Как устроен вольтметр: принцип работы, конфигурация, измерения, схемы, формулы — Кови

принцип работы, конфигурация, измерения, схемы, формулы — Кови

Вольтметр — это измерительный прибор, используемый для определения уровня напряжения в электрической цепи при параллельном подключении к измеряемой части цепи.

При анализе работы электрических и электронных схем или при попытке понять, почему схема работает не так, как ожидалось, в конечном итоге вам придется использовать вольтметр для измерения различных уровней напряжения. Вольтметры, используемые для измерения напряжения, бывают разных форм и размеров, аналоговые или цифровые, или как часть цифрового мультиметра, который чаще всего используется сегодня.

Вольтметры также могут использоваться для измерения постоянного напряжения, а также синусоидального переменного напряжения, но введение вольтметра в качестве измерительного прибора в цепь может нарушить ее устойчивое состояние.

Как следует из названия, вольтметр — это прибор, используемый для измерения напряжения (В), то есть разности потенциалов между любыми двумя точками в цепи. Чтобы измерить напряжение (разность потенциалов), вольтметр должен быть подключен параллельно компоненту, напряжение которого вы хотите измерить.

Вольтметры можно использовать для измерения падения напряжения на одном компоненте или источнике питания, а также для измерения суммы падений напряжения на двух или более точках или компонентах в цепи.

Например, если подключить вольтметр к клеммам полностью заряженного автомобильного аккумулятора, он покажет 12,6 вольт. То есть между положительным и отрицательным полюсами батареи существует разность потенциалов в 12,6 вольт. Таким образом, напряжение, V всегда измеряется поперек или параллельно компоненту цепи.

Самым основным типом аналогового вольтметра постоянного тока является вольтметр с постоянным магнитом и подвижной катушкой (PMMC), также известный как механизм Дарсонваля.

Этот тип аналогового измерительного механизма представляет собой прибор для измерения тока (гальванометр), который может быть настроен на работу в качестве вольтметра или амперметра, основное различие заключается в способе их подключения в цепь.

В механизме с подвижной катушкой используется неподвижный постоянный магнит и катушка из очень тонкой проволоки, которая может двигаться (отсюда и название «подвижная катушка») в магнитном поле магнита.

При подключении к цепи через катушку протекает электрический ток, который, в свою очередь, создает собственное магнитное поле (электромагнетизм), реагирующее на магнитное поле, создаваемое окружающим постоянным магнитом, заставляя катушку двигаться.

Поскольку гальванометр реагирует на внутренний ток, если мы знаем внутреннее сопротивление катушки (намотанной из медной проволоки), мы можем просто использовать закон Ома для определения соответствующей измеряемой разности потенциалов.

Содержание

Конструкция измерительного прибора с подвижной катушкой на постоянном магните

Величина перемещения электромагнитной катушки, называемая «отклонением», пропорциональна силе тока, протекающего через катушку, необходимой для создания магнитного поля, необходимого для отклонения иглы.

Обычно к катушке подключен указатель, или игла, поэтому движение катушки вызывает отклонение указателя по линейной шкале для указания измеряемой величины, при этом угол отклонения пропорционален входному току. Таким образом, стрелка гальванометра перемещается в ответ на ток.

Обычно для контроля угла отклонения используются тонкие спиральные демпфирующие пружины типа часовых механизмов, предотвращающие колебания или быстрые движения, которые могут повредить указатель, а также удерживающие движение катушки в состоянии покоя, когда ток через катушку не проходит.

Обычно стрелка перемещается между нулем слева и полномасштабным отклонением (FSD) в крайнем правом углу шкалы. Некоторые измерительные механизмы имеют пружинный центрированный указатель, при этом нулевое положение покоя находится в середине шкалы, что позволяет перемещать указатель в обоих направлениях. Это удобно при измерении напряжения любой полярности.

Хотя этот механизм измерителя PMMC линейно реагирует на протекание тока в подвижной катушке, он может быть адаптирован для измерения напряжения путем добавления сопротивления последовательно с движением катушки. Сочетание последовательного сопротивления с движением подвижной катушки образует вольтметр постоянного тока, который может давать точные результаты после калибровки.

Измерение напряжения

Когда электрические заряды находятся в равновесии, напряжение между любыми двумя точками цепи равно нулю, а если по цепи течет ток (движение заряда), то между двумя или более различными точками цепи будет существовать напряжение.

Используя гальванометр, мы можем измерить не только ток, протекающий между двумя точками, но и разность напряжений между ними, согласно закону Ома, поскольку эти величины пропорциональны друг другу. Таким образом, используя градуированный вольтметр, мы можем измерить разность потенциалов между любыми двумя точками цепи.

Но как преобразовать прибор, работающий с током, в прибор, который можно использовать для измерения напряжения? Отклонение измерительного прибора с подвижной катушкой на постоянном магните пропорционально силе тока, проходящего через его подвижную катушку.

Если его полномасштабное отклонение (FSD) умножить на внутреннее сопротивление подвижной катушки, то измеритель можно заставить считывать напряжение вместо тока, превратив таким образом измеритель с подвижной катушкой на постоянном магните в вольтметр постоянного тока.

Однако из-за конструкции подвижной катушки большинство измерителей PMMC являются очень чувствительными приборами, которые могут иметь полномасштабный ток отклонения, номиналы IG всего лишь 100 мкА (или меньше). Если, например, сопротивление подвижной катушки RG составляет 500Ω, то максимальное полномасштабное напряжение, которое мы могли бы измерить, составит всего 50 мВ (V = I*R = 100 мкА x 500Ω).

Поэтому для того, чтобы чувствительная подвижная катушка вольтметра PMMC могла измерять более высокие значения напряжения, нам необходимо найти способ уменьшить измеряемое напряжение до значения, которое измеритель может выдержать, и это достигается путем установки резистора, называемого умножителем, последовательно с внутренним сопротивлением катушки измерителя.

Предположим, что мы хотим использовать наш гальванометр 100 мкА, 500 Ом для измерения напряжения в цепи до 1,0 вольта. Очевидно, что мы не можем подключить измерительный прибор напрямую для измерения 1 вольта, поскольку, как мы видели ранее, максимальное напряжение, которое он может измерить, составляет 50 милливольт (50 мВ). Но, используя закон Ома, мы можем рассчитать значение последовательного резистора RS, которое необходимо для получения полномасштабного движения измерителя при измерении разности потенциалов в один вольт.

Таким образом, если ток, при котором гальванометр дает полное отклонение шкалы, составляет 100 мкА, то необходимое последовательное сопротивление RS рассчитывается как 9,5 кОм. Таким образом, гальванометр можно превратить в вольтметр, просто подключив последовательно с ним достаточно большое сопротивление, как показано на рисунке.

Последовательное сопротивление вольтметра

Обратите внимание, что это последовательное сопротивление RS всегда будет выше, чем внутреннее сопротивление катушки, RG ограничивает силу тока через обмотки катушки. Комбинация движения измерительного прибора с внешним последовательным сопротивлением образует основу простого аналогового вольтметра.

Пример вольтметра No1

Гальванометр PMMC имеет внутреннее сопротивление катушки 100Ω и производит полномасштабное отклонение на 200 мВ. Найдите сопротивление умножителя, необходимое для того, чтобы измерительный прибор давал полное отклонение при измерении постоянного напряжения 5 вольт.

Поэтому требуемое последовательное сопротивление имеет значение 2,4kΩ.

Мы можем использовать этот метод для измерения любого значения напряжения, изменяя значение резисторов умножителя по мере необходимости, если мы знаем значения тока или напряжения полномасштабного отклонения (FSD) (IFSD или VFSD) гальванометра. Затем все, что нам нужно сделать, это перемаркировать шкалу, чтобы отсчитывать от нуля до нового значения измеряемого напряжения.

Эта простая последовательно соединенная схема делителя напряжения может быть расширена до ряда различных резисторов «умножителей», что позволяет использовать вольтметр для измерения ряда различных уровней напряжения одним щелчком переключателя.

Конструкция многодиапазонного вольтметра

Наш простой вольтметр постоянного тока, описанный выше, можно расширить, используя ряд последовательных сопротивлений, каждое из которых рассчитано на определенный диапазон напряжения, которые можно выбирать по одному с помощью одного многополюсного переключателя, что позволяет нашему аналоговому вольтметру измерять более широкий диапазон уровней напряжения одним движением.

Этот тип конфигурации вольтметра называется многодиапазонным вольтметром, при этом диапазоны выбираются в зависимости от количества положений переключателя, например, 4-позиционный, 5-позиционный и т.д.

Прямая конфигурация многодиапазонного вольтметра

В этой конфигурации вольтметра каждый множительный резистор RS многодиапазонного вольтметра подключается последовательно с измерителем, как и раньше, чтобы получить желаемый диапазон напряжения. Так, если мы предположим, что наш измеритель 50 мВ FSD требуется для измерения следующих диапазонов напряжения: 10 В, 50 В, 100 В, 250 В и 500 В, то необходимые последовательные резисторы рассчитываются так же, как и раньше:

Приведение схемы прямого многодиапазонного вольтметра из:

Хотя эта конфигурация прямого вольтметра работает очень хорошо для считывания нашего диапазона напряжений, значения множительных резисторов, необходимые для получения правильного FSD измерителя для рассчитанных диапазонов, могут давать значения резисторов, которые не являются стандартными предпочтительными значениями, или требуют спаивания резисторов для получения точного значения.

Рассчитанные нами значения от 99,5kΩ до 4,9995MΩ не являются общепринятыми значениями резисторов, поэтому нам необходимо найти вариацию вышеописанной конструкции вольтметра, которая будет использовать более общедоступные значения резисторов.

Конфигурация косвенного многодиапазонного вольтметра

Более практичной конструкцией является косвенная конфигурация вольтметра, в которой одно или несколько последовательных сопротивлений соединяются в последовательную цепь с измерителем для получения нужного диапазона напряжения. Преимуществом здесь является то, что мы можем использовать стандартные предпочтительные значения для умножающих резисторов.

Если мы снова возьмем измеритель FSD на 50 мВ и диапазоны напряжения 10 В, 50 В, 100 В, 250 В и 500 В, то необходимые последовательные резисторы умножения рассчитываются следующим образом:

Приведем схему косвенного многодиапазонного вольтметра из:

Затем мы видим, что при такой косвенной конфигурации 5-диапазонного вольтметра, чем выше измеряемое напряжение, тем больше множительных резисторов выбирается переключателем. Общее сопротивление, подключенное последовательно с вольтметром PMMC, будет равно сумме сопротивлений, так как RTOTAL = RS1 + RS2 + RS3 … и т.д.

Очевидно, что хотя обе схемы, прямая и косвенная конфигурация вольтметра, способны считывать одинаковые уровни напряжения, использование стандартных и предпочтительных значений резисторов 400kΩ, 500kΩ, 1M5Ω и 2M5Ω делает косвенный метод более простым и дешевым.

Очевидно, что выбор значений резисторов в конечном итоге зависит от FSD используемого гальванометра и уровней напряжения, которые необходимо измерить. В любом случае, простой многодиапазонный аналоговый вольтметр постоянного тока может быть построен путем подключения резисторов с множителем более высокой серии и переключателя. Большинство цифровых мультиметров в наши дни имеют автоматический диапазон.

Последний момент, который необходимо отметить при создании вольтметра постоянного тока, заключается в том, что идеальный вольтметр не будет оказывать никакого влияния на измеряемую часть цепи или компонент, поскольку он имеет бесконечное эквивалентное сопротивление.

Однако на практике при измерении напряжения подключение вольтметра к цепи, особенно к цепи с высоким сопротивлением, может снизить эффективное сопротивление цепи и, следовательно, уменьшить измеряемое напряжение между двумя точками.

Чтобы минимизировать этот эффект нагрузки, следует использовать измерительный прибор с высокой чувствительностью, то есть его полномасштабное отклонение достигается при меньшем отклоняющем токе, поэтому умножающее сопротивление, используемое для вольтметра, может быть как можно выше, чтобы уменьшить ток, проходящий через измерительный прибор PMMC. Чувствительность вольтметра измеряется в Ом/Вольт, (Ω/V).

Видеообзор: Принцип работы Вольтметра

Как устроен вольтметр

Регистрация Вход. Ответы Mail. Вопросы – лидеры Перестал работать Mi band 4 1 ставка. Роботы уничтожат ваши рабочие места? А разве понятие “эфир” можно всерьёз рассматривать в электронике?

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Вольтметр-измеряем напряжение. Назначение, принцип работы, типы.
• Вольтметр: описание прибора, принцип действия и назначение
• Вольтметр. Устройство, принцип работы, виды и характеристики
• Вольтметр: принцип действия, как подключить и пользоваться
• Как устроен и работает стрелочный и цифровой мультиметр
• Стрелочный вольтметр

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Вольтметр “своими руками”

Вольтметр-измеряем напряжение. Назначение, принцип работы, типы.

Существует большое количество разных измерительных приборов. Одним из часто используемых устройств как в быту, так и в профессиональной сфере деятельности, является вольтметр. Предназначен он для измерения значения напряжения в любой точке электрической сети. Промышленность изготавливает несколько типов таких измерителей, отличающихся друг от друга принципом работы.

При этом каждый из них имеет как достоинства, так и недостатки. Итальянский учёный Алессандро Вольт, проведя ряд экспериментов с электричеством, приходит к выводу, что получить электрический ток можно используя соединение металлов с жидкостью. Он также устанавливает, что при соединении двух разных металлов возникает сила, которая затрачивается на работу по перемещению электрического заряда из одной точки в другую. При этом перемещённый заряд изменяет свой потенциал величину энергии , которым он обладает.

Для измерения количества электричества Вольт использует металлический стержень, вставленный в каучуковую пробку и помещённый в бутылку.

На нижний конец, находящийся в бутылке, он надевает соломинки, а на другой — шар. Учёный наблюдает, что при контакте шара с наэлектризованным веществом соломинки отталкиваются. Это позволяет ему судить о степени заряженности материала. Существование напряжения Вольт доказал проведя следующий опыт. На электроскоп прибор регистрирующий заряд был надет медный и цинковый диск. Между ними проложен тонкий слой диэлектрика. На короткое время физик замыкал металлы между собой проволокой.

Лепестки на электроскопе немного раздвигались. Далее диски раздвигались на большее расстояние, при этом лепестки регистратора расходились ещё больше. Фактически это был первый эксперимент, позволяющий измерить, хотя и в грубой форме, напряжение.

В году английский учёный Майкл Фарадей открывает явление электромагнитной индукции, на котором впоследствии создаётся ряд электроизмерительных приборов. На катушку подавался электрический ток, в результате чего стрелка отклонялась от начального положения.

В этом же году был проведён Международный электротехнический конгресс, на котором были приняты обозначения электрических величин. Прибор, предназначенный для измерения разности потенциалов, был назван вольтметром, а напряжение стало измеряться в вольтах. Вольтметр — это устройство, относящееся к классу электроизмерительных приборов, предназначенное для измерения электродвижущей силы ЭДС на участке электрической линии. Другими словами, вольтметр показывает разность потенциалов напряжение между двумя точками электрической цепи.

Подключается он всегда параллельно к источнику тока или нагрузке. При измерении устройство не должно никоим образом воздействовать на параметры электрической цепи, поэтому идеальным считается прибор, имеющий бесконечно большое внутреннее сопротивление.

От этого параметра в первую очередь и зависит точность замеров. В зависимости от формы измеряемого сигнала, вольтметры разделяются на устройства, измеряющие постоянный или переменный ток.

Все приведенные приборы применяются в лабораториях и на производствах для наладки работы той или иной техники. В быту же и радиолюбительстве чаще используются вольтметры, умеющие измерять среднеквадратичное напряжение переменного и постоянного тока.

Поэтому все типы устройств, принято разделять на два вида: аналоговые и цифровые. Согласно единой системе конструкторской документации, на принципиальных и электрических схемах вольтметр принято обозначать в виде окружности, в середину которой вписывается латинская буква V.

Для оценки возможностей прибора принято использовать следующие технические характеристики:. Кроме технических параметров, определяющих назначение прибора, в описаниях вольтметра часто указываются его физические размеры. Связано это с тем, что все устройства по виду конструкции разделяют на три типа:. Первые обычно относятся к полупрофессиональным и любительским измерительным устройствам. Выглядят они в виде прямоугольных коробочек, сделанных из жёсткого пластика или карболита.

Все они работают от мобильных источников питания, аккумуляторов или батареек. Для удобства определения амплитудного значения сигнала в наборе с вольтметрами идёт съёмная пара щупов. Вторые запитываются от сети переменного напряжения, через встроенный в них блок питания.

Чаще всего это узкоспециализированные тестеры, обладающие высокой точностью измерений. Используют их в профессиональной сфере деятельности для контроля напряжения в важных точках электрической цепи. Третий же тип предназначен для использования в специально оборудованных шкафах для постоянного контроля величины напряжения. Обычно применяются в комплексе с защитными приборами. Такого вида вольтметром измеряют переменное однофазное или трёхфазное напряжение.

Отличительной чертой аналогового устройства является присутствие стрелочного индикатора. В основе принципа работы вольтметра такого типа лежит использование измерительной головки.

Конструктивно она выполняется в виде алюминиевого контура, помещённого в магнитное поле. Стрелка прибора и оси приклеивается к рамке, на которую намотана проволока.

Через пружины или растяжки, удерживающие стрелку в начальном положении, на конструкцию подаётся ток. В зависимости от величины его силы, магнитное поле воздействует на рамку с разной интенсивностью.

В итоге возникает крутящий момент, выводящий стрелку из нулевого состояния. Для устойчивого положения стрелки используются демпферы. Под указателем располагается шкала, отградуированная по эталонным приборам. Поэтому каждое положение стрелки соответствует своему значению напряжения.

Как только измерения заканчиваются, ток перестаёт поступать на измерительную головку и указатель под действием растяжек возвращается на своё первоначальное положение. Структурную схему аналогового прибора можно подставить в виде последовательной цепочки, состоящей из входного устройства, усилителя тока, детектора, измерительной головки.

Технические возможности вольтметра во многом определяются чувствительностью головки. К достоинствам аналогового прибора относят инерционность и невосприимчивость к помехам. Он идеально подходит для отображения динамики сигнала. Такой измеритель мгновенно показывает изменение вольтажа. Например, при вычислении напряжения с пульсациями, тестер, интегрируя их, показывает среднее значение. Расширить диапазон измерения можно применив добавочные сопротивления или шунты. Но при своих достоинствах стрелочные вольтметры характеризуются большой погрешностью и сложность в интерпретации результатов измерения.

Принцип действия цифрового вольтметра переменного тока, как и постоянного, основан на использовании аналогово-цифрового преобразователя АЦП. Измеряемый сигнал поступает на вход микросхемы, преобразовывающей его в набор импульсов, передающихся дальше в блок обработки для формирования кода. Трансформированный сигнал направляется на цифровое отсчётное устройство, а с него уже и на дисплей.

Точность замеров электронного вольтметра зависит от качества преобразования сигнала в цифровой код. Попадая на компаратор, сигнал разбивается на группы единиц и направляется в ячейки памяти, сохраняющих информацию. Если код подать напрямую, то на экране показания будут неустойчивыми. Дисплеем управляет свой контроллер, обеспечивающий вывод данных из памяти и засвечивающий сегменты дисплея.

К достоинствам цифрового вольтметра относят высокое внутреннее сопротивление, что делает его измерения очень точными. А также он оснащён электронным усилителем, позволяющим проводить замеры даже слабых сигналов. Результат измерений отображается на табло сразу в виде числа, поэтому нет необходимости высчитывать значение по шкалам. Электронный измеритель нечувствителен к магнитным полям и одинаково измеряет при любой полярности приложенного напряжения.

Чтобы провести измерения, вольтметр подключается с помощью измерительных щупов параллельно двум точкам, между которыми нужно измерить разность потенциалов. Принцип определения амплитуды будет одинаков для любого типа устройства. Порядок измерения напряжения можно представить в виде следующих действий:. Таким образом, при помощи вольтметра можно достаточно быстро измерить величину амплитуды между двумя точками электрической линии с любым типом сигнала.

Прибор имеет высокое собственное сопротивление, поэтому пользоваться им довольно безопасно. Содержание 1 История изобретения 2 Суть прибора 2. Оценок: 1. Как работает схема триггера на транзисторах.

Генератор из асинхронного двигателя своими руками. Принцип работы реле тока и виды устройств. Схема и описание процесса конденсаторной сварки своими руками. Электронный преобразователь напряжения с 12 В на В. Универсальный тестер-пробник для замеров тока и напряжения. Принцип действия и устройство магнитоуправляемого геркона. Устройство и принцип работы лампы накаливания. Добавить комментарий.

Нажмите, чтобы отменить ответ.

Вольтметр: описание прибора, принцип действия и назначение

Чтобы измерить силу тока в некоторой электрической цепи, существуют приборы, называемые амперметры. Они включаются в цепь по последовательной схеме. Внутреннее сопротивление амперметров очень мало, поэтому такое измерительное устройство не влияет на параметры электрического тока измеряемой цепи. Единицей измерения силы тока является ампер. Шкалы приборов могут градуироваться в различных долях ампера: микроамперах, миллиамперах и т. Соответственно такие приборы называют микроамперметрами, миллиамперметрами и т. Чтобы расширить пределы измерений, амперметры включают в цепь с применением трансформатора , либо в параллели с шунтом.

Вольтметр(амперметр)на микроконтроллере Attiny Как устроен компьютерный блок питания и как его запустить без компьютера Планировки .

Вольтметр. Устройство, принцип работы, виды и характеристики

Домашний мастер при ремонте квартиры своими руками сталкивается с необходимостью подключения светильников, розеток и выключателей по разным схемам. Такая деятельность требует выполнения электрических измерений и знания основных правил безопасности при работе под напряжением. Наши советы помогут вам оптимально выбрать мультиметр для этих целей и понять основные правила безопасной работы с ним как в бытовой электропроводке, так и для ремонта подключаемых к ней приборов. В материале статьи сравниваются два типа устройств измерителей: стрелочных аналоговых и цифровых. Это позволит оценить различные технологии замеров, сравнить их возможности, сделать выбор подходящей конструкции. Он позволяет определять:. Поясняющая картинка из интернета с человечками призвана объяснить взаимосвязь процессов, происходящих в электрике, которые позволяет анализировать мультиметры любой конструкции. Напряжение источника в вольтах старается пропихнуть ток в амперах через оказываемое ему противодействие сопротивлением в омах.

Вольтметр: принцип действия, как подключить и пользоваться

Существует большое количество разных измерительных приборов. Одним из часто используемых устройств как в быту, так и в профессиональной сфере деятельности, является вольтметр. Предназначен он для измерения значения напряжения в любой точке электрической сети. Промышленность изготавливает несколько типов таких измерителей, отличающихся друг от друга принципом работы.

Электростатические вольтметры измеряют истинное среднеквадратичное значение в вольтах.

Как устроен и работает стрелочный и цифровой мультиметр

В некоторых случаях их применение может быть более удобным и практичным, чем использование современных цифровых. Если в ваши руки попал стрелочный вольтметр, то желательно узнать его основные характеристики. Их легко определить по шкале и надписях на ней. В мои руки попал встраиваемый вольтметр М Внизу, под шкалой, как правило, есть несколько значков и указана модель прибора. Так, значок в виде подковы или изогнутого магнита означает, что это прибор магнитоэлектрической системы с подвижной рамкой.

Стрелочный вольтметр

Необходимость применения вольтметра возникает у большинства домовладельцев, автолюбителей, не говоря уже о радиолюбителях. Определить наличие напряжения в домашней сети при отсутствии света в доме, измерить вольтаж аккумуляторной батареи в случае её разряда, настроить собранную радиолюбителем конструкцию — во всех этих ситуациях без его использования не обойтись. Все вольтметры можно разделить по: принципу действия, назначению, способу применения и конструкции. Эти измерительные приборы являются устройствами прямого преобразования. Измеряемая величина в них преобразуется напрямую в показания на шкале устройства отсчёта. Она предназначена для визуальной оценки измеряемого напряжения. Шкала выглядит как последовательность отметок с числами и составляет неподвижную часть прибора. Расстояние между двумя соседними отметками — цена деления шкалы.

Вольтметр (вольт + греч. μετρεω «измеряю») — электроизмерительный прибор непосредственного отсчёта для определения напряжения или ЭДС в .

Электрика и электрооборудование, электротехника и электроника — информация! Вольтметры являются измерительными приборами, которые предназначены для измерения электродвижущей силы в электрической цепи на некотором ее участке, то есть, для измерения разности электрических потенциалов, которое называется напряжением. Единицей измерения этого параметра является Вольт. Такой измерительный прибор должен подключаться параллельно измеряемому участку или нагрузке.

Для измерения напряжения на полюсах источника тока или на каком-нибудь участке цепи применяют приборы, называемые вольтметрами. Многие вольтметры по внешнему виду очень схожи с амперметрами. Для отличия вольтметра от других электроизмерительных приборов на шкале вольтметра обычно, ставят букву V. На схемах вольтметр изображают кружком с буквой V внутри рис.

Вольтметр — измерительный прибор для считывания уровня электрического напряжения. Он подключается параллельно нагрузке или непосредственно к источнику напряжения U.

Регистрация Вход. Ответы Mail. Вопросы – лидеры Перестал работать Mi band 4 1 ставка. Роботы уничтожат ваши рабочие места? А разве понятие “эфир” можно всерьёз рассматривать в электронике? Задача по физике 1 ставка.

Вольтметр — измерительный прибор для считывания уровня электрического напряжения. Он подключается параллельно нагрузке или непосредственно к источнику напряжения U. Единица измерения напряжения — Вольт V.

электромагнетизм – Как вольтметр определяет напряжение?

Я не знаю, насколько общий ответ вам нужен, поэтому я начну с высокого уровня, а позже углублюсь в то, что такое напряжение и что на самом деле означает его измерение.

Я думаю, что ваш вопрос о цифровых вольтметрах (DVM), как они работают. Я предполагаю, что вы знаете, что когда у нас есть цифровой сигнал, мы можем обрабатывать его в электронном виде, чтобы выполнять любые арифметические и визуальные действия, необходимые для отображения некоторого значения на экране, поэтому я не буду это описывать.

Похоже, ваш вопрос касается получения этого цифрового представления в первую очередь из разности потенциалов. Цифровой вольтметр должен сначала получить цифровое представление аналоговой разности потенциалов, функция, выполняемая «аналогово-цифровым преобразователем» (АЦП). В электронном виде функция АЦП состоит в том, чтобы заставить заряды каким-то образом работать и измерять работу, которую они выполняют (см. Ниже). А пока я объясню в общих чертах процесс преобразования аналогового потенциала (любого напряжения) в набор цифровых потенциалов (высокого или низкого напряжения). Есть несколько способов сделать это, и я опишу два.

Первый — это «последовательное приближение», в котором мы используем умную цифровую электронику, чтобы угадать значение, а затем играем в игру «больше или меньше». Скажем, например, мы хотим измерить некоторый потенциал, который будет находиться в диапазоне от 0 В до 4 В. Наше первое предположение 2.000V. Мы создаем цифровое представление значения «2,000» и используем цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) для преобразования этого цифрового сигнала в аналоговый потенциал 2,000 В. Затем мы сравниваем это с нашим измеренным потенциалом, тест, который мы можем выполнить, используя операционный усилитель в качестве компаратора. Если наше предположение слишком низкое, старший бит нашего результата должен быть «1», который мы сохраняем в защелке (например, D-типа).

Затем увеличиваем наше предположение до середины оставшегося верхнего диапазона возможных значений (где-то от 2В до 4В), до 3.000В, и снова сравниваем. На этот раз мы обнаруживаем, что наша догадка слишком высока, и сохраняем следующий по значимости бит, «0». Сдвигаем наше предположение вниз к середине оставшегося возможного диапазона, к 2.500В, и снова тестируем. Повторяйте, пока не получите все нужные цифры.

Второй метод — это «интеграция», который намного проще понять. При этом используется цифровой счетчик, считающий в двоичном формате от нуля до любого количества битов точности, которое вы хотите. Мы используем ЦАП для преобразования этого двоичного значения в аналоговый потенциал и компаратор для определения того, выше или ниже этот потенциал, чем измеряемое напряжение. По мере того, как счетчик ведет отсчет от нуля вверх, потенциал на выходе ЦАП медленно растет. Продолжайте считать, пока выход компаратора не изменится, и в этот момент значение вашего счетчика будет двоичным представлением измеряемого напряжения! Магия!

Как работает ЦАП? Это сравнительно простой процесс суммирования напряжений пропорционально взвешенным двоичным битам. Например, для двоичного значения «1011» вы можете просто выполнить следующую сумму:

$$ (1 х 8 В) + (0 х 4 В) + (1 х 2 В) + (1 х 1 В) = 11V $$

Давайте углубимся в физику. Когда мы измеряем разность потенциалов, мы измеряем количество потенциальной энергии, которую электрические заряды, находящиеся в некоторой точке А цепи, имеют по отношению к зарядам в другой точке В. Учитывая средства передвижения, такой заряд будет перемещаться из А в B (или от B до A, в зависимости от полярности заряда), «совершая работу» при этом.

Под «совершением работы» я подразумеваю, что заряд будет взаимодействовать с окружающей средой во время своего движения, либо электрически, либо магнитно, в результате чего его потенциальная энергия преобразуется в какую-либо другую форму, такую ​​как тепло, свет или движение.

На практике инженеры никогда не думают в таких терминах, но я полагаю, полезно знать, что там происходит на самом деле, так что читайте дальше, если это вас интересует.

Чтобы измерить разность потенциалов между A и B, вы должны предоставить зарядам среду, через которую они проходят, и измерить работу, которую они совершают на пути из A в B через среду (или из B в A, опять же, в зависимости от полярности заряда) .

Задача вольтметра состоит в том, чтобы обеспечить такой путь, давая зарядам возможность выполнять работу, которую люди могут физически видеть, с целью использования этого физически видимого явления для измерения количества проделанной работы.

В гальванометре с подвижной катушкой, например, предлагаемый путь представляет собой катушку проволоки. Когда заряды проходят через катушку (движение, которое мы называем «электрическим током»), работа, которую они выполняют, заключается в создании магнитного поля, которое используется для отклонения подпружиненного постоянного магнита. Другими словами, потенциальная энергия зарядов расходуется на выполнение работы по физическому перемещению магнита. Величина отклонения отражает количество проделанной работы, которая, как мы теперь знаем, напрямую связана с потенциальной энергией, которую заряды потеряли («потратили») в своем путешествии, то, что мы называем разностью потенциалов или напряжением.

В DVM работа, выполняемая зарядами, более тонкая. Современные DVM используют МОП-транзисторы, которые имеют «затвор» и «канал». «Ворота» – это место накопления электронов, но, чтобы остаться там, электроны должны сначала преодолеть электростатическое отталкивание электронов, уже находящихся там, и близлежащих электронов в «канале» полевого МОП-транзистора. (Так работает конденсатор, а затвор полевого МОП-транзистора, по сути, представляет собой крошечный конденсатор). Это «работа», которую мы измеряем, потенциальная энергия, которую они тратят на преодоление этого отталкивания, чтобы занять область ворот.

Однако, оказавшись там, присутствие этих накопленных электронов затвора отталкивает и вытесняет электроны из канала. С меньшим количеством электронов, присутствующих в канале, для участия в электрическом токе сопротивление канала значительно увеличивается, что является значительным изменением по сравнению с крошечным количеством энергии, которое его спровоцировало.

Мы можем использовать это сопротивление канала как часть более крупной цепи, чтобы в конечном итоге получить любое напряжение или ток, которые мы хотим, в зависимости от измеряемой разности потенциалов, энергии, которая в первую очередь заполнила затвор зарядами.

Просто так:

Этот простейший вольтметр, который я знаю, это моя кожа. Если я приложу клеммы батареи PP3 к своему языку, я создаю путь для зарядов на одной клемме, чтобы двигаться к другой, через мой язык, и выполнять там работу по мере их перемещения. Большая часть работы, которую они выполняют, — это нагрев, но некоторая работа выполняется для ионизации соединений в нервной системе, что я ощущаю как покалывание. Сила покалывания связана с потенциальной энергией, расходуемой электронами при их путешествии по моему языку, что мы и подразумеваем под «напряжением».

Не делайте этого: я могу засунуть пальцы в электрическую розетку, обеспечивая проводящий путь и возможность для зарядов выполнять работу в моей руке (опять же сильный нагрев, но также и сильная ионизация, нервная стимуляция). Возникающие в результате спазмы и боль будут мерой разности потенциалов между живым и нейтральным. Не делай этого.

Другим способом измерения напряжения может быть использование резистора в качестве пути. В резисторах почти вся потенциальная энергия, которую заряд теряет при переходе от одного конца резистора к другому, тратится на создание тепла. Вы можете измерить скорость, с которой нагревается резистор, чтобы получить некоторое представление о разности потенциалов на резисторе.

измерение напряжения – Как работает вольтметр?

спросил 10 лет, 11 месяцев назад

Изменено 7 лет, 10 месяцев назад

Просмотрено 19 тысяч раз

\$\начало группы\$

Допустим, у меня есть схема с двухполюсным эквивалентом Тевенина, имеющая разность напряжений постоянного тока U и выходное сопротивление Ro. Что делает вольтметр? Я предполагаю, что у него есть внутреннее очень большое сопротивление (Rv), которое подключено параллельно к Ro. Но что измеряется по Рв и как?

• измерение напряжения

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Фактическое измерение можно выполнить различными способами.

Одним из наиболее традиционных является микроамперметр с подвижной катушкой, состоящий из обмотки на железном сердечнике, который вращается между полюсами постоянного магнита, работающего против силы пружины. Схема измерителя и селектор соединяют различные резисторы для масштабирования входного напряжения до крошечного тока. Грубый родственный инструмент можно сделать, намотав несколько витков провода на магнитный компас с пластиковым корпусом, при этом введенное поле образует векторную сумму с полем Земли и дает новый угол стрелки.

Следующей крупной разработкой стало использование лампового усилителя с высоким импедансом между тестируемой схемой и движением измерителя, что привело к созданию лампового вольтметра или VTVM. Позже лампу заменили полевым транзистором.

Третьим важным усовершенствованием будет замена механизма счетчика аналого-цифровым преобразователем. Обычно он состоит из компаратора, который сравнивает неизвестный вход с известным эталонным напряжением; либо последовательно, когда опорное напряжение изменяется цифро-аналоговым преобразователем в соответствии с алгоритмом поиска, либо путем зарядки конденсатора при измерении времени, либо для высокоскоростных приложений с использованием ряда компараторов и источников напряжения, действующих параллельно для получения более быстрого ответ (хотя эта форма, скорее всего, будет найдена в быстродействующем приборе, таком как осциллограф, чем в типичном цифровом мультиметре).

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Вольтметры измеряют напряжение, которое они видят после того, как нагрузят его своим «входным сопротивлением». Для счетчиков с электронной схемой это значение обычно находится в диапазоне 10 МОм. Таким образом, импеданс Ro напряжения источника и входной импеданс вольтметра образуют делитель напряжения, и вольтметр сообщает вам напряжение на выходе из этого делителя.

Пока импеданс напряжения источника существенно меньше входного импеданса вольтметра, вольтметр будет точно считывать напряжение. Вот почему более высокое входное сопротивление лучше для вольтметров. На практике большую часть времени нагрузка на что-либо с сопротивлением 10 МОм не изменит его напряжение до такой степени, которая вас волнует. Тем не менее, вы должны знать об ограничениях ваших инструментов, чтобы знать, когда они не дадут вам точных показаний.

\$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$

Вольтметр для расчета разности потенциалов между горячим проводом и нейтралью Поскольку ток течет от горячего к нейтральному 0-(-115)= 115 и 115 -0=115, нейтраль переменного тока остается на нуле, где горячий переходит от отрицательного горячего к положительному горячему.