Снимите показания вольтметра и амперметра

4.3.1. Описание метода амперметра и вольтметра.

Измерения сопротивлений с помощью метода амперметра и вольтметра являются косвенными измерениями непосредственной оценки. Косвенное измерение – это определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной.

В отличие от прямых измерений, где результат получают сразу по измерительному прибору, предназначенному для искомой величины, в косвенных измерениях результат получают путем расчета, используя результаты прямых измерений связанных величин и констант.

При выполнении расчета возможны допущения и упрощения, приводящие к методической погрешности измерения в целом.

В качестве принципа измерения в методе амперметра и вольтметраис пользуется закон Ома. Для получения значения сопротивления необходимо одновременно измерить напряжение на исследуемом элементе и ток через него. С этой целью собирается электрическая цепь, содержащая источник питания постоянного (или переменного) тока, амперметр, вольтметр и исследуемый элемент. Параметры источника питания в большинстве случаев подбираются в соответствии с номинальным или рабочим режимом исследуемого элемента, что особенно актуально для элементов с нелинейной вольтамперной характеристикой, когда сопротивление элемента не постоянно и сильно зависит от тока и напряжения в реализуемом режиме работы (полупроводниковые элементы, лампа накаливания и др.).

Пределы измерения выбираемых приборов должны соответствовать -на пряжению и току в цепи(ближайшие большие значения из стандартного ряда

пределов относительно измеряемого тока и напряжения), что позволяет минимизировать инструментальную погрешность измерения.

Для примера рассмотрим в качестве объекта измерений полупроводниковый диод. Так как вольтамперная характеристика(ВАХ) диода (рис. 11) нелинейна, его сопротивление для любых двух несовпадающих режимов работы (разное напряжение и ток) будет также различным.

Приветствую всех читателей на нашем сайте и сегодня в рамках курса “Электроника для начинающих” мы будем изучать основные способы измерения силы тока, напряжения и других параметров электрических цепей. Естественно, без внимания не останутся и основные измерительные приборы, такие как вольтметр, амперметр и др.

Измерение тока.

И начнем мы с измерения тока. Прибор, используемый для этих целей, называется амперметр и в цепь он включается последовательно. Рассмотрим небольшой примерчик:

Как видите, здесь источник питания подключен напрямую к резистору. Кроме того, в цепи присутсвует амперметр, включенный последовательно с резистором. По закону Ома сила тока в данной цепи должна быть равна:

Получили величину, равную 0.12 А, что в точности совпадает с практическим результатом, который демонстрирует амперметр в цепи 🙂

Важным параметром этого прибора является его внутреннее сопротивление . Почему это так важно? Смотрите сами – при отсутствии амперметра ток определяется по закону Ома, как мы и рассчитывали чуть выше. Но при наличии амперметра в цепи ток изменится, поскольку изменится сопротивление, и мы получим следующее значение:

Читайте также:  Full page screen capture для яндекс браузера

Если бы амперметр был абсолютно идеальным, и его сопротивление равнялось нулю, то он бы не оказал никакого влияния на работу электрической цепи, параметры которой необходимо измерить, но на практике все не совсем так, и сопротивление прибора не равно 0. Конечно, сопротивление амперметра достаточно мало (поскольку производители стремятся максимально его уменьшить), поэтому во многих примерах и задачах им пренебрегают, но не стоит забывать, что оно все-таки и есть и оно ненулевое.

При разговоре об измерении силы тока невозможно не упомянуть о способе, который позволяет расширить пределы, в которых может работать амперметр. Этот метод заключается в том, что параллельно амперметру включается шунт (резистор), имеющий определенное сопротивление:

В этой формуле n – это коэффициент шунтирования – число, которое показывает во сколько раз будут увеличены пределы, в рамках которых амперметр может производить свои измерения. Возможно это все может показаться не совсем понятным и логичным, поэтому сейчас мы рассмотрим практический пример, который позволит во всем разобраться.

Пусть максимальное значение, которое может измерить амперметр составляет 1А. А схема, силу тока в которой нам нужно определить имеет следующий вид:

Отличие от предыдущей схемы заключается в том, что напряжение источника питания на этой схеме в 100 раз больше, соответственно, и ток в цепи станет больше и будет равен 12 А. Из-за ограничения на максимальное значение измеряемого тока напрямую использовать наш амперметр мы не сможем. Так вот для таких задач и нужно использовать дополнительный шунт:

В данной задаче нам необходимо измерить ток . Мы предполагаем, что его значение превысит максимально допустимую величину для используемого амперметра, поэтому добавляем в схему еще один элемент, который будет выполнять роль шунта. Пусть мы хотим увеличить пределы измерения амперметра в 25 раз, это значит, что прибор будет показывать значение, которое в 25 раз меньше, чем величина измеряемого тока. Нам останется только умножить показания прибора на известное нам число и мы получим нужное нам значение. Для реализации нашей задумки мы должны поставить шунт параллельно амперметру, причем сопротивление его должно быть равно значению, которое мы определяем по формуле:

В данном случае n = 25, но мы проведем все расчеты в общем виде, чтобы показать, что величины могут быть абсолютно любыми, принцип шунтирования будет работать одинаково.

Читайте также:  Метод ньютона решения систем нелинейных уравнений mathcad

Итак, поскольку напряжения на шунте и на амперметре равны, мы можем записать первое уравнение:

Выразим ток шунта через ток амперметра:

Измеряемый ток равен:

Подставим в это уравнение предыдущее выражение для тока шунта:

Но сопротивление шунта нам также известно (). В итоге мы получаем:

Вот мы и получили то, что и хотели. Значение, которое покажет амперметр в данной цепи будет в n раз меньше, чем сила тока, величину которой нам и нужно измерить 🙂

С измерениями тока в цепи все понятно, давайте перейдем к следующему вопросу, а именно определению напряжения.

Измерение напряжения.

Прибор, предназначенный для измерения напряжения называется вольтметр, и, в отличие от амперметра, в цепь он включается параллельно участку цепи, напряжение на котором необходимо определить. И, опять же, в противоположность идеальному амперметру, имеющему нулевое сопротивление, сопротивление идеального вольтметра должно быть равно бесконечности. Давай разберемся с чем это связано:

Если бы в цепи не было вольтметра, ток через резисторы был бы один и тот же и определялся по Закону Ома следующим образом:

Итак, величина тока составила бы 1 А, а соответственно напряжение на резисторе 2 было бы равно 20 В. С этим все понятно, а теперь мы хотим измерить это напряжение вольтметром и включаем его параллельно с . Если бы сопротивление вольтметра было бы бесконечно большим, то через него просто не потек бы ток (), и прибор не оказал бы никакого воздействия на исходную цепь. Но поскольку имеет конечную величину и не равно бесконечности, то через вольтметр потечет ток и, в связи с этим напряжение на резисторе уже не будет таким, каким бы оно было при отсутствии измерительного прибора. Вот поэтому идеальным был бы такой вольтметр, через который не проходил бы ток.

Как и в случае с амперметром, есть специальный метод, который позволяет увеличить пределы измерения напряжения для вольтметра. Для осуществления этого необходимо включить последовательно с прибором добавочное сопротивление, величина которого определяется по формуле:

Это приведет к тому, что показания вольтметра будут в n раз меньше, чем значение измеряемого напряжения. По традиции давайте рассмотрим небольшой практический пример 😉

Здесь мы добавили в цепь добавочное сопротивление . Перед нами стоит задача измерить напряжение на резисторе : . Давайте определим, что при таком включении будет на экране вольтметра:

Подставим в эту формулу выражение для расчета сопротивления добавочного резистора:

Читайте также:  Как добавить видовой экран на лист

Таким образом: . То есть показания вольтметра будут в n раз меньше, чем величина напряжения, которое мы измеряли. Так что, используя данный метод, возможно увеличить пределы измерения вольтметра 🙂

В завершении статьи пару слов об измерении сопротивления и мощности.

Для решения обеих задач возможно совместное использование амперметра и вольтметра. В предыдущих статьях (про мощность и сопротивление) мы подробно останавливались на понятиях сопротивления и мощности и их связи с напряжением и сопротивлением, таким образом, зная ток и напряжение электрической цепи можно произвести расчет нужного нам параметра. Ну а кроме того есть специальные приборы, которые позволяют произвести измерения сопротивления участка цепи – омметр – и мощности – ваттметр.

В общем-то, на этом, пожалуй, на сегодня закончим, следите за обновлениями и заходите к нам на сайт! До скорых встреч!

4.3.1. Описание метода амперметра и вольтметра.

Измерения сопротивлений с помощью метода амперметра и вольтметра являются косвенными измерениями непосредственной оценки. Косвенное измерение – это определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной.

В отличие от прямых измерений, где результат получают сразу по измерительному прибору, предназначенному для искомой величины, в косвенных измерениях результат получают путем расчета, используя результаты прямых измерений связанных величин и констант.

При выполнении расчета возможны допущения и упрощения, приводящие к методической погрешности измерения в целом.

В качестве принципа измерения в методе амперметра и вольтметраис пользуется закон Ома. Для получения значения сопротивления необходимо одновременно измерить напряжение на исследуемом элементе и ток через него. С этой целью собирается электрическая цепь, содержащая источник питания постоянного (или переменного) тока, амперметр, вольтметр и исследуемый элемент. Параметры источника питания в большинстве случаев подбираются в соответствии с номинальным или рабочим режимом исследуемого элемента, что особенно актуально для элементов с нелинейной вольтамперной характеристикой, когда сопротивление элемента не постоянно и сильно зависит от тока и напряжения в реализуемом режиме работы (полупроводниковые элементы, лампа накаливания и др.).

Пределы измерения выбираемых приборов должны соответствовать -на пряжению и току в цепи(ближайшие большие значения из стандартного ряда

пределов относительно измеряемого тока и напряжения), что позволяет минимизировать инструментальную погрешность измерения.

Для примера рассмотрим в качестве объекта измерений полупроводниковый диод. Так как вольтамперная характеристика(ВАХ) диода (рис. 11) нелинейна, его сопротивление для любых двух несовпадающих режимов работы (разное напряжение и ток) будет также различным.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector