Jak zjistit, jaké napětí ukazuje voltmetr?

Ahoj všichni, dnes se v kurzu „Základy elektroniky“ podíváme na hlavní způsoby měření proudu, napětí a dalších parametrů elektrických obvodů. Samozřejmostí jsou základní měřicí přístroje, jako např voltmetr и ampérmetr.

Měření proudu. Ampérmetr.

A začneme měřením proudu. Zařízení používané pro tyto účely se nazývá ampérmetra je zapojen do série do obvodu. Podívejme se na malý příklad:

Jak vidíte, zde je napájecí zdroj připojen přímo k rezistoru představujícímu užitečnou zátěž. Navíc obvod obsahuje ampérmetr zapojený do série s rezistorem. Podle Ohmova zákona je proudová síla v daném obvodu:

I = frac = frac = 0.12

Získali jsme hodnotu rovnou 0.12 A, která se přesně shoduje s praktickým výsledkem, který předvedl ampérmetr v obvodu Důležitým parametrem tohoto zařízení je jeho vnitřní odpor r_A. Proč je to tak důležité? Přesvědčte se sami – při absenci ampérmetru se proud určuje podle Ohmova zákona, jak jsme počítali o něco vyšší. Ale pokud je v obvodu ampérmetr, proud se změní, protože se změní celkový odpor, a dostaneme následující hodnotu:

Pokud by byl ampérmetr naprosto ideální a jeho odpor byl nulový, pak by to nemělo žádný vliv na činnost elektrického obvodu, jehož parametry je třeba měřit, ale v praxi to tak úplně neplatí a odpor zařízení není roven 0. Odpor ampérmetru je samozřejmě dostatečný je malý (jelikož výrobci se ho snaží co nejvíce snížit), takže v mnoha příkladech a úlohách je opomíjen, ale nezapomeňte, že stále existuje a není -nula. Když se mluví o měření proudu Nelze nezmínit metodu, která umožňuje rozšířit limity, ve kterých může ampérmetr pracovat. Tato metoda zahrnuje připojení bočníku (rezistoru) s určitým odporem paralelně k ampérmetru:

V tomto vzorci je n bočníkový koeficient – číslo, které ukazuje, kolikrát se zvýší limity, ve kterých může ampérmetr provádět svá měření. Možná se to všechno nemusí zdát úplně jasné a logické, proto se nyní podíváme na praktický příklad, který nám pomůže vše pochopit. Nechť je maximální hodnota, kterou může ampérmetr naměřit, 1 A. A obvod, ve kterém potřebujeme určit sílu proudu, má následující tvar:

Rozdíl od předchozího obvodu je v tom, že napětí zdroje energie v tomto obvodu je 100krát větší, takže proud v obvodu se zvýší a bude se rovnat 12 A. Napětí 1200 V se bere pouze pro pro příklad v tom není skrytý praktický význam) Takže kvůli omezení maximální hodnoty měřeného proudu nebudeme moci přímo používat náš ampérmetr. Takže pro takové úkoly musíte použít další bočník:

V tomto problému potřebujeme změřit proud I. Předpokládáme, že jeho hodnota překročí maximální přípustnou hodnotu pro použitý ampérmetr, proto do obvodu přidáme další prvek, který bude fungovat jako bočník. Chceme zvýšit meze měření ampérmetru 25krát, to znamená, že zařízení bude ukazovat hodnotu, která je 25krát menší než hodnota měřeného proudu. Stačí vynásobit odečty přístroje nám známým číslem a dostaneme požadovanou hodnotu. Abychom tuto myšlenku realizovali, musíme paralelně s ampérmetrem umístit bočník a jeho odpor se musí rovnat hodnotě, kterou určíme pomocí vzorce:

V tomto případě n = 25, ale všechny výpočty provedeme v obecné podobě, abychom ukázali, že hodnoty mohou být naprosto libovolné, princip posunu bude fungovat stejně. Takže od té doby napětí na bočníku a na ampérmetru jsou stejná, můžeme napsat první rovnici:

I_Аmedspace r_А = I_Rmedspace R

Vyjádřeme bočník proudem ampérmetru:
I_R = I_Аmedspace frac
Měřený proud je:

I = I_R + I_A

Do této rovnice dosadíme předchozí výraz pro bočníkový proud:
I = I_A + I_Аmedspace frac
Ale známe také odpor bočníku (R = frac ). V důsledku toho dostaneme:

I = I_Аmedspace (1 + fracenspace) = I_Аmedspace n

Takže jsme dostali, co jsme chtěli. Hodnota, kterou bude ampérmetr v tomto obvodu ukazovat, bude nkrát menší než síla proudu, jejíž hodnotu je potřeba změřit. S aktuální měření v obvodu je vše jasné, přejděme k další otázce, a to určení napětí.

Měření napětí. Voltmetr.

Zařízení určené k měření napětí se nazývá voltmetr. A na rozdíl od ampérmetru je připojen k obvodu paralelně k části obvodu, ve které je třeba určit napětí. A opět, na rozdíl od ideálního ampérmetru, který má nulový odpor, by měl být odpor ideálního voltmetru roven nekonečnu. Pojďme zjistit, s čím to souvisí:

Pokud by v obvodu nebyl voltmetr, proud přes odpory by byl stejný a byl by určen Ohmovým zákonem takto:

I_1 = I_2 = frac = frac = 1

Aktuální hodnota by tedy byla 1 A a napětí na rezistoru 2 by se tedy rovnalo 20 V. To je vše jasné, ale nyní chceme toto napětí změřit voltmetrem a zapnout jej paralelně s R_2. Pokud by byl odpor voltmetru nekonečně velký, pak by jím prostě neprocházel žádný proud (I_B = 0) a zařízení by na původní obvod nemělo žádný vliv. Ale protože r_B má konečnou hodnotu a nerovná se nekonečnu, proud bude protékat voltmetrem. V tomto ohledu již nebude napětí na rezistoru R_2 stejné, jako by bylo bez měřicího zařízení. Ideální by proto byl voltmetr, kterým by neprocházel žádný proud. Stejně jako u ampérmetru existuje speciální metoda, která umožňuje zvýšit meze měření napětí voltmetru. K tomu je nutné zapojit do série se zařízením další odpor, jehož hodnota je určena vzorcem:

R_Д = r_Вmedspace (nmedspace-medspace 1)

To způsobí odečty voltmetr bude n krát menší než hodnota naměřeného napětí. Jako obvykle se podívejme na malý praktický příklad:

Zde jsme do obvodu přidali další odpor R_3. Naším úkolem je změřit napětí na rezistoru R_2:medspace U_2 = R_2medspace I_2. Pojďme určit, jaký výsledek nám voltmetr dá, když je zapnutý tímto způsobem:

U_2 = I_2medspace R_2 = U_B + I_Bmedspace R_3

Dosadíme výraz pro výpočet odporu přídavného rezistoru do tohoto vzorce:

U_2 = U_B + I_Bmedspace (r_Bmedspace (nmedspace-medspace 1)) = U_B + I_Bmedspace r_Bmedspace nmedspace-medspace I_Bmedspace r_B = U_B + U_Bmedspace nmedspace-medspace U_B = n_Bmedspace

Tedy: U_B = frac . To znamená, že hodnoty voltmetru budou nkrát menší než hodnota napětí, kterou jsme naměřili. Takže pomocí této metody je možné výrazně zvýšit meze měření voltmetru. Na závěr článku pár slov o měření odporu a výkonu. K vyřešení obou problémů je možné použít ampérmetr a voltmetr dohromady. V předchozích článcích (o výkonu a odporu) jsme se podrobně zabývali pojmy odpor a výkon a jejich vztah k napětí a odporu, takže když známe proud a napětí elektrického obvodu, můžeme vypočítat parametr, který potřebujeme. Kromě toho existují speciální zařízení, která vám umožňují měřit odpor části obvodu (ohmmetr) a výkon (wattmetr). Obecně platí, že je to pravděpodobně konec dneška, zůstaňte naladěni!

