Схема вольтметра: Принципиальная схема вольтметра

Принципиальная схема вольтметра

Определение и классификация. Электронным вольтметром называется прибор, показания которого вызываются током электронных приборов, т. Измеряемое напряжение управляет током электронных приборов, благодаря чему входное сопротивление электронных вольтметров достигает весьма больших значений и они допускают значительные перегрузки. Электронные вольтметры делятся на аналоговые и дискретные. В аналоговых вольтметрах измеряемое напряжение преобразуется в пропорциональное значение постоянного тока, измеряемое магнитоэлектрическим микроамперметром, шкала которого градуируется в единицах напряжения вольты, милливольты, микровольты. В дискретных вольтметрах измеряемое напряжение подвергается ряду преобразований, в результате которых аналоговая измеряемая величина преобразуется в дискретный сигнал, значение которого отображается на индикаторном устройстве в виде светящихся цифр.

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:

• Каталог радиолюбительских схем
• 12. Общая структурная схема цифрового вольтметра. Методы преобразования напряжения в цифровой вид.
• Вольтметры
• Какое постоянное напряжение приблизительно покажут оба вольтметра?
• Вы точно человек?
• Схемы вольтметров
• Электронные аналоговые приборы. Электронный вольтметр. Структурная схема и принцип действия.
• Аналоговые электронные вольтметры
• Аналоговые измерительные устройства

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Переделка Китайского трехпроводного светодиодного вольтметра

Каталог радиолюбительских схем

Вольтметр на PIC16F — статья, в которой расскажу о самостоятельной сборке цифрового вольтметра постоянного тока с пределом В. В статье приводится схема вольтметра на PIC16F, а также печатная плата и прошивка. Вольтметр использовал для организации индикации в лабораторном блоке питания. За основу конструкции взята схема автора Н. Сам автор очень щедрый и охотно делится своими разработками, как техническими, так и программными.

Однако одним из существенных недостатков его конструкций на мой взгляд является морально-устаревшая элементная база. Использование которой, в нынешнее время, не совсем разумно. Далее в статье я расскажу, как переделать вольтметр автора под современную элементную базу.

Правки будут внесены и в рабочую программу. Бегло пробегусь по основным узлам схемы. Микросхема DA1 — регулируемый стабилизатор напряжения, выходное напряжение которого регулируется подстроенным резистором R4. Такое решение не очень хорошее, так как для нормальной работы вольтметра необходим отдельный источник постоянного тока напряжением 8В. И это напряжение должно быть неизменным.

Если входное напряжение будет меняться, то и выходное напряжение будет изменяться, а это не допустимо. В моей практике такое изменение привело к перегоранию PIC16F – микроконтроллера. Резисторы R5-R6 — это делитель входного измеряемого напряжения. DD1 – микроконтроллер, HG1-HG3 — три отдельных семисегментных индикатора, которые собраны в одну информационную шину.

Применение отдельных семисегментных индикаторов сильно усложняют печатную плату. Такое решение тоже не очень хорошее. Да и потребление у АЛСА приличное. Тем самым удалось надежно стабилизировать рабочее напряжение микроконтроллера.

Еще один плюс такого решение – это возможность применения входного измеряемого напряжения для питания схемы.

Если, конечно, это напряжение больше 6В, но меньше 30В. Чтобы подключиться к входному напряжению, достаточно только замкнуть перемычку jamper.

Если сам стабилизатор сильно греется, его необходимо установить на радиатор. Резистор R4 совместно с конденсатором С3 – рекомендованы производителем, для надежного сброса микроконтроллера. Печатная плата вольтметра постоянного тока разрабатывалась с учетом воздействия возможных паразитных помех. На рисунке 3 показана печатная плата сторона проводников плата на рисунке не в масштабе.

Рисунок 4 —Плата печатная сторона размещения деталей плата на рисунке не в масштабе. Вольтметр, собранный из заведомо рабочих деталей, начинает работать сразу же и в наладке не нуждается. В отдельных случаях возникает необходимость подстроить точность измерения подбором резисторов R1 и R2.

Вольтметр, рассматриваемый в статье успешно прошел испытания в домашних условиях, проверялся в автомобиле с питанием от бортовой сети. Сбоев не было.

Может отлично подойти для длительного использования. Вольтметр на PIC16F статья. Архив с проектом. Фотографии вольтметра. Все права защищены. UA, полное или частичное использование материалов разрешается. Уважайте чужие труды! Не забывайте проставлять ссылки! Вольтметр на PIC16F Технические характеристики вольтметра: Дискретность отображения результата измерения 0,1В; Погрешность 0,1…0,2В; Напряжение питание вольтметра 7…20В.

Средний ток потребления 20мА За основу конструкции взята схема автора Н. На рисунке 1 показана принципиальная схема авторский вариант. Рисунок 1 — Авторский вариант схемы. На рисунке 2 показана переделанная принципиальная схема цифрового вольтметра. Рисунок 2 — Схема принципиальная вольтметра постоянного тока.

Теперь рассмотрим, какие изменения были внесены в схему. Резистор R3 был введен в схему, для надежной защиты от паразитных помех. Вместо трех отдельных семисегментных индикаторов был применен один общий. Для разгрузки отдельных ножек микроконтроллера были добавлены три транзистора. В таблице 1 можно ознакомиться со всем перечнем деталей и возможной их заменой на аналог. Подведу итоги. После всех изменений получился совсем не плохой цифровой вольтметр постоянного тока на микроконтроллере PIC16F, с пределом измерения В.

Всем кто будет повторять данный вольтметр, желаю исправных компонентов и удачи в изготовлении! Прочитано раз. Понравилась статья? Помоги и остальным о ней узнать!

Это просто. Недавно добавленные: Анонс изобретений. Собрал, запуск с полтыка, и это при том, что только начинаю осваивать схемы на микроконтроллерах. Программатор ExtraPic, шил ICprog, никаких проблем. Точность достаточна. Спасибо огромное! Собрал много штук и проблем не возникало. Можно взглянуть на плату? Верх, низ. Вот почта – support собака pichobby. Точку во втором разряде вольтметр показывает?

Джампер установили? Какие транзисторы использовали? Вышлите архивом на почту. Спасибо за проект, понравился. Но есть вопрос: – можно ли добавить яркости и равномерности свечения индикатору? Я применил индикатор Е, когда на сегменте 1 то в принципе яркость устраивает, а вот если 9 или 0 то светится менее ярко Какие транзисторы используете? Guest В архиве есть прошивки. Или Вам исходные коды нужны? Взял прошивку из архива и не смог прошить.

На асме глянул – включена библиотека для pic16f84, исправил, но MPLAB матерится при прошивании, что указанных адресов среди регистров нет, ICPROG тоже матерится говорит, что тактирующий генератор не выбран, при попытке выбора внутреннего генератора что-то шьет, но потом верификация не проходит и контроллер при считывании показывает нули кругом Такое впечатление, что файл заменен.

Сложно мне Вам подсказать. Сегодня посмотрел биты конфигурации в прошивке, все защиты отключены. С верификацией проблем не должно возникать. Скачал архив с сайта и проверил прошивку на сходство с моей резервной копией. Файлы идентичные! Не совсем понятно где Вы смотрите асм??? В архиве ведь только файл прошивки. И где нашли подключение библиотеки для pic16f84a?

Как у Вас получилось подправить файл прошивки? Опишите подробнее. Так вот уже в асме видно, что включена библиотека для pic16f А если не использовать ацп то как тогда можно что-то мерять А чем шьете Вы? Буду разбираться. У PIC16F есть калибровочная константа, которая хранится в последней ячейки памяти. Нормальный программатор её не затирает. Проверенно лично.

12. Общая структурная схема цифрового вольтметра. Методы преобразования напряжения в цифровой вид.

АЦП формирует на выходе напряжение от 0 до 5 В, а рабочие уровни напряжений на выводах последовательного порта составляют около 12 В. Интегральный стабилизатор 78L05 формирует напряжение 5 В из сигнала линии TD. Перед ним в схему включен импульсный диод D7. Принципиальная схема цифрового вольтметра.

Электронный вольтметр. Структурная схема и принцип действия. Высокие метрологические характеристики электро-механических измерительных.

Вольтметры

Рассмотрим принцип работы, структурные схемы и основные функциональные узлы аналоговых вольтметров прямого преобразования и сравнения. Более сложную структуру имеют преобразователи в вольтметрах остальных видов. Структурная схема аналогового вольтметра постоянного тока соответствует обобщенной схеме рис. В вольтметрах первой модификации рис. Наоборот, в вольтметрах второй модификации рис. Сравнивая структурные схемы рис. За счет изменения Рис. Тип детектора в структурных схемах рис. Как видно из рис. Если избирательность недостаточна, может быть применено двукратное, а иногда и трехкратное преобразование частоты.

Какое постоянное напряжение приблизительно покажут оба вольтметра?

При измерении постоянных напряжений в различных участках электронного устройства важно, чтобы подключение вольтметра к ним не вызывало заметного нарушения режима работы соответствующей электрической цепи. Поэтому вольтметр должен иметь достаточно большое входное сопротивление. Данному требованию удовлетворяют вольтметры, на входе которых установлены полевые транзисторы. Объясняется это тем, что у этих полупроводниковых приборов входное сопротивление может достигать десятков и даже сотен мегом.

Применение выпрямителей на полупроводниковых диодах в вольтметрах переменного тока с низким пределом измерений 0, Использование в таких приборах электронных усилителей, позволяющих линеаризовать Шкалу, ограничено необходимостью подведения питания.

Вы точно человек?

Добавить в избранное. Мощный лабораторный источник питания Цифровой индикатор уровня Схема чувствительного инерционного датчика Бегущие огни на трех гирляндах Тиристоры Шкальный индикатор стереосигнала Ручной реверсивный счетчик Охранный таймер. Ру – Все права защищены. Публикации схем являются собственностью автора. Схема цифрового вольтметра на микросхеме К Категория: Измерительные приборы При проектировании цифровых вольтметров или мультиметров большинство радиолюбителей операются либо на аналого-цифровые преобразователи серии КПВ, либо прибор строят по схеме частотомера с аналогоцифровым преобразователем “напряжение-частота” или “напряжение-период”.

Схемы вольтметров

При измерении постоянных напряжений универсальным вольтметром УВ входная величина через переключатель подаётся на вход преобразователя импеданса ПИ, входной сигнал которого при необходимости преобразуется масштабным преобразователем МП, нагрузкой которого является магнитоэлектрический микроамперметр. При измерении переменного напряжения измеряемая величина поступает на вход ПАЗ, а постоянное напряжение с выхода ПАЗ измеряется вольтметром постоянного тока. При создании универсальных вольтметров используются в основном схемы ПАЗ с закрытым входом, что объясняется независимостью напряжения на её выходе от постоянной составляющей напряжения на входе. Схема вольтметра постоянного тока состоит из пассивного масштабного преобразователя и преобразователя импеданса с выходом на магнитоэлектрический вольтметр. Масштабный преобразователь включает в себя два набора резисторов: первый R5-R8 вместе с переключателем П1—1 образует входной делитель напряжения, предназначенный для переключения верхних диапазонов измерения; второй RR15 составляет набор добавочных сопротивлений магнитоэлектрического вольтметра и вместе с переключателем П1—2 позволяет осуществлять переключение нижних диапазонов измерения. Микросхема А2 является операционным усилителем с дифференциальным входом. Для балансировки усилителя служит переменный резистор R11, подключенный через резисторы R9 и R10 к входам микросхемы А1. Усилитель охвачен единичной отрицательной обратной связью с выхода 5 микросхемы А2 на вход 6 микросхемы A1 , стабилизирующей характеристики усилителя и обеспечивающей требуемое высокое значение входного импеданса ПИ.

Вольтметр Вольтамперметр на PIC16F, Umax=99,9В; Imax=9,99A; эта конструкция мне понравилась несложной схемой и неплохая точность.

Электронные аналоговые приборы. Электронный вольтметр. Структурная схема и принцип действия.

Базовая схема вольтметра постоянного тока на микроконтроллере P89LPC В статье рассматривается способ измерения напряжения постоянного тока с использованием встроенного в микроконтроллер аналогового компаратора. Предложенная схема вольтметра постоянного тока использует минимальное количество внешних компонентов.

Аналоговые электронные вольтметры

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Как сделать амперметр из вольтметра

Добавить в избранное. Схема чувствительного инерционного датчика Бегущие огни на трех гирляндах Мелодичный квартирный звонок Схема усилителя высокой частоты – трансивера Высокочастотная приставка к частотомеру Схема брелка для электронного выключателя Ручной программатор Кодовый замок с акустичским управлением. Ру – Все права защищены. Публикации схем являются собственностью автора.

Вольтметр на PIC16F — статья, в которой расскажу о самостоятельной сборке цифрового вольтметра постоянного тока с пределом В.

Аналоговые измерительные устройства

Принцип работы цифровых измерительных приборов основан на дискретном и цифровом представлении непрерывных измеряемых физических величин. Упрощенная структурная схема цифрового вольтметра рис. Аналого-цифровой преобразователь преобразует аналоговый сигнал в цифровой, представляемый цифровом кодом. Процесс аналого-цифрового преобразования составляет сущность любого цифрового прибора, в том числе и вольтметра. Использование в АЦП цифровых вольтметров двоичнодесятичного кода облегчает обратное преобразование кода в десятичное число, отражаемое цифровым отсчетным устройством.

Цифровое отсчетное устройство регистрирует измеряемую величину. Управляющее устройство объединяет все узлы вольтметра.

Обобщенная структурная схема вольтметров прямого преобразования показана на рис. В качестве входного устройства могут использоваться делители и трансформаторы напряжения. В качестве ИП применяются преобразователи переменного сигнала в постоянный, усилители, детекторы и др. В качестве измерительного устройства могут использоваться различные приборы на основе измерительных механизмов чаще всего используется магнитоэлектрический прибор.

Схема Подключения Вольтметра – tokzamer.ru

Это смещение легко создать искусственно, добавив один резистор в схему, в результате прибор начнёт измерять от нуля. От клеммы требуется провести провод в салон к тому месту, где будет установлен прибор.

BY42A схема подключения

Микросхема СА3162Е для цифровых вольтметра и амперметра

То есть пределы измерения прибора зависят от величины добавочного резистора.

В сварочных трансформаторах используется обратный процесс — понижают напряжение для повышения сварочного тока.

Для того чтобы по показанию вольтметра определить напряжение на зажимах приемника энергии или генератора, необходимо его зажимы соединить с зажимами вольтметра так, чтобы напряжение на приемнике генераторе было равно напряжению на вольтметре рис. Вольтметр не работал никак вообще.

В приборах, рассчитанных на переменный ток , ток пропускается через специальным способом установленную проволоку, отчего она нагревается, тем самым меняет свой размер, что и отображает индикатор. На освободившейся контакт, со стороны подстроечника припаивается провод желаемой длины для пробы удобно мм и лучше красного цвета Выпаять СМД резистор Третье. Зато в течении следующих пяти минут, когда вся схема стала доступна обзору, всё—всё понял. И редко опускается ниже 6V, разве только падает до нуля при полном отключении.

В случае резкого падения показаний вольтметра появляется возможность принять соответствующие контрмеры и избежать непредвиденной остановки двигателя. С помощью второго двух пинового разъема на ампер — вольтметр подается питание, которое может быть в диапазоне от 4.

Принцип действия вольтметра в автомобиле

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. Но при пользовании этим блоком питания, напряжение на выходе, по прежнему, приходилось выставлять ориентируясь по показаниям мультиметра, включенным как вольтметр. Эти выводы тоже сделаны по схеме с открытым коллектором. В заключение фотоснимок устройства для зарядки аккумуляторов, изготовленного из компьютерного блока питания со встроенным вольтметром-амперметром.

Более техническое определение вольтметра звучит так: гальванометр с большой чувствительностью, значительным сопротивлением, оборудованный табло, на котором отображаются показатели разности потенциалов, или электровозбудительный показатель в вольтах. Если в блоке питания в цепь выходного тока поставить измерительный резистор величиной 0, Ома, то при протекании по нему тока в 1А, на измерительном резисторе упадет напряжение 0, В. 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. Подсоединение прибора выглядит так. Поэтому их можно подключать непосредственно к контактам замка зажигания без риска подгорания контактов.

Как подключить вольтамперметр к зарядному устройству — подборка схем

В целом прибором остался доволен, если бы стал собирать ампер-вольт метр сам, на МК, наверняка и размеры были бы больше, и по стоимости выше.

Пока оценок нет.

Крепится ампер — вольтметр с помощью четырех пластмассовых распорок находящихся попарно сверху и снизу. Верхний блок — зарядное устройство , нижний — электронная нагрузка.

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. Поэтому прибор реально работает в интервале Второй — схемотехнический.

Принципиальная схема вольтметра

Вернуться к оглавлению Интерпретация показаний прибора Установка вольтметра — это только первый шаг для получения контроля над состоянием аккумулятора и электрической системы автомобиля. Так через катушку прибора пройдет всегда лишь малая часть измеряемого тока, основная часть которого потечет через шунт, включенный в цепь последовательно. Вольтметр должен работать только при включенном зажигании. При подключении устройства в сеть постоянного тока на табло показывается полярность подключения.

Особенно часто такое случается в зимний период: на холоде разрядка происходит быстрее, да и наличие в машине обогревателя добавляет нагрузку на сеть. Его номинал должен быть небольшим, например, 5А Подробней о номиналах предохранителей — здесь. Параметры этого делителя такие же как в первой схеме, то есть для измерения в пределах

Вольтметр с выключателем

Сразу скажу, что схема моего прибора немного отличается. Дизайн и качества рассмотренных вольтметров вряд ли подойдут для красивого тюнинга. Принцип действия вольтметра в автомобиле Вольтметр представляет собой довольно простое по внутреннему строению устройство, основное предназначение которого — измерение напряжения в сети.

Что такое вольтметр и как работает вольтметр?

3 апреля 2021 г. 3 апреля 2021 г. by shabbusharma

Вольтметр измеряет разницу электрического потенциала между двумя точками, например, двумя точками в цепи. Вольтметр представляет собой устройство с двумя клеммами, одна из которых подключена к проводам, а другая к выводам.

Когда мы помещаем один конец свинца в одну из проверяемых точек, а другой конец в другую точку, прибор показывает разницу. Вольтметр — это прибор, используемый инженерами-электриками для диагностики и устранения неполадок в электрических цепях.

Содержание

Как работает вольтметр

Работа вольтметра

Измерение напряжения между двумя точками электрического тока может быть выполнено с помощью прибора, называемого вольтметр . Первый тип вольтметра – это вольтметр постоянного тока. Когда мы берем показания напряжения, вольтметр помещается на часть цепи, которая должна быть измерена.

Вольтметр постоянного тока имеет подковообразный магнит, к каждому концу которого прикреплен полукруглый кусок мягкого железа. Железо тоже магнитится. Железные концы магнита служат для направления магнитного поля в направлении небольшого железного цилиндра, расположенного между концами (или полюсами) магнита.

Используя свойство мягкого железа сильно намагничиваться, железный цилиндр фокусирует магнитное поле.

Цилиндр окружает прямоугольная рама с катушкой из медной проволоки, концы которой прикреплены к небольшим спиральным пружинам. К катушке прикреплена игла. По катушке протекает электрический ток, заставляющий иглу двигаться. Когда стрелка движется, она указывает на показания на циферблате, которые представляют собой напряжение.

Чтение

Когда вольтметр не используется, стрелка на циферблате указывает на ноль. Стрелка начинает двигаться, когда ток проходит через катушку, тогда магнитное поле создает силу на катушке.

Сила, вызванная электрическим током, протекающим через катушку, и магнитным полем магнита, заставляет катушку вращаться. Пружины, прикрепленные к концам катушки, противодействуют движению катушки, что служит для регулировки положения стрелки для указания правильного напряжения.

Идеальный вольтметр

Идеальный вольтметр представляет собой устройство с двумя клеммами, измеряющее напряжение между клеммами, где они могут быть подключены к цепи. В идеале вольтметр имеет бесконечное сопротивление. Он поляризован и указывает полярность, а также величину напряжения.

Ранние измерители были аналоговыми, основанными на гальванометрах со стрелками, которые электромагнитно отклонялись линейно при небольшом токе. Вольтметр на 1 вольт был сделан с гальванометром с чувствительностью, скажем, 1 мА и резистором на 1 кОм (так что при подаче 1 В протекал 1 мА).

Эти ранние приборы были заменены измерителями с полностью электронными усилителями, цифро-аналоговыми преобразователями и цифровыми дисплеями, которые имеют входной импеданс вольтметра в десятки мегаом или более и очень низкое последовательное сопротивление амперметра.

Обычно они объединены в один блок, мультиметр, который также может выполнять другие измерения (сопротивление, температура). Часто их называют цифровыми мультиметрами (DMM), и они могут поставляться в портативных версиях, которые являются легкими и недорогими и имеют точность 0,1% или выше, а также в более дорогих версиях для лабораторных настольных компьютеров с точностью 5 и 6 цифр.

Измерители переменного тока для измерения напряжения и тока переменного тока изготавливаются с использованием схем, называемых преобразователями переменного тока в постоянный, которые преобразуют напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока, пропорциональное среднеквадратичному содержанию переменного тока, методом статистического усреднения, который преобразуется в эквивалентную мощность нагрева.

21.4 Вольтметры и амперметры постоянного тока – Колледж физики

Резюме

• Объясните, почему вольтметр должен быть подключен параллельно цепи.
• Нарисуйте схему, показывающую правильное подключение амперметра к цепи.
• Опишите, как можно использовать гальванометр как вольтметр или амперметр.
• Найдите сопротивление, которое нужно включить последовательно с гальванометром, чтобы его можно было использовать как вольтметр с заданными показаниями.
• Объясните, почему измерение напряжения или тока в цепи никогда не может быть точным.

Вольтметры измеряют напряжение, тогда как амперметры измеряют ток. Некоторые счетчики в автомобильных приборных панелях, цифровых камерах, сотовых телефонах и тюнерах-усилителях являются вольтметрами или амперметрами. (См. рис. 1.) Внутренняя конструкция простейших из этих счетчиков и то, как они подключены к системе, которую они контролируют, дают дополнительные сведения о применении последовательных и параллельных соединений.

Рисунок 1. Датчики уровня топлива и температуры (крайний правый и крайний левый, соответственно) в этом Volkswagen 1996 года — это вольтметры, которые регистрируют выходное напряжение «передатчиков», которое, как мы надеемся, пропорционально количеству бензина в баке и температура двигателя. (кредит: Кристиан Гирсинг)

вольтметра подключены параллельно любому устройству, напряжение которого нужно измерить. Параллельное соединение используется потому, что параллельные объекты испытывают одинаковую разность потенциалов. (См. рис. 2, где вольтметр обозначен символом V.)

Амперметры подключаются последовательно к устройству, ток которого измеряется. Последовательное соединение используется потому, что последовательно соединенные объекты имеют одинаковый ток, проходящий через них. (См. рис. 3, где амперметр обозначен символом А.)

Рисунок 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 непосредственно через ЭДС без учета его внутреннего сопротивления, р . (b) Используемый цифровой вольтметр. (кредит: Messtechniker, Wikimedia Commons) Рис. 3. Амперметр (A) подключен последовательно для измерения тока. Весь ток в этой цепи протекает через счетчик. Амперметр будет иметь такое же показание, если он будет расположен между точками d и e или между точками f и a, как показано на рисунке. (Обратите внимание, что заглавная буква E обозначает ЭДС, а r обозначает внутреннее сопротивление источника разности потенциалов.)

Аналоговые счетчики имеют стрелку, которая поворачивается, указывая на числа на шкале, в отличие от цифровых счетчиков , которые имеют числовые показания, подобные ручному калькулятору. Сердцем большинства аналоговых счетчиков является устройство, называемое гальванометром , обозначаемым буквой G. Ток, протекающий через гальванометр, $latex \boldsymbol{I_{\textbf{G}}}$, вызывает пропорциональное отклонение стрелки. (Это отклонение происходит из-за силы магнитного поля, действующей на проводник с током.)

Двумя важнейшими характеристиками данного гальванометра являются его сопротивление и чувствительность к току. Чувствительность по току – это ток, который дает полное отклонение стрелки гальванометра, максимальный ток, который может измерить прибор. Например, гальванометр с токовой чувствительностью $latex \boldsymbol{50 \;\mu \textbf{A}} $ имеет максимальное отклонение стрелки, когда $latex \boldsymbol{50 \;\mu \textbf{A} } $ проходит через него, читается наполовину, когда $latex \boldsymbol{25 \;\mu \textbf{A}} $ проходит через него, и так далее.

Если такой гальванометр имеет $латексное \boldsymbol{25 – \;\Omega}$ сопротивление, то напряжение всего $латексное \boldsymbol{V = IR = (50 \;\mu \textbf{A}) (25 \;\Omega) = 1,25 \;\textbf{мВ}} $ дает полномасштабное показание. Подключая 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 можно использовать гальванометр в качестве вольтметра, подключив его последовательно с большим сопротивлением $latex \boldsymbol{R} $. Значение сопротивления $latex \boldsymbol{R} $ определяется максимальным измеряемым напряжением. Предположим, вы хотите, чтобы напряжение 10 В вызывало полное отклонение вольтметра, содержащего $латексный \boldsymbol{25 – \;\Omega} $ гальванометр с $латексным \boldsymbol{50 – \;\mu \textbf{A}} $ чувствительность. Тогда 10 В, подаваемые на счетчик, должны давать ток $latex \boldsymbol{50 \;\mu \textbf{A}} $. Общее сопротивление должно быть

$latex \boldsymbol{R_{\textbf{tot}} = R + r =} $ $latex \boldsymbol{=} $ $latex \boldsymbol{=200 \;\textbf{k} \Omega \;\textbf{ , или}} $

$латекс \boldsymbol{R = R_{\textbf{tot}} – r = 200 \;\textbf{k} \Omega – 25 \;\Omega \примерно 200 \;\textbf{k} \Omega} $

($latex \boldsymbol{R} $ настолько велик, что сопротивлением гальванометра, $latex \boldsymbol{r} $, можно пренебречь). латекс \boldsymbol{25 – \;\mu \textbf{A}} $ ток через счетчик, поэтому показания вольтметра, как и требуется, пропорциональны напряжению.

Этот вольтметр бесполезен при напряжении менее половины вольта, потому что отклонение измерителя будет небольшим и его трудно будет точно считывать. Для других диапазонов напряжения последовательно с гальванометром включают другие сопротивления. Многие счетчики имеют выбор шкалы. Этот выбор включает последовательное включение соответствующего сопротивления с гальванометром.

Рис. 4. Большое сопротивление R , включенное последовательно с гальванометром Г, дает вольтметр, отклонение которого на полную шкалу зависит от выбора Р . Чем больше измеряемое напряжение, тем больше должно быть R . (Обратите внимание, что r представляет собой внутреннее сопротивление гальванометра.)

Гальванометр как амперметр

Тот же гальванометр можно также превратить в амперметр, поместив его параллельно с небольшим сопротивлением $латекс \boldsymbol{R} $, часто называемым шунтовым сопротивлением , как показано на рисунке 5. Поскольку шунтирующее сопротивление мало, через него проходит большая часть тока, что позволяет амперметру измерять токи, намного большие, чем те, которые вызывают полное отклонение гальванометра.

Допустим, например, нужен амперметр, дающий полное отклонение на 1,0 А, и содержащий тот же $латексный \boldsymbol{25 – \;\Omega} $ гальванометр с его $латексным \boldsymbol{50 – \; \mu \textbf{A}} $ чувствительность. Поскольку $latex \boldsymbol{R} $ и $latex \boldsymbol{r} $ соединены параллельно, напряжение на них одинаково.

Эти капли $latex \boldsymbol{IR} $ являются $latex \boldsymbol{IR = I_Gr} $, так что $latex \boldsymbol{IR = \frac{I_G}{I} = \frac{R}{r}} $ . Находя $latex \boldsymbol{R} $ и учитывая, что $latex \boldsymbol{I_G} $ есть $latex \boldsymbol{50 \;\mu \textbf{A}} $, а $latex \boldsymbol{I} $ есть 0,9{-3} \;\Омега}. $

Рис. 5. Небольшое шунтирующее сопротивление R , помещенное параллельно с гальванометром G, дает амперметр, отклонение на полную шкалу которого зависит от выбора R . Чем больше измеряемый ток, тем меньше должны быть R . Большая часть тока ( I ), протекающего через счетчик, шунтируется через R для защиты гальванометра. (Обратите внимание, что r представляет собой внутреннее сопротивление гальванометра.) Амперметры также могут иметь несколько шкал для большей гибкости в применении. Различные масштабы достигаются включением различных шунтирующих сопротивлений параллельно с гальванометром — 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 схему. В идеале вольтметры и амперметры не оказывают заметного влияния на цепь, но полезно изучить обстоятельства, при которых они влияют или не влияют.

Сначала рассмотрим вольтметр, который всегда ставится параллельно измеряемому устройству. Через вольтметр протекает очень небольшой ток, если его сопротивление на несколько порядков больше, чем сопротивление устройства, и поэтому на цепь не оказывается заметного влияния. (См. рис. 6(а).) (Большое сопротивление, соединенное параллельно с малым, имеет суммарное сопротивление, практически равное малому.) Если, однако, сопротивление вольтметра сравнимо с сопротивлением измеряемого устройства, то два параллельно имеют меньшее сопротивление, заметно влияя на цепь. (См. рис. 6(b).) Напряжение на устройстве не такое, как если бы вольтметр не был включен в цепь.

Рисунок 6. (a) Вольтметр, сопротивление которого значительно превышает сопротивление устройства ( R _{Вольтметр} >> R ), с которым он соединен параллельно, создает параллельное сопротивление, практически такое же, как и устройство, и не оказывает заметного влияния измеряемая цепь. (b) Здесь вольтметр имеет то же сопротивление, что и устройство ( R _{Вольтметр} ≅ R ), так что параллельное сопротивление вдвое меньше, чем при неподключенном вольтметре. Это пример существенного изменения схемы, которого следует избегать.

Амперметр включен последовательно в измеряемую ветвь цепи, так что его сопротивление добавляется к этой ветви. Обычно сопротивление амперметра очень мало по сравнению с сопротивлениями устройств в цепи, поэтому лишнее сопротивление незначительно. (См. рис. 7(а).) Однако, если используются очень малые сопротивления нагрузки или если сопротивление амперметра не такое низкое, как должно быть, то общее последовательное сопротивление будет значительно больше, а ток в ответвлении составит измеряемое уменьшается. (См. рис. 7(b).)

При неправильном подключении амперметра может возникнуть практическая проблема. Если бы он был подключен параллельно резистору для измерения тока в нем, вы могли бы повредить счетчик; низкое сопротивление амперметра позволило бы большей части тока в цепи проходить через гальванометр, и этот ток был бы больше, поскольку эффективное сопротивление меньше.

Рисунок 7. (a) Обычно амперметр имеет настолько малое сопротивление, что общее последовательное сопротивление в измеряемой ветви не увеличивается заметно. Схема практически не изменилась по сравнению с отсутствием амперметра. (б) Здесь сопротивление амперметра такое же, как сопротивление ответвления, так что общее сопротивление удваивается, а ток вдвое меньше, чем без амперметра. Этого значительного изменения схемы следует избегать.

Одним из решений проблемы помех вольтметров и амперметров в измеряемых цепях 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, точность измерений которых составляет несколько процентов. Обратите внимание, что неточность возникает из-за изменения схемы, а не из-за неисправности счетчика.

Connections: Limits to Knowledge

Выполнение измерения изменяет измеряемую систему таким образом, что возникает неопределенность в измерении. Для макроскопических систем, таких как схемы, обсуждаемые в этом модуле, изменение обычно можно сделать пренебрежимо малым, но полностью устранить его нельзя. Для субмикроскопических систем, таких как атомы, ядра и более мелкие частицы, измерение изменяет систему таким образом, что ее нельзя сделать произвольно малой. Это фактически ограничивает знание системы — даже ограничивает то, что природа может знать о себе. Мы увидим глубокие последствия этого, когда принцип неопределенности Гейзенберга будет обсуждаться в модулях по квантовой механике. 96} $.

PhET Explorations: Набор для построения схемы (только DC), виртуальная лаборатория

Стимулируйте нейрон и следите за тем, что происходит. Делайте паузы, перематывайте назад и двигайтесь вперед во времени, чтобы наблюдать за движением ионов через мембрану нейрона.

Рис. 8. Комплект для построения схемы (только для постоянного тока), виртуальная лаборатория

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

Задача Упражнения

1: Какова чувствительность гальванометра (т. е. какой ток дает полное отклонение) внутри вольтметра, имеющего $latex \boldsymbol{1.00 – \;\textbf{M} \ Сопротивление Omega} $ по шкале 30,0 В?

2: Какова чувствительность гальванометра (то есть какой ток дает полное отклонение) внутри вольтметра, имеющего $latex \boldsymbol{25. 0 – \;\textbf{k} \Omega} $ сопротивление по шкале 100 В?

3: Найдите сопротивление, которое нужно включить последовательно с гальванометром $latex \boldsymbol{25,0 – \;\Omega} $, имеющим $latex \boldsymbol{50,0 – \;\mu \textbf{A}} $ чувствительность (такая же, как обсуждалась в тексте), чтобы можно было использовать его в качестве вольтметра с полным отсчетом 0,100 В.

4: Найдите сопротивление, которое необходимо включить последовательно с гальванометром $latex \boldsymbol{25,0 – \;\Omega} $, имеющим $latex \boldsymbol{50,0 – \;\mu \textbf{A}} $ чувствительность (такая же, как рассмотренная в тексте), позволяющая использовать его в качестве вольтметра с полным отсчетом 3000 В. Включите принципиальную схему с вашим решением.

5: Найдите сопротивление, которое необходимо подключить параллельно гальванометру $latex \boldsymbol{25,0 – \;\Omega} $ с чувствительностью $latex \boldsymbol{50,0 – \;\textbf{A}} $ (такой же, как обсуждаемый в тексте), чтобы его можно было использовать в качестве амперметра с полным отсчетом 10,0 А. Включите принципиальную схему с вашим решением.

6: Найдите сопротивление, которое необходимо подключить параллельно гальванометру $latex \boldsymbol{25,0 – \;\Omega} $, имеющему $latex \boldsymbol{50,0 – \;\mu \textbf{A}} $ чувствительность (такая же, как рассмотренная в тексте), чтобы можно было использовать его в качестве амперметра с полным отсчетом 300 мА.

7: Найдите сопротивление, которое нужно включить последовательно с гальванометром $latex \boldsymbol{10.0 – \;\Omega} $, имеющим $latex \boldsymbol{100 – \;\mu \textbf{A}} $ чувствительность, чтобы его можно было использовать в качестве вольтметра с: (а) показанием полной шкалы 300 В и (б) показанием полной шкалы 0,300 В.

8: Найдите сопротивление, которое необходимо подключить параллельно $латексному \boldsymbol{10.0 – \;\Omega} $ гальванометру, имеющему $латексный \boldsymbol{100 – \;\mu \textbf{A}} $ чувствительность, чтобы его можно было использовать в качестве амперметра с: (a) показанием полной шкалы 20,0 А и (b) полномасштабным показанием 100 мА.

9: Предположим, вы измеряете напряжение на клеммах щелочного элемента на 1,585 В, имеющего внутреннее сопротивление $latex \boldsymbol{0,100 \;\Omega} $, поместив $latex \boldsymbol{1,00 – \;\textbf {k} \Omega} $ вольтметр на его клеммах. (См. рис. 11.) а) Какой ток течет? (b) Найдите напряжение на клеммах. в) Чтобы увидеть, насколько близко измеренное напряжение на клеммах к ЭДС, рассчитайте их отношение.

Рисунок 11.

10: Предположим, вы измеряете напряжение на клеммах литиевого элемента на 3,200 В, имеющего внутреннее сопротивление $latex \boldsymbol{5,00 \;\Omega} $, поместив $latex \boldsymbol{1,00 – \;\textbf{k} \Omega} $ вольтметр на его выводах. а) Какой ток течет? (b) Найдите напряжение на клеммах. в) Чтобы увидеть, насколько близко измеренное напряжение на клеммах к ЭДС, рассчитайте их отношение.

11: Определенный амперметр имеет сопротивление $latex \boldsymbol{5,00 \times 10^{-5} \;\Omega} $ по шкале 3,00 A и содержит $latex \boldsymbol{10,0 – \ ;\Omega} $ гальванометр. Какова чувствительность гальванометра?

12: Вольтметр $latex \boldsymbol{1.00 – \;\textbf{M} \Omega} $ подключен параллельно $latex \boldsymbol{75.0 – \;\textbf{k} \Omega} $ резистор в цепи. а) Нарисуйте схему соединения. б) Чему равно сопротивление комбинации? (c) Если напряжение на комбинации остается таким же, как и на одном резисторе $latex \boldsymbol{75,0 – \;\textbf{k} \Omega} $, на сколько процентов увеличится ток? (d) Если ток через комбинацию остается таким же, как и через резистор $latex \boldsymbol{75,0 – \;\textbf{k} \Omega} $, на сколько процентов уменьшается напряжение? (e) Являются ли существенными изменения, обнаруженные в частях (c) и (d)? Обсуждать.

13: Латексный \boldsymbol{0,0200 – \;\Omega} $ амперметр включен в цепь последовательно с $латексным \boldsymbol{10,00 – \;\Omega} $ резистором. а) Нарисуйте схему соединения. (b) Рассчитайте сопротивление комбинации. (c) Если напряжение остается таким же на всей комбинации, как и на одном резисторе $latex \boldsymbol{10. 00 – \;\Omega} $, на сколько процентов уменьшится ток? (d) Если ток поддерживается таким же через комбинацию, как и через резистор $latex \boldsymbol{10.00 – \;\Omega} $, на сколько процентов увеличится напряжение? (e) Являются ли существенными изменения, обнаруженные в частях (c) и (d)? Обсуждать.

14: Необоснованные результаты

Предположим, у вас есть гальванометр $latex \boldsymbol{40,0 – \;\Omega} $ с чувствительностью $latex \boldsymbol{25,0 – \;\mu \textbf{A}} $. а) Какое сопротивление вы бы включили с ним последовательно, чтобы его можно было использовать в качестве вольтметра с полным отклонением 0,500 мВ? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какие предположения ответственны?

15: Необоснованные результаты

(a) Какое сопротивление вы бы подключили параллельно $латексному \boldsymbol{40,0 – \;\Omega} $ гальванометру, имеющему
$latex \boldsymbol{25.0 – \;\mu \textbf{A}} $ чувствительность, позволяющая использовать его в качестве амперметра с полным отклонением для $latex \boldsymbol{10.