шкалы равна:

2−15..=0,2 (В)

Согласно условию задачи, погрешность измерений равна цене деления шкалы. Стрелка вольтметра стоит в трех делениях от штриха, обозначенном цифрой «1». 3 деления по 0,2 Вольта равны 0,6 Вольтам. Следовательно, вольтметр показывает 1,6 В. С учетом погрешности: V = 1,6 ± 0,2 В.

Внимание! При записи ответа нужно использовать только десятичные числа без пробелов и знака «±».

.

Ответ: 1,60,2

---

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Задание EF18883

Определите показания амперметра (см. рисунок), если погрешность прямого измерения силы тока равна цене деления амперметра.

Ответ: ( ____± ____) А.

Алгоритм решения

1. Определить цену деления шкалы измерительного прибора.

2.Определить погрешность измерений.

3.Определить показания прибора.

4.Записать показания прибора с учетом погрешности измерений.

Решение

Так как два ближайших штриха, обозначенными числовыми значениями, показывают 0 и 0,2 Ампера, а между ними 10 делений, то цена деления шкалы равна:

0,2−010..=0,02 (А)

Согласно условию задачи, погрешность измерений равна цене деления шкалы. Стрелка амперметра стоит на штрихе, обозначенном числом «0,2». Следовательно, амперметр показывает 0,2 А. Так как при измерении учитываются сотые доли Амперов, правильно результат измерения записывается так: I = 0,20 А. С учетом погрешности: I = 0,20 ± 0,02 А.

Внимание! При записи ответа нужно использовать только десятичные числа без пробелов и знака «±».

.

Ответ: 0,200,02

---

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Задание EF19038 Определите напряжение на лампочке (см. рисунок), если погрешность прямого измерения напряжения равна цене деления вольтметра.

Ответ: ( ____±____ ) В.

Алгоритм решения

1.Определить цену деления шкалы измерительного прибора.

2.Определить погрешность измерений.

3.Определить показания прибора.

4.Записать показания прибора с учетом погрешности измерений.

Решение

Так как два ближайших штриха, обозначенными числовыми значениями, показывают 2 и 4 Вольта, а между ними 10 делений, то цена деления шкалы равна:

4−210..=0,2 (В)

Согласно условию задачи, погрешность измерений равна цене деления шкалы. Стрелка вольтметра стоит в пяти делениях от штриха, обозначенном цифрой «2». 5 делени1 по 0,2 Вольта равны 1 Вольту. Следовательно, вольтметр показывает 3 В. Так как при измерении учитываются сотые доли Вольтов, правильно результат измерения записывается так: U = 3 В.С учетом погрешности: U = 3,0 ± 0,2 В.

Внимание! При записи ответа нужно использовать только десятичные числа без пробелов и знака «±».

.

Ответ: 3,00,2

---

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Всё об амперметре

Амперметр — прибор для измерения силы тока в амперах. Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора.

Для определения значения тока в электрической цепи, применяют специальные приборы — амперметры. Амперметр включается последовательно в исследуемую цепь, и, в силу крайне малого собственного внутреннего сопротивления, данный измерительный прибор не вносит сколь-нибудь существенных изменений в электрические параметры цепи.

Шкала прибора градуирована в амперах, килоамперах, миллиамперах или микроамперах. Для расширений пределов измерений, амперметр может быть включен в цепь через трансформатор или параллельно шунту, когда лишь малая доля измеряемого тока проходит через прибор, а основной ток цепи течет через шунт.

Сегодня есть два особо популярных типа амперметров — механические амперметры — магнитоэлектрические и электродинамические, и электронные — линейные и трансформаторные.

В классическом магнитоэлектрическом амперметре со стрелкой и градуированной шкалой, через подвижную катушку прибора проходит определенная часть измеряемого тока, обратнопропорциональная сопротивлению катушки, включенной параллельно калиброванному шунту малого сопротивления.

Ток (прямой или выпрямленный) проходящий через катушку приводит к повороту стрелки магнитоэлектрического амперметра, и угол наклона стрелки оказывается пропорционален величине измеряемого тока.

Ток через катушку амперметра создает на ней крутящий момент благодаря взаимодействию собственного магнитного поля с магнитным полем установленного стационарно постоянного магнита. И поскольку стрелка соединена с катушкой-рамкой, она наклоняется на соответствующий угол и указывает значение тока на шкале.

Электродинамический амперметр устроен несколько более сложным образом. В нем есть две катушки — одна неподвижная, а вторая — подвижная. Катушки соединены между собой последовательно или параллельно. Когда токи проходят через катушки, то их магнитные поля взаимодействуют, в итоге подвижная катушка, с которой соединена стрелка, отклоняется на угол, пропорциональный величине измеряемого тока.

В приборах, предназначенных для измерения значительных токов, основной ток всегда проходит через шунт малого сопротивления, а катушка соединенная со стрелкой, принимает на себя только малую долю тока, выступая в роли проводящего ответвления от основного пути тока. Соотношения токов через измерительную рамку и через шунт обычно принимаются такими: 1 к 1000, 1 к 100 или 1 к 10.

Часто для измерения значительных токов или при работе с высоковольтными цепями, применяют включение амперметра через измерительный трансформатор тока. В этом случае ток, пропорциональный току в первичной обмотке, измеряется во вторичной обмотке, а шкала градуируется соответственно измеряемому в первичной обмотке току. Вторичная обмотка измерительного трансформатора тока всегда шунтирована резистором, иначе наведенная на ней ЭДС могла бы оказаться опасно высокой.

При включении измерительного трансформатора тока в цепь высокого напряжения, корпус амперметра и вторичную цепь измерительного трансформатора обязательно заземляют, чтобы подстраховаться на случай пробоя изоляции.

На базе трансформаторов тока или датчиков Холла изготавливают амперметры типа «токовые клещи». Применение датчика Холла позволяет измерять постоянный ток, а трансформаторов тока — переменный ток.

Клещи на базе трансформатора тока — для измерения переменного тока, — проще в изготовлении и стоят они дешевле. Разъемный магнитопровод представляет собой сердечник трансформатора тока, на котором намотана вторичная обмотка, шунтированная резистором. Первичной обмоткой выступает провод, который клещами обхватывают для измерения тока в нем.

Электронная схема вычисляет в соответствии с законом Ома, исходя из напряжения на шунтирующем резисторе и коэффициента трансформации, ток в исследуемой цепи.

Токоизмерительные клещи UNI-T UTM 1202A:

Клещи на базе датчика Холла (для измерения постоянного тока) используют эффект Холла, когда создаваемое постоянным током магнитное поле приводит к появлению пропорциональной ЭДС Холла на схеме датчика.

Преимущество токовых клещей с датчиком Холла в том, что они обладают высоким быстродействием, и позволяют отслеживать кратковременные броски тока.

Наконец, в простых цифровых мультиметрах с функцией измерения тока, применяется линейная схема измерения с шунтом. Здесь нет подвижной рамки со стрелкой, вместо этого электроника измеряет падение напряжения на шунте известного сопротивления, сравнивает его с эталонным значением, и подсчитывает значение тока. Результат измерения тока отображается на цифровом дисплее.

Ранее ЭлектроВести писали, что Министерство экономики и энергетики Германии подготовило проект/концепцию Национальной водородной стратегии (Nationale Wasserstoffstrategie). Документ пока не опубликован, однако попал в руки немецкой прессы, которая поделилась с публикой содержанием.

По материалам: electrik.info.

Принцип работы и виды амперметров

Амперметр — прибор для измерения силы тока в амперах. Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора. В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи, силу тока в котором измеряют. Поэтому, чем ниже внутреннее сопротивление амперметра (в идеале — 0), тем меньше будет влияние прибора на исследуемый объект, и тем выше будет точность измерения.

Для увеличения предела измерений амперметр снабжается шунтом (для цепей постоянного и переменного тока), трансформатором тока (только для цепей переменного тока) или магнитным усилителем (для цепей постоянного тока). Комплектное устройство из токоизмерительной головки и трансформатора тока специальной конструкции называется «токоизмерительные клещи».

Очень опасно пытаться использовать амперметр в качестве вольтметра (подключать его непосредственно к источнику питания), что может привести к коротким замыканиям!

Общая характеристика

По конструкции амперметры делятся:

• со стрелочной измерительной головкой без электронных схем;
• со стрелочной измерительной головкой с использованием электронных схем;
• с цифровым индикатором.

Приборы со стрелочной головкой

Наиболее распространены амперметры, в которых движущаяся часть прибора со стрелкой поворачивается на угол крена, пропорциональный величине измеряемого тока.

Амперметры бывают магнитоэлектрическими, электромагнитными, электродинамическими, тепловыми, индукционными, детекторными, термоэлектрическими и фотоэлектрическими.

Магнитоэлектрическими амперметрами измеряют силу постоянного тока; индукционными и детекторными — силу переменного тока; амперметры других систем измеряют силу любого тока. Самыми точными и чувствительными являются магнитоэлектрические и электродинамические амперметры.

Приборы со стрелочной головкой могут снабжаться дополнительными электронными схемами для усиления сигнала, подаваемого на головку (для измерения токов, существенно меньших чем ток полного отклонения головки, который для большинства магнитоэлектрических приборов составляет 50 мкА и более), защиты головки от перегруза и прочее.

Приборы с цифровым индикатором

В последнее время приборы со стрелочной измерительной головкой стали вытесняться приборами с цифровым индикатором на основе жидких кристаллов и светодиодов.

Принцип действия стрелочной измерительной головки

Принцип действия самых распространённых в амперметрах систем измерения:

• В магнитоэлектрической системе прибора крутящий момент стрелки создаётся благодаря взаимодействию между полем постоянного магнита и током, который проходит через обмотку рамки (вращающий момент). С рамкой соединена стрелка, которая перемещается по шкале. Угол поворота стрелки устанавливается при равенстве вращающего момента и момента пружины.
• В электромагнитной системе прибора вращающий момент стрелки создаётся между катушкой и подвижным ферромагнитным сердечником, к которому прикрепляется указательная стрелка.
• В электродинамической системе измерительная головка состоит из неподвижной и подвижной катушек, соединённых параллельно или последовательно. Взаимодействие между токами, которые проходят через катушки, вызывает отклонения подвижной катушки и соединённой с нею стрелки.

Во всех вышеуказанных системах угол поворота стрелки устанавливается при равенстве вращающего момента и момента сопротивления пружины.

Включение амперметра в электрическую цепь

В электрической цепи амперметр соединяется последовательно с нагрузкой, а при больших токах — через трансформатор тока, магнитный усилитель или шунт. Для измерения токов может также применяться милливольтметр и калиброванный шунт (первичные токи шунтов могут быть выбраны из стандартного ряда, вторичное напряжение стандартизировано — чаще всего 75 мВ). При высоких напряжениях (выше 1000 В) — в цепях переменного тока для гальванической развязки амперметров также применяют трансформаторы тока, а цепях постоянного тока — магнитные усилители.

Амперметр включают в цепь. Схемы включения измерительных приборов. Измерение значений постоянного тока

Амперметр — прибор для измерения силы тока в амперах. Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора. В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи, силу тока в котором измеряют; для увеличения предела измерений — снабжённый шунтом (для цепей постоянного и переменного тока), трансформатором тока (только для цепей переменного тока) или магнитным усилителем (для цепей постоянного тока). Комплектное устройство из токоизмерительной головки и трансформатора тока специальной конструкции называется «токоизмерительные клещи».

Как подключают амперметр в электрическую цепь

Слева амперметр подключен таким образом, чтобы через него проходил весь ток, протекающий через цепь; альтернативных путей нет. Это правильный способ подключения амперметра для измерения общего тока цепи, но это не единственный способ. На схеме есть несколько точек в цепи, где амперметр может быть подключен для измерения. На этом изображении каждый амперметр также будет измерять общий ток схемы.

Теперь, когда мы знаем, как измерить общий ток через цепь, давайте посмотрим на измерение тока, проходящего через отдельные элементы. Ток перемещается по последовательному и параллельному элементам по-разному. В параллельном соединении ток разделяется между ветвями в например, для измерения только тока, проходящего через резистор 1, мы должны подключить амперметр последовательно с верхней ветвью параллельного контура. Это показано на левой стороне следующего изображения. Аналогично, размещение амперметра в нижняя ветвь будет измерять только ток, проходящий через резистор.

Принцип действия стрелочной измерительной головки

Принцип действия самых распространённых в амперметрах систем измерения:

В магнитоэлектрической системе прибора крутящий момент стрелки создаётся благодаря взаимодействию между полем постоянного магнита и током, который проходит через обмотку рамки (вращающий момент). С рамкой соединена стрелка, которая перемещается по шкале. Угол поворота стрелки устанавливается при равенстве вращающего момента и момента пружины.

С правой стороны изображения видно, что параллельное подключение амперметра позволит току обходить резисторы, создавая еще одно короткое замыкание! В последовательном соединении то же количество тока проходит через каждый элемент. Чтобы увидеть это, давайте посмотрим на новую схему, как показано здесь. Таким образом, вам нужно всего лишь выполнить одно измерение с помощью амперметр, чтобы получить токи через каждый отдельный элемент в последовательном соединении. Амперметр — воздушный амперметр — это прибор, установленный последовательно с электрической нагрузкой, используемой для измерения количества тока, протекающего через нагрузку.

В электромагнитной системе прибора вращающий момент стрелки создаётся между катушкой и подвижным ферромагнитным сердечником, к которому прикрепляется указательная стрелка.

В электродинамической системе измерительная головка состоит из неподвижной и подвижной катушек, соединённых параллельно или последовательно. Взаимодействие между токами, которые проходят через катушки, вызывает отклонения подвижной катушки и соединённой с нею стрелки.

Единицей измерения является ампер. Амперметр используется для контроля работы электрической системы воздушного судна. Он также указывает, заряжается ли аккумулятор электрическим зарядом. Амперметры спроектированы с нулевой точкой в ​​центре лица и с отрицательной или положительной индикацией с обеих сторон. Когда указатель амперметра находится на плюсе, он показывает скорость зарядки аккумулятора. Минус-индикация означает, что из аккумулятора извлекается больше тока, чем при замене. Полномасштабное положительное отклонение указывает на неисправность регулятора.

Во всех вышеуказанных системах угол поворота стрелки устанавливается при равенстве вращающего момента и момента сопротивления пружины.

Включение амперметра в электрическую цепь

В электрической цепи амперметр соединяется последовательно с нагрузкой, а при больших токах — через трансформатор тока, магнитный усилитель или шунт. Для измерения токов может также применяться милливольтметр и калиброванный шунт (первичные токи шунтов могут быть выбраны из стандартного ряда, вторичное напряжение стандартизировано — чаще всего 75 мВ). При высоких напряжениях (выше 1000В) — в цепях переменного тока для гальванической развязки амперметров также применяют трансформаторы тока, а цепях постоянного тока — магнитные усилители

Не все самолеты имеют амперметр

Произведение этих двух чтений называется кажущейся силой. На приведенной ниже диаграмме показано положение Амперметра в электрической системе воздушного судна.

Конструкция и принцип основных операций

Перемещение железа обычно используется для измерения переменного напряжения и токов. В подвижно-железных приборах подвижная система состоит из одной или нескольких частей мягкого железа особого типа, которые так поворачиваются, что на них воздействует ток, создаваемый током в катушке.

Существует два основных типа подвижно-железных приборов. Тип отталкивания Тип притяжения. . Ниже приводится краткое описание различных компонентов прибора с подвижным железом. Отклоняющий крутящий момент в любом приборе с подвижным железом обусловлен силами небольшого куска магнитомягкого «железа», который намагничивается катушкой, несущей. В отталкивающем типе подвижно-железный инструмент состоит из двух цилиндрических мягких железных лопаток, установленных в неподвижной токопроводящей катушке.

Амперметр. Измерение силы тока.

Измерение тока. Для измерения тока в цепи амперметр 2 (рис. 332, а) или миллиамперметр включают в электрическую цепь последовательно с приемником 3 электрической энергии.

Одна железная лопасть удерживается на раме катушки, а другая свободно вращается, неся вместе с ней указательный вал. Два утюга лежат в магнитном поле, создаваемом катушкой, которая состоит всего из нескольких оборотов, если прибор является амперметром или многими витками, если прибор является вольтметром.

Ток в катушке индуцирует намагничивание обеих лопаток, а отталкивание между одинаково намагниченными лопастями приводит к пропорциональному вращению. Только фиксированная катушка переносит ток нагрузки и сконструирована таким образом, чтобы выдерживать высокий переходный ток.

Для того чтобы включение амперметра не оказывало влияния на работу электрических установок и он не создавал больших потерь энергии, амперметры выполняют с малым внутренним сопротивлением. Поэтому практически сопротивление его можно считать равным нулю и пренебрегать вызываемым им падением напряжения. Амперметр можно включать в цепь только последовательно с нагрузкой. Если амперметр подключить непосредственно к источнику 1, то через катушку прибора пойдет очень большой ток (сопротивление амперметра мало) и она сгорит.

Измерение электрического напряжения и тока

Передвижные железные инструменты имеют весы, которые являются нелинейными и несколько переполнены в нижнем диапазоне калибровки.

Таким образом, высокое сопротивление порядка килообемов соединено последовательно с катушкой прибора.

Диапазоны амперметра и вольтметра

Для данного прибора с подвижным железом ампер-витки, необходимые для создания полномасштабного отклонения, являются постоянными. Один может изменить диапазон амперметров, предоставив шунтирующую катушку с движущейся катушкой. Диапазон колебания может изменяться, соединяя сопротивление последовательно с катушки. Следовательно, одна и та же спецификация обмотки катушки может использоваться для ряда диапазонов. Углерод из-за трения довольно мал, так как соотношение вращающего момента очень велико в движущихся инструментах катушки. Поверхности поля вызывают относительно низкие значения силы намагничивания, создаваемой катушкой. Ошибка из-за изменения температуры. . Аналоговые счетчики, устарели ли они?

Для расширения пределов измерения амперметров, предназначенных для работы в цепях постоянного тока, их включают в цепь параллельно шунту 4 (рис. 332,б). При этом через прибор проходит только часть I А измеряемого тока I, обратно пропорциональная его сопротивлению R А. Бо льшая часть I ш этого тока проходит через шунт. Прибор измеряет падение напряжения на шунте, зависящее от проходящего через шунт тока, т. е. используется в качестве милливольтметра. Шкала прибора градуируется в амперах. Зная сопротивления прибора R A и шунта R ш можно по току I А, фиксируемому прибором, определить измеряемый ток:

Аналоговый измеритель перемещает иглу по шкале. Аналоговые мультиметры с коммутируемым диапазоном очень дешевы, но новичкам трудно читать точно, особенно по шкалам сопротивления. Движение счетчика деликатно и падает, метр, вероятно, повредит его! У каждого типа счетчика есть свои преимущества. В качестве вольтметра цифровой измеритель обычно лучше, потому что его сопротивление намного выше, 1 МОм или 10 МОм, по сравнению с 200 Ом для аналогового мультиметра в аналогичном диапазоне.

Аналоговый мультиметр, используемый в качестве амперметра, имеет очень низкое сопротивление и очень чувствительный, с весом до 50 мкА. Более дорогие цифровые мультиметры могут быть равны или лучше этой производительности. Использование мультиметра для измерения усилителей, напряжения и Ом.

I = I А (R А +R ш)/R ш = I А n (105)

где n = I/I А = (R A + R ш)/R ш — коэффициент шунтирования. Его обычно выбирают равным или кратным 10. Сопротивление шунта, необходимое для измерения тока I, в n раз большего, чем ток прибора I А,

R ш = R A /(n-1) (106)

Конструктивно шунты либо монтируют в корпус прибора (шунты на токи до 50 А), либо устанавливают вне его и соединяют с прибором проводами. Если прибор предназначен для постоянной работы с шунтом, то шкала его градуируется сразу в значениях измеряемого тока с учетом коэффициента шунтирования и никаких расчетов для определения тока выполнять не требуется. В случае применения наружных (отдельных от приборов) шунтов на них указывают номинальный ток, на который они рассчитаны, и номинальное напряжение на зажимах (калиброванные шунты). Согласно стандартам это напряжение может быть равно 45, 75, 100 и 150 мВ. Шунты подбирают к приборам так, чтобы при номинальном напряжении на зажимах шунта стрелка прибора отклонялась на всю шкалу. Следовательно, номинальные напряжения прибора и шунта должны быть одинаковыми. Имеются также индивидуальные шунты, предназначенные для работы с определенным прибором. Шунты делят на пять классов точности (0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5). Обозначение класса соответствует допустимой погрешности в процентах.

Прежде чем подробно рассказывать о мультиметрах, вам важно иметь четкое представление о том, как счетчики подключены к схемам. Измерительные усилители. Подумайте об изменениях, которые вы должны были бы внести в практическую схему, чтобы включить амперметр. Для начала вам необходимо разбить цепь так, чтобы амперметр можно было подключить последовательно. Все ток, протекающий в цепи, должен проходить через амперметр.

Измерительное напряжение. На этот раз вам не нужно нарушать схему. Вольтметр подключен параллельно между двумя точками, где должно быть выполнено измерение. Поскольку вольтметр обеспечивает параллельный путь, он должен принимать как можно меньше тока.

Для того чтобы повышение температуры шунта при прохождении по нему тока не оказывало влияния на показания прибора, шунты изготовляют из материалов с большим удельным сопротивлением и малым температурным коэффициентом (константан, манганин, никелин и пр.). Для уменьшения влияния температуры на показания амперметра последовательно с катушкой прибора в некоторых случаях включают добавочный резистор из констан-тана или другого подобного материала.

Какая техника измерения, по вашему мнению, будет более полезной? Фактически измерения напряжения используются гораздо чаще, чем текущие измерения. Обработка электронных сигналов обычно рассматривается в терминах напряжения. Дополнительным преимуществом является то, что измерение напряжения легче сделать. Исходная схема не нуждается в изменении. Часто измерительные датчики соединены просто, прикоснувшись к ним к интересующим точкам.

Измерение Ома. Омметр не работает с цепью, подключенной к источнику питания. Омметры работают, пропуская небольшой ток через компонент и измеряя производимое напряжение. Если вы попробуете это с компонентом, подключенным к цепи с источником питания, скорее всего, это приведет к повреждению счетчика. Большинство мультиметров имеют предохранитель для защиты от неправильного использования.

Измерение напряжения. Для измерения напряжения U, действующего между какими-либо двумя точками электрической цепи, вольтметр 2 (рис. 332, в) присоединяют к этим точкам, т. е. параллельно источнику 1 электрической энергии или приемнику 3.

Для того чтобы включение вольтметра не оказывало влияния на работу электрических установок и он не создавал больших потерь энергии, вольтметры выполняют с большим сопротивлением. Поэтому практически можно пренебрегать проходящим по вольтметру током.

Для измерения электрического тока через провод используется амперметр. Вы можете использовать его для измерения очень малых электрических токов или очень больших. Однако, если вы новичок, используйте его только для измерения малых токов. Большие электрические токи могут быть опасными.

Подключение амперметра для измерения тока занимает всего несколько минут или меньше. Однако иногда люди путаются и думают, что это слишком просто. Например, они могут просто подключить два датчика к проводу. Ключ к правильному подключению амперметра помнит, что соединение такое, что ток течет через амперметр, как если бы это был провод.

Для расширения пределов измерения вольтметров последовательно с обмоткой прибора включают добавочный резистор 4 (R д) (рис. 332,г). При этом на прибор приходится лишь часть U v измеряемого напряжения U, пропорциональная сопротивлению прибора R v .

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

Если ваша схема является аккумулятором, ток будет постоянным. Если вы подключите свою цепь к источнику питания, тип тока будет зависеть от вашего источника питания. Изучите калибровку амперметра. Когда ток течет через амперметр, игла на счетчике будет перемещаться по калиброванной шкале. Маркировка на шкале, на которую огибает иглу, будет соответствовать току, протекающему через ваш амперметр. Номер на крайнем правом конце счетчика соответствует максимальному показанию тока для определенного диапазона, для которого установлен амперметр.

U = (R v +R д )/R v * U v = nU v (107)

Величина n = U/U v =(R v +R д)/R v показывает, во сколько раз измеряемое напряжение U больше напряжения U v , приходящегося на прибор, т. е. во сколько раз увеличивается предел измерения напряжения вольтметром при применении добавочного резистора.

Сопротивление добавочного резистора, необходимое для измерения напряжения U, в п раз большего напряжения прибора Uv, определяется по формуле R д =(n- 1) R v .

Это максимальное число часто называют полномасштабным чтением. Установите переключатель мультипликатора диапазона на максимальное значение. Изучите различные диапазоны, которые имеет ваш амперметр. Один диапазон может быть для ампер, другого миллиампера и других микроампер. Однако помните, что разные амперметры будут иметь разные диапазоны, поэтому проверьте руководство пользователя. Установите переключатель мультипликатора диапазона в самый высокий диапазон. В этом случае выберите диапазон ампер.

И это потому, что амперы в тысячу раз больше, чем миллиамперы, а миллиамперы в тысячу раз больше, чем микроамперы. Определите полномасштабное показание для диапазона. Умножьте настройку на множитель диапазона на полномасштабное число на счетчике. Полномасштабным номером на счетчике является номер на счетчике, который находится на крайнем правом конце калиброванного шкалы. Это может быть 1, 2 или 5 или любое другое число. Затем умножьте полномасштабное число на значение множителя диапазона.

Добавочный резистор может встраиваться в прибор и одновременно использоваться для уменьшения влияния температуры окружающей среды на показания прибора. Для этой цели резистор выполняется из материала, имеющего малый температурный коэффициент, и его сопротивление значительно превышает сопротивление катушки, вследствие чего общее сопротивление прибора становится почти независимым от изменения температуры. По точности добавочные резисторы подразделяются на те же классы точности, что и шунты.

Делители напряжения. Для расширения пределов измерения вольтметров применяют также делители напряжения. Они позволяют уменьшить подлежащее измерению напряжение до значения, соответствующего номинальному напряжению данного вольтметра (предельного напряжения на его шкале). Отношение входного напряжения делителя U 1 к выходному U 2 (рис. 333, а) называется коэффициентом деления . При холостом ходе U 1 /U 2 = (R 1 +R 2)/R2 = 1 + R 1 /R 2 . В делителях напряжения это отношение может быть выбрано равным 10, 100, 500 и т. д. в зависимости от того, к каким

выводам делителя подключен вольтметр (рис. 333,б). Делитель напряжения вносит малую погрешность в измерения только в том случае, если сопротивление вольтметра R v достаточно велико (ток, проходящий через делитель, мал), а сопротивление источника, к которому подключен делитель, мало.

Измерительные трансформаторы. Для включения электроизмерительных приборов в цепи переменного тока служат измерительные трансформаторы, обеспечивающие безопасность обслуживающего персонала при выполнении электрических измерений в цепях высокого напряжения. Включение электроизмерительных приборов в эти цепи без таких трансформаторов запрещается правилами техники безопасности. Кроме того, измерительные трансформаторы расширяют пределы измерения приборов, т. е. позволяют измерять большие токи и напряжения с помощью несложных приборов, рассчитанных для измерения малых токов и напряжений.

Измерительные трансформаторы подразделяют на трансформаторы напряжения и трансформаторы тока. Трансформатор напряжения 1 (рис. 334, а) служит для подключения вольтметров и других приборов, которые должны реагировать на напряжение. Его выполняют, как обычный двухобмоточный понижающий трансформатор: первичную обмотку подключают к двум точкам, между которыми требуется измерить напряжение, а вторичную — к вольтметру 2.

На схемах измерительный трансформатор напряжения изображают как обычный трансформатор (на рис. 334, а показано в круге).

Так как сопротивление обмотки вольтметра, подключаемого к трансформатору напряжения, велико, трансформатор практически работает в режиме холостого хода, и можно с достаточной степенью точности считать, что напряжения U 1 и U 2 на первичной и вторичной обмотках будут прямо пропорциональны числу витков? 1 и? 2 обеих обмоток трансформатора, т. е.

U 1 /U 2 = ? 1 /? 2 = n (108)

Таким образом, подобрав соответствующее число витков? 1 и? 2 обмоток трансформатора, можно измерять высокие напряжения, подавая на электроизмерительный прибор небольшие напряжения.

Напряжение U 1 может быть определено умножением измеренного вторичного напряжения U 2 на коэффициент трансформации трансформатора n.

Вольтметры, предназначенные для постоянной работы с трансформаторами напряжения, градуируют на заводе с учетом коэффициента трансформации, и значения измеряемого напряжения могут быть непосредственно отсчитаны по шкале прибора.

Для предотвращения опасности поражения обслуживающего персонала электрическим током в случае повреждения изоляции трансформатора один выэод его вторичной обмотки и стальной кожух трансформатора должны быть заземлены.

Трансформатор тока 3 (рис. 334,б) служит для подключения амперметров и других приборов, которые должны реагировать на протекающий по цепи переменный ток. Его выполняют в виде

обычного двухобмоточного повышающего трансформатора; первичную обмотку включают последовательно в цепь измеряемого тока, к вторичной обмотке подключают амперметр 4.

Схемное обозначение измерительных трансформаторов тока показано на рис. 334, б в круге.

Так как сопротивление обмотки амперметра, подключаемого к трансформатору тока, обычно мало, трансформатор практически работает в режиме короткого замыкания, и с достаточной степенью точности можно считать, что токи I 1 и I 2 , проходящие по его обмоткам, будут обратно пропорциональны числу витков? 1 и? 2 этих обмоток, т.е.

I 1 /I 2 = ? 1 /? 2 = n (109)

Следовательно, подобрав соответствующим образом число витков? 1 и? 2 обмоток трансформатора, можно измерять большие токи I 1 , пропуская через электроизмерительный прибор малые токи I 2 . Ток I 1 может быть при этом определен умножением измеренного вторичного тока I 2 на величину n.

Амперметры, предназначенные для постоянной работы совместно с трансформаторами тока, градуируют на заводе с учетом коэффициента трансформации, и значения измеряемого тока I 1 могут быть непосредственно отсчитаны по шкале прибора.

Для предотвращения опасности поражения обслуживающего персонала электрическим током в случае повреждения изоляции трансформатора один из зажимов вторичной обмотки и кожух трансформатора заземляют.

На э. п. с. применяют так называемые проходные трансформаторы тока (рис. 335). В таком трансформаторе магнитопровод 3 и вторичная обмотка 2 смонтированы на проходном изоляторе 4, служащем для ввода высокого напряжения в кузов, а роль первичной обмотки трансформатора выполняет медный стержень 1, проходящий внутри изолятора.

Условия работы трансформаторов тока отличаются от обычных. Например, размыкание вторичной обмотки трансформатора тока при включенной первичной обмотке недопустимо, так как это вызовет значительное увеличение магнитного потока и, как следствие, температуры сердечника и обмотки трансформатора, т. е. выход его из строя. Кроме того, в разомкнутой вторичной обмотке трансформатора может индуцироваться большая э. д. с, опасная для персонала, производящего измерения.

При включении приборов посредством измерительных трансформаторов возникают погрешности двух видов: погрешность в коэффициенте трансформации и угловая погрешность (при изменениях напряжения или тока отношенияU 1 /U 2 и I 1 /I 2 несколько изменяются и угол сдвига фаз между первичным и вторичным напряжениями и токами отклоняется от 180°). Эти погрешности возрастают при нагрузке трансформатора свыше номинальной. Угловая погрешность оказывает влияние на результаты измере-

ний приборами, показания которых зависят от угла сдвига фаз между напряжением и током (например, ваттметров, счетчиков электрической энергии и пр.). В зависимости от допускаемых погрешностей измерительные трансформаторы подразделяют по классам точности. Класс точности (0,2; 0,5; 1 и т. д.) соответствует наибольшей допускаемой погрешности в коэффициенте трансформации в процентах от его номинального значения.

Как измерить ток (практика на словах)

Теоретически с косвенным методом измерения электрического тока мы уже ознакомились. Теперь немного скажем о том, как измерить ток с помощью амперметра практически.

 Чаще на практике для измерений используются комбинированные приборы, которые народ окрестил тестерами. Наиболее распространённые модели в ходу среди начинающих радиолюбителей и молодых электриков мы как раз и рассмотрим. Все они похожи друг на друга, как близнецы, даже отечественные и китайские образцы. Один из представителей изображён на рисунке 1.

Рисунок 1. Цифровой тестер и его основные элементы.

Если Вам необходимо измерить ток в цепи и Вы решили воспользоваться прибором, подобным изображённому на рисунке 1, необходимо следующее:

1. Определить, в каких пределах будете измерять ток. Если не знаете, то нужно начинать с максимального предела. Данный прибор позволяет измерять постоянный ток  от 0 в пределах от 2000 мкА до 10 А.Переключатель пределов измерения (круглый в центре прибора) устанавливаете указателем на 10 в секторе пределов измерения постоянного тока.

2. Подключить щупы прибора. Что бы не путаться, старайтесь всегда пользоваться стандартными щупами маркированными цветом (обычно чёрный — общий, красный — измерительный), или какими то отличительными обозначениями. Тут нужно проявить особое внимание! Дело в том, что в таких типах приборов для измерения тока на пределе 10 А измерительный щуп прибора подключается к отдельной токоизмерительной клемме до 10А. При всех остальных режимах работы используется универсальная клемма. Общий щуп всегда подключается к общей клемме.

Если неверно оценить пределы величины измеряемого тока, например попытаться измерить ток 8А на пределе измерения 20m, то можно просто спалить прибор, и он либо перестанет работать, либо будет показывать “погоду”.

3. Определить схему включения прибора в цепь. Вам необходимо определиться, ток какого элемента цепи Вам нужно измерить. Определились. Далее, если не можете мысленно, то схематично на бумаге разорвите цепь этого элемента и в рассечку включите измерительный прибор. Примеры включения амперметра в цепь для измерения тока различных элементов цепи показаны на рисунке 2. Для того, что бы было легче сориентироваться, каким образом токи текут в схемах, на исходных схемах я обозначил их цветными направляющими. Различный цвет направляющих говорит о том, что эти токи могут отличаться по величине.

Рисунок 2. 

4. Соберите схему измерения.
5. Теперь можно включить питание схемы и снять показание прибора.

Если прибор показал очень маленькую величину, и она вполне должна вписаться в предел измерения следующей низшей ступени пределов, то можно измерить ток при более низком пределе, но при этом, не забывайте, что если вы измеряли на пределе 10А, то для предела 200m необходимо переключить измерительный щуп с токоизмерительной клеммы на универсальную. Например, если при измерении на пределе 10А прибор показал Вам значение 0.18, имеет смысл произвести измерение на пределе 200m.

При каждом переключении режимов измерения прибора не забывайте обесточивать (выключать) схему.

Примечание к схемам рис.2.
а). Простая цепь, содержащая всего один контур. Здесь может течь только один ток — через выключатель и лампу La1. Что бы измерить этот ток, достаточно включить в цепь амперметр последовательно лампе, как показано на рисунке 2. а-1).
б). Схема с параллельным включением 3-х потребителей. Для измерения тока любого элемента, например La2, амперметр включается в рассечку цепи последовательно этому элементу, как на схеме б-1). Аналогично и для элементов La1 и La3. По схеме б-2) амперметр покажет сумму токов, текущих через элементы La2 и La3. По схеме б-3) амперметр включен для измерения полного тока цепи, т.е. суммы токов всех трёх элементов La1, La2 и La3.
в). Схема последовательного соединения элементов La1 и La2. Имеет всего 1 контур, как в случае схемы а). Через оба элемента будет течь один и тот же ток. Для измерения тока амперметр включается в рассечку цепи рис. в-1).
г). Более сложная схема, но и в ней можно измерить ток любого элемента в отдельности, не зависимо от сложности схемы: г-1) ток La4; г-2) ток La3; г-3) ток La2, который по сути равен сумме токов La3 и La4; г-4) ток La1; г-5) полный ток всей цепи.
В качестве потребителей энергии может могут быть не только лампы, но и любые другие электротехнические устройства, на принцип измерений это не влияет.

Почему сгорают приборы?
Самая распространённая ошибка при измерении тока в цепи, это когда амперметр для измерения тока элемента по невнимательности или по незнанию горе-мастера подключают параллельно этому элементу. Рассмотрим рисунок 3.

Рисунок 3.
Амперметр подключен параллельно нагрузке La1. Мы знаем, что амперметр имеет очень низкое сопротивление, т.е. практически является эквивалентом проводника электрического тока. Поэтому, при таком подключении прибора мы фактически шунтируем потребитель La1, и устраиваем устойчивое короткое замыкание. При этом тут возможно несколько исходов:
— если схема обеспечена предохранителем или автоматическим выключателем, то в лучшем случае сгораем предохранитель или автоматический выключатель просто обесточивает схему;
— если в цепи элементы защиты от коротких замыканий (КЗ) отсутствуют, а) при недостаточной мощности и слабой нагрузочной характеристики источника питания выходит из строя источник питания, б) при достаточной мощности источника питания может сгореть обмотка измерительной головки амперметра, в виду слишком большого напряжения на шунте амперметра, либо сгорает сам шунт вместе с измерительной обмоткой.
Так что, основная причина порчи измерительных приборов, это невнимательность или неопытность их пользователей. Так что, прежде чем измерить что либо не совсем понятное, рекомендую хотя бы в теории разобраться в вопросе, и при первых попытках измерений не торопиться, продумывая и мысленно обосновывая каждый свой шаг. Когда всё начинает получаться, понимание приходит быстро, и в дальнейшем вопрос измерения тока любого элемента цепи больше не будет заставать Вас врасплох.
Хочу отметить, что данной моделью тестера можно измерить только величину постоянного тока. При измерении переменного тока прибор покажет Вам значение около 0.
Стрелочными приборами пользоваться аналогично, но нужно учесть, что при измерении постоянного тока необходимо учитывать полярность клемм. Принято минусовой зажим прибора помечать знаком *, обозначать как COM или по русски писать — общий. Если перепутать полярность, страшного ни чего не произойдёт, просто стрелка прибора отклонится в обратную сторону от нуля. Поменяв клеммы местами, стрелка прибора отклонится в нужном направлении.
При измерениях переменного тока методика остаётся той же. При этом стоит не забывать о включении прибора в нужный режим работы.

 

Удачных измерений.

Вольтметры и амперметры постоянного тока — College Physics

Цели обучения

• Объясните, почему вольтметр нужно подключать параллельно цепи.
• Нарисуйте схему, показывающую правильно подключенный амперметр в цепь.
• Опишите, как гальванометр можно использовать как вольтметр или амперметр.
• Найдите сопротивление, которое необходимо подключить последовательно с гальванометром, чтобы его можно было использовать в качестве вольтметра с заданными показаниями.
• Объясните, почему измерение напряжения или тока в цепи никогда не может быть точным.

Вольтметры измеряют напряжение, а амперметры измеряют ток. Некоторые измерители в автомобильных приборных панелях, цифровых камерах, сотовых телефонах и тюнерах-усилителях являются вольтметрами или амперметрами. (См. (Рисунок).) Внутренняя конструкция простейшего из этих счетчиков и то, как они подключены к системе, которую они контролируют, позволяют лучше понять применение последовательного и параллельного подключения.

Датчики топлива и температуры (крайний правый и крайний левый, соответственно) в этом Volkswagen 1996 года представляют собой вольтметры, которые регистрируют выходное напряжение «передающих» устройств, которое, как мы надеемся, пропорционально количеству бензина в баке и температуре двигателя.(Источник: Кристиан Гирсинг)

Вольтметры подключаются параллельно к любому измеряемому напряжению устройства. Параллельное соединение используется потому, что параллельные объекты испытывают одинаковую разность потенциалов. (См. (Рисунок), где вольтметр обозначен символом V.)

Амперметры подключаются последовательно к любому измеряемому устройству. Последовательное соединение используется потому, что последовательно соединенные объекты имеют одинаковый ток, проходящий через них.(См. (Рисунок), где амперметр обозначен символом A.)

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

Для измерения тока последовательно подключают амперметр (А).Весь ток в этой цепи протекает через счетчик. Амперметр будет иметь такие же показания, если он расположен между точками d и e или между точками f и a, как и в показанном положении. (Обратите внимание, что заглавная буква E обозначает ЭДС и обозначает внутреннее сопротивление источника разности потенциалов.)

Аналоговые измерители: Гальванометры

У аналоговых счетчиков есть стрелка, которая поворачивается, чтобы указывать на числа на шкале, в отличие от цифровых счетчиков, которые имеют числовые показания, аналогичные ручному калькулятору.Сердцем большинства аналоговых измерителей является устройство, называемое гальванометром, обозначаемое буквой G. Ток, протекающий через гальванометр, вызывает пропорциональное отклонение стрелки. (Это отклонение происходит из-за силы магнитного поля на провод с током.)

Двумя важнейшими характеристиками данного гальванометра являются его сопротивление и чувствительность по току. Чувствительность по току — это ток, который дает полное отклонение стрелки гальванометра, максимальный ток, который может измерить прибор.Например, гальванометр с чувствительностью по току имеет максимальное отклонение стрелки при прохождении через него, считывает половину шкалы при протекании через него и т. Д.

Если у такого гальванометра есть сопротивление, то при напряжении, равном только полномасштабное показание. Подключив резисторы к этому гальванометру различными способами, вы можете использовать его как вольтметр или амперметр, который может измерять широкий диапазон напряжений или токов.

Гальванометр как амперметр

Тот же гальванометр можно превратить в амперметр, разместив его параллельно с небольшим сопротивлением, часто называемым шунтирующим сопротивлением, как показано на (Рисунок).Поскольку сопротивление шунта невелико, большая часть тока проходит через него, что позволяет амперметру измерять токи, намного превышающие токи, вызывающие полное отклонение гальванометра.

Предположим, например, что нужен амперметр, который дает полное отклонение на 1,0 А и содержит такой же гальванометр с его чувствительностью. Поскольку и параллельны, напряжение на них одинаковое.

Эти капли такие то. Решая и отмечая, что это и есть 0.999950 А, у нас

Проведение измерений изменяет схему

Когда вы используете вольтметр или амперметр, вы подключаете другой резистор к существующей цепи и, таким образом, изменяете цепь. В идеале вольтметры и амперметры не оказывают заметного влияния на схему, но полезно изучить обстоятельства, при которых они влияют или не влияют.

Сначала рассмотрим вольтметр, который всегда размещается параллельно с измеряемым устройством.Через вольтметр протекает очень небольшой ток, если его сопротивление на несколько порядков больше, чем сопротивление устройства, и поэтому на цепь это не оказывает заметного влияния. (См. (Рисунок) (a).) (Большое сопротивление, параллельное малому сопротивлению, имеет общее сопротивление, по существу равное малому.) Если, однако, сопротивление вольтметра сравнимо с сопротивлением измеряемого устройства, тогда два соединенных параллельно имеют меньшее сопротивление, что существенно влияет на схему. (См. (Рисунок) (b).) Напряжение на устройстве не такое, как при отключении вольтметра от цепи.

(a) Вольтметр, имеющий сопротивление намного больше, чем сопротивление устройства (), с которым он подключен параллельно, создает параллельное сопротивление, по существу такое же, как и у устройства, и не оказывает заметного влияния на измеряемую цепь. (b) Здесь вольтметр имеет то же сопротивление, что и устройство (), так что параллельное сопротивление составляет половину от того, которое есть, когда вольтметр не подключен. Это пример значительного изменения схемы, которого следует избегать.

Амперметр подключается последовательно к ветви измеряемой цепи, так что его сопротивление добавляется к этой ветви.Обычно сопротивление амперметра очень мало по сравнению с сопротивлениями устройств в цепи, поэтому дополнительное сопротивление незначительно. (См. (Рисунок) (a).) Однако, если задействованы очень маленькие сопротивления нагрузки или если сопротивление амперметра не такое низкое, как должно быть, то общее последовательное сопротивление значительно больше, и ток в ветви измеряется уменьшается. (См. (Рисунок) (b).)

Практическая проблема может возникнуть, если амперметр подключен неправильно.Если его подключить параллельно с резистором для измерения тока в нем, вы можете повредить счетчик; низкое сопротивление амперметра позволит большей части тока в цепи проходить через гальванометр, и этот ток будет больше, поскольку эффективное сопротивление меньше.

(a) Амперметр обычно имеет такое маленькое сопротивление, что общее последовательное сопротивление в измеряемой ветви существенно не увеличивается. Схема практически не изменилась по сравнению с отсутствием амперметра.(b) Здесь сопротивление амперметра такое же, как сопротивление ветви, так что общее сопротивление удваивается, а ток вдвое меньше, чем без амперметра. Этого существенного изменения схемы следует избегать.

Одним из решений проблемы вольтметров и амперметров, мешающих измеряемым цепям, является использование гальванометров с большей чувствительностью. Это позволяет создавать вольтметры с большим сопротивлением и амперметры с меньшим сопротивлением, чем при использовании менее чувствительных гальванометров.

Существуют практические пределы чувствительности гальванометра, но можно получить аналоговые измерители, которые делают измерения с точностью до нескольких процентов. Обратите внимание, что неточность возникает из-за изменения схемы, а не из-за неисправности измерителя.

Связи: границы знаний

Выполнение измерения изменяет измеряемую систему таким образом, что приводит к неопределенности измерения. Для макроскопических систем, таких как схемы, обсуждаемые в этом модуле, изменение обычно можно сделать пренебрежимо малым, но полностью исключить его нельзя.Для субмикроскопических систем, таких как атомы, ядра и более мелкие частицы, измерение изменяет систему таким образом, что невозможно сделать сколь угодно малым. Это фактически ограничивает знания о системе — даже ограничивает то, что природа может знать о самой себе. Мы увидим глубокие последствия этого, когда принцип неопределенности Гейзенберга будет обсуждаться в модулях по квантовой механике.

Существует еще один метод измерения, основанный на полном отсутствии тока и, следовательно, без изменения схемы.Они называются нулевыми измерениями и являются темой нулевых измерений. Цифровые измерители, которые используют твердотельную электронику и нулевые измерения, могут достигать точности в одну часть.

Проверьте свое понимание

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

Поскольку цифровые счетчики требуют меньшего тока, чем аналоговые счетчики, они изменяют схему меньше, чем аналоговые счетчики.Их сопротивление в качестве вольтметра может быть намного больше, чем у аналогового измерителя, а их сопротивление в качестве амперметра может быть намного меньше, чем у аналогового измерителя. Обратитесь к (Рисунок) и (Рисунок) и их обсуждение в тексте.

Исследования PhET: комплект для конструирования цепей (только для постоянного тока), виртуальная лаборатория

Стимулируйте нейрон и наблюдайте за происходящим. Сделайте паузу, перемотайте назад и двигайтесь вперед во времени, чтобы наблюдать за перемещением ионов через мембрану нейрона.

Сводка раздела

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

Концептуальные вопросы

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

Предположим, вы используете мультиметр (предназначенный для измерения диапазона напряжений, токов и сопротивлений) для измерения тока в цепи и случайно оставляете его в режиме вольтметра. Как измеритель повлияет на схему? Что бы произошло, если бы вы измеряли напряжение, но случайно перевели измеритель в режим амперметра?

Для измерения токов на (рис.) Замените провод между двумя точками амперметром.Укажите точки, между которыми вы разместите амперметр, чтобы измерить следующее: (a) общий ток; (б) текущий ток; (c) через; (d) через. Обратите внимание, что на каждую часть может быть несколько ответов.

Вольтметры и амперметры

Вольтметры и амперметры измеряют соответственно напряжение и ток в цепи. Некоторые измерители в автомобильных приборных панелях, цифровых камерах, сотовых телефонах и тюнерах-усилителях являются вольтметрами или амперметрами.

Вольтметры

Вольтметр — это прибор, который измеряет разность электрических потенциалов между двумя точками в электрической цепи.Аналоговый вольтметр перемещает указатель по шкале пропорционально напряжению в цепи; цифровой вольтметр обеспечивает числовой дисплей. Любое измерение, которое можно преобразовать в напряжение, можно отобразить на правильно откалиброванном измерителе; такие измерения включают давление, температуру и расход.

Вольтметр

Вольтметр демонстрационный из класса физики

Чтобы вольтметр мог измерять напряжение устройства, он должен быть подключен параллельно этому устройству.Это необходимо, потому что параллельные объекты испытывают одинаковую разность потенциалов.

Вольтметр параллельно

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

Амперметры

Амперметр измеряет электрический ток в цепи.Название происходит от названия единицы измерения электрического тока в системе СИ, ампер (А).

Чтобы амперметр мог измерять ток устройства, он должен быть последовательно подключен к этому устройству. Это необходимо, потому что последовательно соединенные объекты испытывают одинаковый ток. Их нельзя подключать к источнику напряжения — амперметры предназначены для работы с минимальной нагрузкой (которая относится к падению напряжения на амперметре, обычно составляющему небольшую долю вольта).

Амперметр серии

Амперметр (А) включен последовательно для измерения тока.Весь ток в этой цепи протекает через счетчик. Амперметр будет иметь такие же показания, если он расположен между точками d и e или между точками f и a, как и в показанном положении. (Обратите внимание, что заглавная буква E обозначает ЭДС, а r обозначает внутреннее сопротивление источника разности потенциалов.)

Гальванометры (аналоговые счетчики)

Аналоговые счетчики имеют иглы, которые поворачиваются, чтобы указывать на числа на шкале, в отличие от цифровых счетчиков, которые имеют числовые показания.Сердцем большинства аналоговых счетчиков является устройство, называемое гальванометром, которое обозначается номером G . Ток через гальванометр I _G вызывает пропорциональное движение или отклонение стрелки.

Двумя важнейшими характеристиками любого гальванометра являются его сопротивление и чувствительность по току. Чувствительность по току — это ток, который дает полное отклонение стрелки гальванометра, другими словами, максимальный ток, который может измерить прибор.Например, гальванометр с токовой чувствительностью 50 мкА имеет максимальное отклонение стрелки при протекании через него 50 мкА, находится на полпути шкалы, когда через него протекает 25 мкА, и так далее.

Если такой гальванометр имеет сопротивление 25 Ом, то только напряжение В = IR = (50 мкА) (25 Ом) = 1,25 мВ дает показания полной шкалы. Подключив резисторы к этому гальванометру различными способами, вы можете использовать его как вольтметр или амперметр для измерения широкого диапазона напряжений или токов.

Гальванометры как вольтметры

Гальванометр может работать как вольтметр, если он подключен последовательно с большим сопротивлением R . Значение R определяется максимальным измеряемым напряжением. Предположим, вам нужно 10 В для полного отклонения вольтметра, содержащего гальванометр с сопротивлением 25 Ом и чувствительностью 50 мкА. Тогда приложенное к измерителю напряжение 10 В должно давать ток 50 мкА. Общее сопротивление должно быть:

$ R_ {tot} = R + r = \ frac {V} {I} = \ frac {10V} {50 \ mu A} = 200 k \ Omega, $

или:

$ R = R_ {tot} — r = 200 k \ Omega — 25 \ Omega \ приблизительно 200 k \ Omega.$

(R настолько велико, что сопротивление гальванометра, r, почти ничтожно.) Обратите внимание, что 5 В, приложенное к этому вольтметру, вызывает отклонение в половину шкалы, пропуская через измеритель ток 25 мкА, и поэтому показания вольтметра пропорционально напряжению по желанию. Этот вольтметр не будет полезен для напряжений менее примерно половины вольта, потому что отклонение измерителя будет слишком маленьким для точного считывания. Для других диапазонов напряжения другие сопротивления устанавливаются последовательно с гальванометром.Многие измерители позволяют выбирать шкалы, которые включают последовательное включение соответствующего сопротивления с гальванометром.

Гальванометры как амперметры

Тот же гальванометр может также работать как амперметр, если он размещен параллельно с небольшим сопротивлением R , часто называемым шунтирующим сопротивлением. Поскольку сопротивление шунта невелико, большая часть тока проходит через него, что позволяет амперметру измерять токи, намного превышающие те, которые вызывают полное отклонение гальванометра.

Предположим, например, что нам нужен амперметр, который дает полную шкалу отклонения для 1,0 А и который содержит тот же гальванометр 25 Ом с чувствительностью 50 мкА. Поскольку R и R параллельны, напряжение на них одинаковое.

Эти ИК-капли следующие: IR = I _G r

, так что: $ IR = \ frac {I_G} {I} = \ frac {R} {r}. $

Решая для R, и отмечая, что IG составляет 50 мкА, а I — 0,999950 А, имеем:

$ R = r \ frac {I_G} {I} = (25 \ Omega) \ frac {50 \ mu A} {0.{-3} \ Omega. $

Глава 16 Концепции

Глава 16 Концепции

Глава 18

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

| НАЗАД НА ДОМУ |

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

Jeff имеет несколько вариантов. Во-первых, он мог пойти в магазин резисторов и купить другую коробку, на этот раз резисторы на 100 Ом, как в первый раз.Но на самом деле мы не к этому подошли с этим вопросом.

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

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

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

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

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

Вольтметрам

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

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

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

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

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

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

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

17. Электрик, работающий в цепях под напряжением, носит изолированную обувь и держит одну руку за спиной. Почему?

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

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

Ток в R3 будет больше, что приведет к увеличению падения напряжения.

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

Оно уменьшается из-за большего тока, проходящего через R1 (а R2 должен делиться с R1).

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

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

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

а. Оцените яркость лампочек.

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

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

B увеличивается в яркости.

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

Его яркость остается прежней.

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

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

Лампы B и C становятся ярче.

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

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

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

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

| НАЗАД НА ДОМУ |

21.4 вольтметра и амперметра постоянного тока — College Physics

Сводка

• Объясните, почему вольтметр нужно подключать параллельно цепи.
• Нарисуйте схему, показывающую правильно подключенный амперметр в цепь.
• Опишите, как гальванометр можно использовать как вольтметр или амперметр.
• Найдите сопротивление, которое необходимо подключить последовательно с гальванометром, чтобы его можно было использовать в качестве вольтметра с заданными показаниями.
• Объясните, почему измерение напряжения или тока в цепи никогда не может быть точным.

Вольтметры измеряют напряжение, а амперметры измеряют ток. Некоторые измерители в автомобильных приборных панелях, цифровых камерах, сотовых телефонах и тюнерах-усилителях являются вольтметрами или амперметрами. (См. Рис. 1.) Внутренняя конструкция простейшего из этих счетчиков и то, как они подключены к системе, которую они контролируют, позволяют лучше понять применение последовательного и параллельного подключения.

Рисунок 1. Датчики топлива и температуры (крайний правый и крайний левый, соответственно) в этом Volkswagen 1996 года представляют собой вольтметры, которые регистрируют выходное напряжение «передающих» устройств, которое, как мы надеемся, пропорционально количеству бензина в баке и температура двигателя.(Фото: Кристиан Гирсинг)

Вольтметры подключаются параллельно к любому устройству, которое необходимо измерить. Параллельное соединение используется потому, что параллельные объекты испытывают одинаковую разность потенциалов. (См. Рисунок 2, где вольтметр обозначен символом V.)

Амперметры подключаются последовательно к любому измеряемому устройству. Последовательное соединение используется потому, что последовательно соединенные объекты имеют одинаковый ток, проходящий через них. (См. Рисунок 3, где амперметр обозначен символом A.)

Рис. 2. (a) Для измерения разности потенциалов в этой последовательной цепи вольтметр (V) помещают параллельно источнику напряжения или одному из резисторов. Обратите внимание, что напряжение на клеммах измеряется между точками a и b. Невозможно подключить вольтметр напрямую к ЭДС без учета его внутреннего сопротивления, r . (b) Используемый цифровой вольтметр. (предоставлено Messtechniker, Wikimedia Commons) Рис. 3. Амперметр (A) включен последовательно для измерения тока.Весь ток в этой цепи протекает через счетчик. Амперметр будет иметь такие же показания, если он расположен между точками d и e или между точками f и a, как и в показанном положении. (Обратите внимание, что заглавная буква E обозначает ЭДС, а r обозначает внутреннее сопротивление источника разности потенциалов.)

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

Двумя важнейшими характеристиками данного гальванометра являются его сопротивление и чувствительность по току. Чувствительность по току — это ток, который дает полное отклонение стрелки гальванометра на , максимальный ток, который может измерить прибор.Например, гальванометр с чувствительностью по току имеет максимальное отклонение стрелки при прохождении через него, считывает половину шкалы при протекании через него и т. Д.

Если у такого гальванометра есть сопротивление, то при напряжении, равном только полномасштабное показание. Подключив резисторы к этому гальванометру различными способами, вы можете использовать его как вольтметр или амперметр, который может измерять широкий диапазон напряжений или токов.

Гальванометр как вольтметр

На рис. 4 показано, как гальванометр можно использовать в качестве вольтметра, подключив его последовательно с большим сопротивлением,.Значение сопротивления определяется максимальным измеряемым напряжением. Предположим, вам нужно 10 В для полного отклонения вольтметра, содержащего гальванометр с чувствительностью. Тогда напряжение 10 В, приложенное к счетчику, должно давать ток величиной. Общее сопротивление должно быть

(настолько велико, что сопротивление гальванометра почти ничтожно.) Обратите внимание, что 5 В, приложенное к этому вольтметру, вызывает отклонение на половину шкалы, создавая ток через измеритель, и поэтому показания вольтметра пропорциональны напряжению, как требуется.

Этот вольтметр не годится для напряжений ниже примерно полвольта, потому что отклонение измерителя будет небольшим и его трудно будет точно прочитать. Для других диапазонов напряжения другие сопротивления устанавливаются последовательно с гальванометром. У многих метров есть выбор шкалы. Этот выбор включает последовательное включение соответствующего сопротивления с гальванометром.

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

Гальванометр как амперметр

Тот же гальванометр можно превратить в амперметр, разместив его параллельно небольшому сопротивлению, часто называемому шунтирующим сопротивлением , как показано на рисунке 5. Поскольку сопротивление шунта невелико, большая часть тока проходит через него, позволяя амперметру измерять токи, намного превышающие токи, вызывающие полное отклонение гальванометра.

Предположим, например, что нужен амперметр, который дает полное отклонение на 1,0 А и содержит такой же гальванометр с его чувствительностью. Поскольку и параллельны, напряжение на них одинаковое.

Эти капли такие то. Решив и отметив, что это 0,999950 А, мы имеем

Рисунок 5. Небольшое шунтирующее сопротивление R , размещенное параллельно гальванометру G, дает амперметр, полное отклонение которого зависит от выбора R .Чем больше измеряемый ток, тем меньше должно быть R . Большая часть тока ( I ), протекающего через счетчик, шунтируется через R для защиты гальванометра. (Обратите внимание, что r представляет внутреннее сопротивление гальванометра.) Амперметры также могут иметь несколько шкал для большей гибкости в применении. Различные масштабы достигаются путем переключения различных шунтирующих сопротивлений параллельно гальванометру — чем больше максимальный измеряемый ток, тем меньше должно быть шунтирующее сопротивление.

Когда вы используете вольтметр или амперметр, вы подключаете другой резистор к существующей цепи и, таким образом, изменяете цепь. В идеале вольтметры и амперметры не оказывают заметного влияния на схему, но полезно изучить обстоятельства, при которых они влияют или не влияют.

Сначала рассмотрим вольтметр, который всегда размещается параллельно с измеряемым устройством. Через вольтметр протекает очень небольшой ток, если его сопротивление на несколько порядков больше, чем сопротивление устройства, и поэтому на цепь это не оказывает заметного влияния.(См. Рисунок 6 (a).) (Большое сопротивление, параллельное малому, имеет общее сопротивление, по существу равное малому.) Однако, если сопротивление вольтметра сравнимо с сопротивлением измеряемого устройства, то сопротивление два соединенных параллельно имеют меньшее сопротивление, что заметно влияет на схему. (См. Рисунок 6 (b).) Напряжение на устройстве не такое, как при отключении вольтметра от цепи.

Рис. 6. (a) Вольтметр, имеющий сопротивление намного больше, чем устройство ( R _Voltmeter >> R ), с которым он подключен параллельно, создает параллельное сопротивление, по существу такое же, как у устройства, и не оказывает заметного влияния измеряемая цепь.(b) Здесь вольтметр имеет такое же сопротивление, как и устройство ( R, _Voltmeter, ≅ R ), так что параллельное сопротивление составляет половину от того, которое есть, когда вольтметр не подключен. Это пример значительного изменения схемы, которого следует избегать.

Амперметр подключается последовательно к ветви измеряемой цепи, так что его сопротивление добавляется к этой ветви. Обычно сопротивление амперметра очень мало по сравнению с сопротивлениями устройств в цепи, поэтому дополнительное сопротивление незначительно.(См. Рисунок 7 (a).) Однако, если задействованы очень малые сопротивления нагрузки или если сопротивление амперметра не такое низкое, как должно быть, то общее последовательное сопротивление значительно больше, а ток в ветви измеряется уменьшается. (См. Рисунок 7 (b).)

Практическая проблема может возникнуть, если амперметр подключен неправильно. Если его подключить параллельно с резистором для измерения тока в нем, вы можете повредить счетчик; низкое сопротивление амперметра позволит большей части тока в цепи проходить через гальванометр, и этот ток будет больше, поскольку эффективное сопротивление меньше.

Рис. 7. (a) Амперметр обычно имеет такое маленькое сопротивление, что общее последовательное сопротивление в измеряемой ветви существенно не увеличивается. Схема практически не изменилась по сравнению с отсутствием амперметра. (b) Здесь сопротивление амперметра такое же, как сопротивление ветви, так что общее сопротивление удваивается, а ток вдвое меньше, чем без амперметра. Этого существенного изменения схемы следует избегать.

Одним из решений проблемы вольтметров и амперметров, мешающих измеряемым цепям, является использование гальванометров с большей чувствительностью.Это позволяет создавать вольтметры с большим сопротивлением и амперметры с меньшим сопротивлением, чем при использовании менее чувствительных гальванометров.

Существуют практические пределы чувствительности гальванометра, но можно получить аналоговые измерители, которые делают измерения с точностью до нескольких процентов. Обратите внимание, что неточность возникает из-за изменения схемы, а не из-за неисправности измерителя.

Связи: границы знаний

Выполнение измерения изменяет измеряемую систему таким образом, что приводит к неопределенности измерения.Для макроскопических систем, таких как схемы, обсуждаемые в этом модуле, изменение обычно можно сделать пренебрежимо малым, но полностью исключить его нельзя. Для субмикроскопических систем, таких как атомы, ядра и более мелкие частицы, измерение изменяет систему таким образом, что невозможно сделать сколь угодно малым. Это фактически ограничивает знания о системе — даже ограничивает то, что природа может знать о самой себе. Мы увидим глубокие последствия этого, когда принцип неопределенности Гейзенберга будет обсуждаться в модулях по квантовой механике.

Существует еще один метод измерения, основанный на полном отсутствии тока и, следовательно, без изменения схемы. Они называются нулевыми измерениями и рассматриваются в главе 21.5 «Нулевые измерения». Цифровые измерители, которые используют твердотельную электронику и нулевые измерения, могут достигать точности в одну часть.

Проверьте свое понимание

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

Исследование PhET: комплект для конструирования цепей (только для постоянного тока), виртуальная лаборатория

Стимулируйте нейрон и наблюдайте за происходящим.Сделайте паузу, перемотайте назад и двигайтесь вперед во времени, чтобы наблюдать за перемещением ионов через мембрану нейрона.

Рис. 8. Комплект для конструирования цепей (только для постоянного тока), виртуальная лаборатория

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

Проблемные упражнения

1: Какова чувствительность гальванометра (то есть, какой ток дает полное отклонение) внутри вольтметра с сопротивлением на шкале 30,0 В?

2: Какова чувствительность гальванометра (то есть, какой ток дает полное отклонение) внутри вольтметра с сопротивлением на шкале 100 В?

3: Найдите сопротивление, которое необходимо подключить последовательно с гальванометром, имеющим чувствительность (такую ​​же, как тот, который обсуждается в тексте), чтобы его можно было использовать в качестве вольтметра с 0.Полномасштабное считывание 100 В.

4: Найдите сопротивление, которое необходимо подключить последовательно с гальванометром, имеющим чувствительность (такую ​​же, как тот, который обсуждается в тексте), чтобы его можно было использовать в качестве вольтметра с показаниями полной шкалы 3000 В. Включите принципиальную схему в свое решение.

5: Найдите сопротивление, которое необходимо разместить параллельно гальванометру, имеющему чувствительность (такую ​​же, как тот, который обсуждается в тексте), чтобы его можно было использовать в качестве амперметра с 10.0-Полномасштабное чтение. Включите принципиальную схему в свое решение.

6: Найдите сопротивление, которое необходимо разместить параллельно с гальванометром, имеющим чувствительность (такую ​​же, как тот, который обсуждается в тексте), чтобы его можно было использовать в качестве амперметра с показаниями полной шкалы 300 мА.

7: Найдите сопротивление, которое должно быть подключено последовательно с гальванометром, имеющим чувствительность, позволяющую использовать его в качестве вольтметра с: (a) показанием полной шкалы 300 В и (b) 0.Полномасштабное показание 300 В.

8: Найдите сопротивление, которое необходимо разместить параллельно с гальванометром, имеющим чувствительность, позволяющую использовать его в качестве амперметра с: (a) показанием полной шкалы 20,0 и (b) 100- Полномасштабное считывание мА.

9: Предположим, вы измеряете напряжение на клеммах щелочного элемента на 1,585 В, имеющего внутреннее сопротивление, путем размещения вольтметра на его клеммах. (См. Рис. 11.) (а) Какой ток течет? (b) Найдите напряжение на клеммах.(c) Чтобы увидеть, насколько близко измеренное напряжение на клеммах к ЭДС, рассчитайте их отношение.

Рис. 11.

10: Предположим, вы измеряете напряжение на выводах литиевого элемента на 3.200 В, имеющего внутреннее сопротивление, путем размещения вольтметра на его выводах. а) Какой ток течет? (b) Найдите напряжение на клеммах. (c) Чтобы увидеть, насколько близко измеренное напряжение на клеммах к ЭДС, рассчитайте их отношение.

11: Сопротивление одного амперметра равно 3.00-A и содержит гальванометр. Какая чувствительность у гальванометра?

12: Вольтметр включается в цепь параллельно резистору. (а) Нарисуйте принципиальную схему подключения. б) Каково сопротивление комбинации? (c) Если напряжение на комбинации остается таким же, как на резисторе, каков процент увеличения тока? (d) Если ток через комбинацию остается таким же, как через только резистор, каков процент уменьшения напряжения? (e) Являются ли изменения, обнаруженные в частях (c) и (d), значительными? Обсуждать.

13: Амперметр включен в цепь последовательно с резистором. (а) Нарисуйте принципиальную схему подключения. (b) Рассчитайте сопротивление комбинации. (c) Если напряжение в комбинации остается таким же, как и только через резистор, каков процент уменьшения тока? (d) Если ток через комбинацию поддерживается таким же, как через только резистор, каков процент увеличения напряжения? (e) Являются ли изменения, обнаруженные в частях (c) и (d), значительными? Обсуждать.

14: Необоснованные результаты

Предположим, у вас есть гальванометр с чувствительностью. (a) Какое сопротивление вы бы включили последовательно, чтобы его можно было использовать в качестве вольтметра с полным отклонением на 0,500 мВ? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какие допущения ответственны?

15: необоснованные результаты

(a) Какое сопротивление вы бы поставили параллельно гальванометру с чувствительностью
, чтобы его можно было использовать в качестве амперметра с полным отклонением? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какие допущения ответственны?

Решения

Проверьте свое понимание

1: Поскольку цифровые счетчики требуют меньшего тока, чем аналоговые, они изменяют схему меньше, чем аналоговые счетчики.Их сопротивление в качестве вольтметра может быть намного больше, чем у аналогового измерителя, а их сопротивление в качестве амперметра может быть намного меньше, чем у аналогового измерителя. См. Рис. 2 и рис. 3 и их обсуждение в тексте.

Задачи

1:

3:

5:

7: (а)

(б)

9: (a) 1,58 мА
(b) 1,5848 В (необходимо четыре цифры, чтобы увидеть разницу)

(в) 0.99990 (нужно пять цифр, чтобы увидеть разницу от единицы)

11:

13: (а)

Рис. 12.

(б)

(в) 0,9980, или процентное уменьшение

(d) 1,002, или увеличение в процентах

(e) Не имеет значения.

15: (а)

(b) У вас не может быть отрицательного сопротивления.

(c) Неоправданно больше чем (см. Рисунок 5). Вы не можете добиться полного отклонения, используя ток, меньший, чем чувствительность гальванометра.

FAQ: Как вольтметр и амперметр связаны в цепи?

Как подключить амперметр к цепи?

Амперметр подключается последовательно к ветви измеряемой цепи, так что его сопротивление добавляется к этой ветви. Обычно сопротивление амперметра очень мало по сравнению с сопротивлениями устройств в цепи, поэтому дополнительное сопротивление незначительно.

Как амперметр включается в цепь и почему?

Ответ.Амперметр включен последовательно в цепь. Амперметр используется для определения силы тока, протекающего по цепи, поэтому сопротивление амперметра очень низкое, если подключить его параллельно цепи, это может вызвать короткое замыкание и сжечь амперметр или цепь.

Почему вольтметр включен в цепь параллельно, а амперметр — последовательно?

Амперметр

всегда подключается последовательно, так как он имеет низкое внутреннее сопротивление. Амперметр практически не должен влиять на ток, измеряемый в цепи, поэтому необходимо иметь низкое внутреннее сопротивление.Вольтметр всегда подключается параллельно, потому что он имеет высокое внутреннее сопротивление.

Как подключить вольтметр в последовательную цепь?

Амперметр всегда подключается последовательно к измеряемому компоненту цепи. Вольтметр используется для измерения разности потенциальной энергии, напряжения (в вольтах или милливольтах) на компоненте схемы. Вольтметр всегда подключается параллельно измеряемому компоненту схемы.

Что делает амперметр в цепи?

Устройство, называемое амперметром, используется для измерения силы тока.У некоторых типов амперметров есть стрелка на циферблате, но у большинства есть цифровой дисплей. Чтобы измерить ток, протекающий через компонент в цепи, вы должны подключить амперметр последовательно с ним.

Что произойдет, если параллельно подключить амперметр?

Если мы подключим параллельно амперметр, через амперметр будет протекать больший ток, это вызовет короткое замыкание, что приведет к повреждению амперметра и цепи. Амперметр имеет очень низкое сопротивление. Таким образом, ток, который мы измеряем в цепи с помощью амперметра, будет таким же, как если бы амперметра нет.

Какие бывают типы амперметров?

Типы амперметров Амперметр с постоянной подвижной катушкой. Амперметр подвижного железа. Электродинамометрический амперметр. Амперметр выпрямительного типа.

Что означает вольтметр?

Вольтметр — это прибор, используемый для измерения разности электрических потенциалов между двумя точками в электрической цепи. Аналоговые вольтметры перемещают указатель по шкале пропорционально измеренному напряжению; цифровые вольтметры отображают напряжение в цифровом виде с помощью аналого-цифрового преобразователя.

Почему вольтметр всегда подключается параллельно?

Почему вольтметр подключен параллельно? Вольтметр измеряет разность потенциалов цепи и имеет высокое внутреннее сопротивление. Когда вольтметр подключен параллельно компоненту схемы, количество тока, проходящего через вольтметр, очень мало.

Почему амперметр используется последовательно?

При последовательном соединении ток, протекающий через все компоненты цепи, одинаков.Амперметр предназначен для измерения тока в цепи, поэтому он подключен последовательно, так что тот же ток, который присутствует в цепи, протекает через него и измеряется.

Амперметр имеет высокое сопротивление?

Амперметр. Амперметр — это прибор для измерения электрического тока в амперах в ветви электрической цепи. Он должен быть включен последовательно с измеряемой ветвью и должен иметь очень низкое сопротивление, чтобы избежать значительного изменения тока, который он должен измерять.

Почему у амперметра низкое сопротивление, а у вольтметра высокое?

Вольтметр

всегда подключается параллельно нагрузке, поэтому Is должен иметь высокое сопротивление, чтобы ток не проходил через него. Амперметры всегда подключаются последовательно к цепи, поэтому она должна иметь низкое сопротивление.

Как читать вольтметр?

Следовательно, показание вольтметра будет V = IR = 0.

Почему вольтметр имеет высокое сопротивление?

Вольтметр измеряет разность напряжений между двумя разными точками (скажем, на разных сторонах резистора), но он не должен изменять величину тока, проходящего через элемент между этими двумя точками.Поэтому он должен иметь очень высокое сопротивление, чтобы через него не проходил ток.

Какое значение показывает амперметр?

Амперметры измеряют ток через резистор. Амперметры имеют низкое сопротивление и включены в цепь последовательно. Вольтметры измеряют падение напряжения на резисторе.

метров — элементы схемы — содержание MCAT

Прибор, используемый для измерения токов, называется амперметром, а для измерения разности потенциалов — вольтметром.

Чтобы измерить ток в проводе, амперметр должен быть соединен в серии с другими элементами схемы. Важно, чтобы сопротивление амперметра было намного меньше других сопротивлений в цепи. В противном случае само присутствие измерителя изменит измеряемый ток.

Чтобы определить напряжение , то есть разность потенциалов между любыми двумя точками в цепи, вольтметр подключается параллельно этим двум точкам.Важно, чтобы сопротивление вольтметра было намного больше, чем сопротивление любого элемента схемы, к которому подключен вольтметр. В противном случае измеритель изменяет измеряемую разность потенциалов.

Часто одиночный измеритель — мультиметр — спроектирован так, что с помощью переключателя он может использоваться как амперметр или вольтметр — и обычно также как омметр , предназначенный для измерения сопротивления любого элемента. подключен между его выводами.

Ключевые точки

• Амперметр измеряет ток в проводе, который должен быть включен в цепь последовательно.

• Вольтметр измеряет разность потенциалов между 2 точками, которые необходимо подключить параллельно этим 2 точкам.

• Мультиметр — это устройство, которое может включать в себя амперметр, вольтметр и омметр.

Ключевые термины

ток : количество заряда, перемещающегося через поперечное сечение за период времени.

напряжение : разность электрических потенциалов, выраженная в вольтах

сопротивление : сопротивление является мерой противодействия протеканию тока в электрической цепи

амперметр : прибор для измерения электрического тока в амперах

серия: все компоненты в последовательной цепи соединены встык

вольтметр: прибор, используемый для измерения разности электрических потенциалов между двумя точками в электрической цепи

Омметр : Электрический прибор для измерения электрического сопротивления

Мультиметр — Энергетическое образование

Мультиметр — это устройство, которое измеряет электрический ток, сопротивление и напряжение (при условии, что оно правильно подключено к электрической цепи).Он имеет аналоговую и цифровую формы, но оба функционируют одинаково. ^[2] Мультиметр обладает функциями вольтметра, амперметра и омметра. Чтобы увидеть, как мультиметр может переключаться между этими показаниями, обратитесь к гиперфизике.

Вольтметр

Вольтметр подключен к компоненту; Другими словами, два вывода вольтметра подключены к двум сторонам компонента, поэтому вольтметр находится параллельно компоненту. Когда вольтметр подключен к компоненту, он замыкает цепь.В цепи генерируется небольшой ток, который затем вызывает падение напряжения на каждом из других резисторов. Это приводит к тому, что вольтметр показывает напряжение, которое немного ниже, чем напряжение источника. ^{[3] [4]} Чтобы узнать больше, см. Гиперфизику.

Амперметр

Чтобы использовать амперметр, путь тока должен быть разорван, а амперметр вставлен через разрыв ^[3] (это означает, что амперметры должны быть включены последовательно с тем, что должно быть измерено).Если включить амперметр параллельно цепи (вместо того, чтобы подключать его последовательно), ток почти наверняка сожжет предохранитель! Амперметром гораздо проще пережечь предохранитель, чем вольтметром, потому что у амперметров очень низкое сопротивление.

Токоизмерительные клещи могут использоваться для измерения переменного тока без нарушения проводящего пути. Когда переменный ток проходит через проводник, вокруг него формируется магнитное поле; измеряя напряженность магнитного поля вокруг проводника, можно получить значение тока. ^[3] Чтобы узнать больше, см. Гиперфизику.

Омметр

Самый безопасный способ подключения омметра — удалить компонент из цепи, а затем подключить его через компонент, как вольтметр. Важно держать только один из выводов компонента, потому что сопротивление кожи человека может повлиять на измерение. ^[3] Чтобы узнать больше, см. Гиперфизику.

Инструкцию по использованию мультиметра см. В NCSSM (Школа естественных и математических наук Северной Каролины).

Список литературы

1. ↑ Wikimedia Commons. (23 сентября 2015 г.). Мультиметр [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a6/Digital_Multimeter_Aka.jpg
2. ↑ R.T. Пэйнтер, «Основные электрические компоненты и счетчики», в Введение в электричество , 1-е изд. Нью-Джерси: Прентис-Холл, 2011, гл. 3, сек. 3.7, с. 107-116.
3. ↑ ^{3,0 3,1 3,2 3,3} R.T. Пэйнтер, «Основные электрические компоненты и счетчики», в Введение в электричество , 1-е изд.Нью-Джерси: Прентис-Холл, 2011, гл. 3, сек. 3.8, с. 117-121.
4. ↑ R.T. Пэйнтер, «Основные электрические компоненты и счетчики», в Введение в электричество , 1-е изд. Нью-Джерси: Прентис-Холл, 2011, гл. 5, сек. 5.4, ​​стр. 201-208.

.

No related posts.