K měření střídavého nebo stejnosměrného napětí v obvodech střídavého a stejnosměrného proudu se používá zařízení zvané voltmetr. Protože napětí je přítomno mezi různými body v obvodu nebo na pólech zdroje napětí, je voltmetr vždy připojen paralelně k části zkoumaného obvodu nebo paralelně ke svorkám zdroje napětí.

Voltmetr můžete samozřejmě zapnout sériově, v otevřeném obvodu, ale pak bude měřeno zdrojové napětí, a ne na části obvodu, protože obvod bude otevřený a voltmetr samotný má velmi vysokou vnitřní odpor.

Voltmetry jsou vyráběny jak jako samostatné elektrické měřicí přístroje, tak jako jedna z funkcí multimetrů. Vstupní obvod moderního voltmetru obvykle obsahuje rezistor o hodnotě asi megaohm, zapojený do série s elektronickým měřicím obvodem.

Voltmetr jako samostatné měřicí zařízení nebo jako jedna z funkcí multimetru má několik rozsahů měření napětí. Rozsah se volí pomocí přepínače umístěného na předním panelu zařízení.

Obvykle na multimetru můžete vybrat jednu z následujících hodnot (maximální hodnota pro rozsah): 200 mV, 2000 2 mV (20 V), 200 V, 600 V, XNUMX V atd. Multimetry mají obvykle schopnost měřit stejnosměrné a střídavé napětí. Typ napětí se volí také na stupnici spínače.

Pro měření proudu a napětí mají multimetry dvě samostatné zásuvky pro připojení sond: jedna zásuvka pro měření napětí, druhá zásuvka pro měření proudu. Třetím je společný vodič, který zůstává na svém místě bez ohledu na to, co se měří, proud nebo napětí.

Připojte sondy k odpovídajícím zdířkám multimetru nebo voltmetru. Zapněte zařízení a přepněte jej do režimu měření napětí výběrem typu napětí a rozsahu pomocí přepínače. Pokud je rozsah neznámý, měli byste začít s největší dostupnou hodnotou na stupnici přepínače, poté ji můžete snížit.

Schéma zapojení pro voltmetr pro měření úbytku napětí na žárovce:

Připojte sondy (pozor!) tak, aby bylo zařízení připojeno k požadovaným bodům v obvodu, mezi kterými chcete měřit napětí. Po několika sekundách přístroj zobrazí na svém displeji efektivní hodnotu měřeného napětí.

Pokud je rozsah 600V nebo více, naměřené napětí se zobrazí ve voltech. Pokud je rozsah například 2000 mV nebo 200 mV (řádová velikost napětí, ale v zásadě se mohou hodnoty na stupnici od těchto lišit), pak se na displeji zobrazí hodnoty v milivoltech.

Pokud je měřeno stejnosměrné napětí, může se na displeji v závislosti na jeho polaritě a správném umístění sond zobrazit číslo se znaménkem mínus.

To znamená, že by měly být zaměněny červené a černé sondy, protože červená sonda je určena k instalaci na kladný pól a černá sonda na záporný pól ve vztahu ke zdroji konstantního napětí, který je instalován v testovaném obvodu.

Voltmetr (nebo multimetr), který není určen k měření vysokofrekvenčních napětí nebo napětí vyšších, než je maximum na jeho stupnici, snadno selže, pokud se s ním pokusíte měřit vysokofrekvenční nebo vyšší napětí. V dokumentaci k přístroji je vždy uveden druh proudu a maximální přípustné parametry napětí, které s ním lze měřit.

Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře