Вольтметр-измеряем напряжение. Назначение, принцип работы, типы. Вольтметр — назначение, как с ним работать, где применять

Первый учёный, который сконструировал и создал достаточно мощную электрическую батарею постоянного тока, был известный итальянский физик Александро Вольта. Эта батарея получила название «вольтов столб» и состояла из нескольких тысяч кружочков из цинка и меди, которые разделялись пропитанными в соляной кислоте матерчатыми прокладками. Он использовал батареи с большим или меньшим количеством элементов. Маленькие батареи давали слабую искру, большие батареи сильную и яркую.

Для измерения напряжения или разности потенциалов используется прибор, который называется вольтметр. На снимке изображён щитовой стрелочный вольтметр , который может монтироваться на щите управления, какого либо устройства. Он используется только для измерения конкретной величины напряжения на одном из узлов данного устройства. Тот вольтметр, что изображён на фото, применяется для измерения постоянного напряжения до 15 вольт. Взгляните на его шкалу. Она ограничена 15 вольтами.

На принципиальных схемах условное изображение вольтметра может выглядеть вот так.

Из рисунка видно, что условное изображение вольтметра на схеме может быть разным. Если в кружке обозначена буква «V », то это означает, что данный вольтметр рассчитан на измерения величин напряжения, составляющих единицы – сотни вольт. Изображения с обозначением «mV » и «μV » указываются в тех случаях, если вольтметр рассчитан на измерение долей вольта - милливольт (1mV = 0,001V) и микровольт (1μV = 0,000001 V). Иногда рядом с изображением вольтметра также указывается максимальная величина напряжения, которую способен измерить вольтметр. Например, вот так – 100 mV. Обычно эта величина указывается для встраиваемых стрелочных вольтметров. Превышать это напряжение не стоит, так как можно испортить прибор.

Кроме этого, рядом с выводами вольтметра могут быть проставлены знаки полярности подключения его в схему «+ » и «- ». Это касается тех вольтметров, которые применяются для измерения постоянного напряжения.

Следует отметить, что щитовые вольтметры это частный случай использования этих приборов. В лабораториях, на радиозаводах, в конструкторских бюро и радиолюбительской практике, вольтметры используются чаще всего в составе мультиметров , которые раньше назывались авометры, то есть ампер-вольт-омметр .

В настоящее время с развитием цифровой электроники стрелочные приборы отходят в прошлое и им на смену приходят цифровые мультиметры с удобной цифровой шкалой, автоматическим переключением предела измерения, малой погрешностью и высоким классом точности.

В радиолюбительской практике на смену «цешкам» и «авошкам» пришли компактные и удобные цифровые приборы. Работать с ними не сложно, но определённые меры безопасности применять необходимо.

Как измерить напряжение мультиметром?

Следует твёрдо помнить, что вольтметр, в отличие от амперметра подключается параллельно нагрузке.

Например, вам надо замерить напряжение на резисторе, который является частью электронной схемы. В таком случае переключаем мультиметр в режим измерения напряжения (постоянного или переменного – смотря какой ток течёт в цепи), устанавливаем наивысший предел измерения. По мере накопления опыта предел измерения вы научитесь выставлять более осознанно, порой пренебрегая данным правилом. Далее подключаем щупы мультиметра параллельно резистору. Вот как это можно изобразить в виде схемы.

Вот так плавно мы переходим к определению так называемого шунта. Как видим из схемы, вольтметр, который измеряет напряжение на резисторе R1, создаёт параллельный путь току, который протекает по электрической цепи. При этом часть тока (Iшунт) ответвляется и течёт через измерительный прибор – вольтметр PV1. Далее опять возвращается в цепь.

В данном случае вольтметр PV1 шунтирует резистор R1 – создаёт обходной путь для тока. Для электрической цепи вольтметр – это шунт – обходной путь для тока. По закону ома, напряжение на участке цепи зависит от протекающего по этой цепи тока. Но мы ведь ответвили часть тока в цепи и провели эту часть через вольтметр. Поскольку сопротивление резистора неизменно, а ток через резистор уменьшился (I R1), то и напряжение на нём изменилось. Получается, что вольтметром мы измеряем напряжение на резисторе, которое образовалось после того, как мы подключили к схеме измерительный прибор. Из-за этого образуется погрешность измерения .

Как же уменьшить воздействие измерительного прибора на электрическую цепь при проведении измерений? Необходимо увеличить, так называемое «входное сопротивление » измерительного прибора – вольтметра. Чем оно выше, тем меньшая часть тока шунтируется измерительным прибором и более точные данные мы получаем при измерениях.

Современные цифровые мультиметры обладают достаточно большим входным сопротивлением и практически не влияют на работу схемы при проведении измерений. При этом точность измерений, естественно, достаточно высока.

Поэтому в лабораторных условиях использовались специальные ламповые вольтметры, которые обладали большим входным сопротивлением и некоторые из них имели класс точности в доли процента.

Перейдём к практике...

Прежде всего, не забывайте, что есть переменное (англ. сокращение - VAC ) и постоянное напряжение (VDC ). Профессиональные приборы сами определяют, с каким напряжением вы работаете, и сами переключаются в нужный режим и на требуемый поддиапазон измерений. При работе с малогабаритными приборами все переключения нужно делать вручную.

На снимке показана часть панели управления популярного и недорогого тестера DT-830B.

Хорошо видно, что пределы измерения переменного напряжения ограничены величинами: 750 вольт (750 V~ ) и 200 вольт (200 V~ ). Понятно, что к силовым промышленным сетям с этим прибором не стоит и близко подходить. Шкала постоянного и импульсного напряжения несколько больше: от 200 милливольт (200 mV) до тысячи вольт (1000).

Как уже говорилось, чтобы замерить напряжение на участке схемы, нужно выбрать переключателем пределов измерения самый большой предел измерения и подключить щупы мультиметра параллельно тому участку цепи, на котором производится замер.

Если предел измерения подходит – то на дисплее появятся показания. Если этого не происходит, то отключаем вольтметр от схемы, уменьшаем предел измерения на один шаг. Повторяем измерение. И так далее до получения показаний.

Имейте в виду, что провода измерительных щупов со временем изнашиваются. При этом нарушается электрический контакт. Перед проведением любых измерений проверяйте целостность щупов!

Также часто бывает необходимо замерить напряжение на выходе блока питания или (батарейки или аккумулятора).

Выбираем ту секцию на панели прибора, которая отвечает за измерение постоянного напряжения. Выставляем предел чуть больше того напряжения, что мы хотим измерить. Далее подключаем щупы прибора в соответствии с полярностью и изменяем предел измерения в сторону уменьшения до тех пор, пока на табло не появятся данные.

На фото показан замер напряжения составной батареи из трёх батареек 1,5V с помощью мультиметра Victor VC9805A+. Для измерения выбран предел 20V.

Аналогично замеряется напряжение на герметичном свинцовом аккумуляторе.

Стоит понимать, что таким образом мы замеряем так называемую ЭДС. ЭДС или электродвижущая сила - это напряжение на клеммах аккумулятора без подключенной нагрузки. Если к аккумулятору подключить какой-либо прибор, то напряжение будет чуть меньше.

Никогда не касайтесь руками оголённых щупов! Небольшим напряжением от 1,5-вольтовой батарейки вас, конечно, не убьёт, но вот при измерении напряжений более 24 вольт могут быть серьёзные последствия от удара током.

Чтобы руки оставались свободными используйте зажимы типа «крокодил», но подключать их нужно при отключенном от сети приборе. Часто возникает необходимость измерять напряжение на рабочей плате, в разных её точках.

Если вы работаете с низковольтным устройством, бойтесь только закоротить щупами отдельные проводники. Для замеров напряжения в устройстве, как правило, применяется следующая методика.

Соедините «земляной» щуп прибора и «землю» платы как можно надёжнее. Работать одним щупом всегда удобнее. Для тех, кто не в курсе, «земляным» или «общим» щупом у прибора называется тот щуп, который подключается к разъёму COM . Обычно он чёрного цвета. Сокращение COM получено от английского слова common – «общий».

Наденьте на рабочий щуп прибора кусочек трубки ПВХ, оставив только крохотный острый кончик. Это делать не обязательно, но желательно. При случайном касании щупом соседних проводников трубка ПВХ изолирует контакты и убережёт от короткого замыкания.

По принципиальной схеме, в контрольных точках проведите нужные вам замеры по отношению к «земле» - корпусному или по-другому общему проводу. Высокое входное сопротивление тестера работу вашей схемы не нарушит.

Измерение переменного напряжения производится аналогичным образом. Можно для пробы измерить переменное напряжение электросети в собственной квартире.

На снимке видно, что установлен максимальный предел 750 вольт (напряжение переменное – V~ ). При установке этого предела на индикаторе высвечиваются две буквы: HV – высокое напряжение (сокращение от англ. – H igh V oltage). Поскольку напряжение переменное, то полярность не имеет значения. В данном случае величина напряжения сети - 217 вольт.

Как уже говорилось, при работе с высоким напряжением следует соблюдать

Относятся к измерительным приборам, с помощью которых можно контролировать величину напряжения на определенном сегменте электрической цепи. Соответственно напряжение, замеряемое этими приборами, имеет единицу измерений Вольт (В). В зависимости от величины напряжения могут применяться мили-, микро-, кило- или мега вольтметры.

Виды вольтметров

Возьмем для пример . Чтобы разобраться, как работает этот прибор, проведем их классификацию.

По принципу действия вольтметров они делятся на электромеханические (рис.1) и электронные (рис.2) приборы. Первые из них могут иметь магнитоэлектрическую или электромагнитную измерительную систему. Второй тип вольтметров представлен аналоговыми и цифровыми устройствами.

По назначению приборы могут делиться на такие вольтметры:

• для переменного тока;
• для постоянного тока;
• импульсные;
• мультифункциональные.

По способу использования вольтметры производятся в виде переносных или встроенных устройств.

Рис.1 - Электромеханический вольтметр

Рис.2 - Электронный вольтметр

Принцип работы вольтметров

Электромеханические приборы

Вольтметры этого вида имеют в своем составе измерительную систему, которая включает в свою конструкцию подвижную рамку с прикрепленной к ней стрелкой-указателем и измерительной катушкой. Исполнение этой рамки напоминает применяемое в амперметре. Отличием, как работает амперметр и вольтметр является то, что амперметр подключается к специальному шунту, а измерительная цепь вольтметра подсоединяется непосредственно к месту замера напряжения.

При подключении прибора к электрической цепи через катушку измерительной системы проходит ток, генерирующий магнитное поле, взаимодействующее с магнитным полем постоянного магнита. В зависимости от величины напряжения, стрелка будет отклоняться на больший или меньший угол, указывая величину напряжения на измерительной шкале прибора.

Электронные устройства

Чтобы понять, как работает цифровой , важно рассмотреть какие функциональные элементы входят в его состав. К ним относятся: система преобразования переменного тока в постоянный, масштабируемый преобразователь, модуль преобразования силы постоянного/переменного тока в напряжение, устройство преобразования электросопротивления в напряжение.

В основу работы таких приборов положен принцип аналогово-цифрового преобразования токового сигнала с двухтактным интегрированием. В процессе работы вольтметра по такой схеме происходит преобразование входного переменного (постоянного) напряжения в постоянное с последующим его усилением и подачей на модуль, который обеспечивает визуализацию измерительных данных. В аналоговом приборе в качестве системы визуализации используется стрелка со шкалой, а в цифровом – система преобразования сигналов в цифровые коды, которые выводятся на ЖК-дисплее в виде величины напряжения.

Рис.3 - Принцип работы вольтметра

Как подключать вольтметр

Для измерения величины напряжения важно правильно подключать вольтметр. Нужно следить, чтобы он подключался к сегменту электрической цепи или источнику напряжения параллельно. В таком случае высокое сопротивление системы вольтметра не будет оказывать влияние на показания прибора. Сила тока, которая протекает через вольтметр, должна быть минимальной.

Рис.4 - Схема подключения вольтметра

Ключевые технические характеристики вольтметров

Чтобы правильно подобрать вольтметр для измерения напряжения, нужно знать его основные характеристики. К основным относятся следующие.

Величина внутреннего напряжения. Этот показатель должен быть как можно выше. Чем большим будет сопротивление вольтметра, тем меньшее влияние он будет оказывать на показания измерений, и тем большая точность измерений будет достигнута.

Измерительный диапазон. В зависимости от его величины прибор можно будет использовать для контроля тех или иных значений напряжения. Бывают исполнения вольтметров, которые рассчитаны только на работу с небольшими напряжениями – мили, или микровольтметры либо для работы с большим напряжением – кило-, мегавольтметры.

Точность измерений. Этот показатель указывает на возможные отклонения измеряемой величины от действительного значения.

Вольтметр, что это такое? В первую очередь это прибор, который служит в качестве измерительного устройства величины напряжения до 1000В в сетях постоянного и переменного тока, промышленной частоты и используется в информационно-измерительных системах. Идеальный вольтметр обладает чрезвычайно высоким, бесконечным сопротивлением, за счет большого сопротивления прибора достигается наиболее высокая точность и широкие сферы использования.

Прибор предназначен для обеспечения математической и логической обработки измерений.

Виды вольтметров

Существует два вида вольтметров:

1. Портативные или переносные вольтметры , предназначенные для проверки (тестирования) напряжения в сети. Как правило, такой прибор включается в конструкцию тестера, различаются цифровые или стрелочные приборы, кроме измерения напряжения они выполняют функцию по измерению токов нагрузки, сопротивления цепи, температуры и т. д.
   Если цифровые приборы отличаются точностью показаний то типы вольтметров, относящиеся к аналоговым (стрелочным) приборам, способны реагировать на малейшие отклонения параметров, не определяемых цифровым прибором.
2. Стационарные приборы устанавливаются на приборных панелях в электрораспределительных щитах для контроля работы оборудования, эти приборы принадлежат к электромагнитному типу.

Классификация вольтметров

Приборы различаются по принципу действия, бывают электромеханические и электронные.

По назначению, приборы – импульсные, измеряющие сеть постоянного и переменного тока.

Как подключить вольтметр

Вольтметр включают в цепь параллельно нагрузке и источнику напряжения , это делается для того чтобы высокое сопротивление, используемое в приборе не оказывало влияние на показания прибора. Величина тока протекающего через прибор должна быть минимальной.

Технические характеристики вольтметра

Нормальная работа вольтметра возможна при температуре воздуха не превышающая 25 – 30 о С с относительной влажностью воздуха до 80% при атмосферном давлении 630 – 800мм рт. ст. Частота питающей сети 50 Гц и с напряжением 220В (частотой до 400 Гц). На измерение большое влияние оказывает форма кривой переменного напряжения питающей сети – синусоида с коэффициентом гармоник не более 5%.

Возможности прибора оцениваются при помощи следующих показателей:

1. Сопротивление прибора.
2. Диапазон измеряемых величин напряжения.
3. Класс точности измерений.
4. Предельные границы частот напряжения переменной цепи.

Принцип действия прибора

В основу работы вольтметра заложен метод аналогово-цифрового преобразования с двухтактным интегрированием. Рассмотрим работу прибора на примере В7-35. Преобразователи установленные в конструкции, измеряя величины напряжения постоянного и переменного тока, силу тока, сопротивление, преобразуют в нормализованное напряжение и при использовании АЦП преобразуют в цифровой код.

Функциональная схема цифрового вольтметра работает на использовании 4 преобразователей это:

1. Масштабирующий преобразователь.
2. Низкочастотный прибор, преобразующий напряжение переменного тока в постоянный ток.
3. Преобразователь силы постоянного и переменного тока в напряжение.
4. Преобразователь сопротивления в напряжение.

Вольтметр переменного тока

Широкополосные электронные вольтметры, используемые в сетях переменного тока, имеют свои конструктивные особенности и свойственную только им градуировку. Степень воздействия на измеряемую цепь при исследовании зависит от входных параметров комплексное, это: входное активное сопротивление (Rв), при этом сопротивление должно быть наиболее высоким, емкость на входе (Cв), она должна быть как можно меньше и индуктивность (Lпр), она вместе с емкостью создает последовательный колебательный контур, отличающийся своей резонансной частотой.

Измерение сопротивления вольтметром

Низкоомный вольтметр с сопротивлением не более 15 Ом пригоден для измерения сопротивлений и выполняется при помощи формулы:

Rx = Rи * (U1/U2 – 1)

Для формулы используются сопротивление вольтметра Rв, а также 1 и 2 показания вольтметра, точность измерения не всегда соответствует действительности, так как замер осуществляется без учета внутреннего сопротивления прибора. Более точный результат достигается при использовании формулы:

Rx = (Rв + r) * (U1/U2 — 1), внутреннее сопротивление – r.

При замере каждое последующее сопротивление должно быть большим по сопротивлению вольтметра и выполнятся с фиксацией каждого замера.

Для того чтобы определить какое напряжение показывает вольтметр руководствуются шкалой вольтметра, при помощи цены деления прибора. Она определяется по верхнему пределу замеряемого значения, которое делится на количество делений шкалы.

Вольтметр - это прибор, назначение которого измерять электродвижущую силу (ЕДС) на определенном участке электрической цепи, или проще - прибор для измерения напряжения (разность электрических потенциалов). Этот прибор всегда подключается параллельно элементу питания или нагрузке. Измеренное значение показывает в Вольтах.

Если говорить об идеальном вольтметре , то он должен обладать бесконечным внутренним сопротивлением, чтобы точно измерять напряжение и не оказывать побочного воздействия на цепь. Именно поэтому в приборах высокого класса стараются сделать максимально возможным внутреннее сопротивление, от которого зависит точность измерения и помехи, создаваемые в электрической цепи.

Рисунок - Формулы измерения напряжения

Если говорить о способе монтажа, то подразделяют на три основные группы:

Стационарные;

Щитовые;

Переносные;

Как становится ясно из названия, стационарные приборы используются там, где необходим постоянный контроль, щитовые - в распределительных щитках и на приборных панелях, а переносные - в компактных приборах, которые можно использовать в любом месте.

Рисунок - Схема подключения вольтметра

По назначению все делятся на:

.Переменного тока ;

.Постоянного тока ;

Селективные;

Фазочувствительные;

Импульсные.

Вольтметры переменного тока , как и постоянного используются для измерений в сетях с соответствующим типом тока, а вот селективные - могут отделять гармоническую составляющую сложного сигнала, и определять среднеквадратическое значение напряжения.

Импульсный вольтметр обычно используют для измерений амплитуды постоянных импульсных сигналов, а также они способны точно определить амплитуду одиночного импульса.

Фазочувствительные приборы могут измерять изменения составляющих комплексных напряжений, благодаря чему становится возможным точное исследование амплитудно-фазовой характеристики усилителей, и прочих подобных схем.

По принципу действия различают электронные (цифровые или аналоговые), и электромеханические вольтметры (электромагнитные, термоэлектрические, а также магнитоэлектрические, электродинамические и электростатические).

Все электромеханические приборы, за исключением термоэлектрических, по сути, являются обычным измерительным механизмом с показывающим устройством. Во всех них для расширения пределов измерений применяются дополнительные сопротивления. Приборы данной категории, не смотря на довольно высокое внутреннее сопротивление , имеют относительно большую погрешность, что делает невозможным их использование в ходе экспериментов и исследований, где требуется повышенная точность данных.

Термоэлектрический вольтметр использует для замеров электродвижущую силу одной или нескольких термопар, которые греются из-за тока входящего сигнала. Они более точны и компактны, в сравнении с электромеханическими измерителями напряжения.

Электронные в свою очередь подразделяются на цифровые и аналоговые.

Цифровой преобразует постоянное значение напряжения в цифровой сигнал, который и выводится на табло прибора. Делается это при помощи аналого-цифрового преобразователя .

В аналоговых вольтметрах помимо магнитоэлектрического измерителя и дополнительных резисторов в обязательном порядке присутствует измерительный усилитель, позволяющий в несколько раз повысить внутреннее сопротивление прибора, и соответственно - улучшить точность показаний.

Рассмотрим несколько разных производителей

1. В3-57 - микровольтметр

Измерительное устройство модели В3-57 - вольтметр-преобразователь среднеквадратич. показаний. Разработан для замеров среднеквадратич. значения напряжений произвольной формы и их линейного преобразован. в напряжение постоян. тока. Шкала прибора промаркирована в среднеквадратич. значениях напряжения и децибелах (от 0 дБ и до 0,775 В). Используется при контроле и наладке разнообразных радиотелетехнических устройств и средств связи, вычислении частотных характеристик широкополосных аппаратов, обследованиях шумовых устойчивых сигналов и т. д.

Основные техданные:

Пределы замеров напряжений 10 мкВ - 300 В с граничными зонами: 0,03-0,1-0,3-1-3-10-30-100-300мВ 1-3-10-30-100-300В

Границы частот 5 Гц - 5 МГц

Допустимая погрешность, %: ±1 (30-300 мВ), ±1,5 (1-10 мВ), ±2,5 (0,1-0,3 мВ и 1-300 В), ±4 (0,03 мВ)

Входное сопротивл.5 МОм ±20%

Входная емкость: 27пФ (0,03-300 мВ) и 12 пФ (1-300 В)

Напряжение на выходе линейного преобразоват. 1 В

Сопротивление на выходе линейного преобразоват. 1 кОм ±10%

Предельный коэфф. амплитуды сигнала 6*(Uk/Ux)

2. Вольтметры переменного напряжения АКИП-2401

Измерение ср.квадратического значения переменного напряжения

Диапазон частот: 5 Гц…5 МГц

Диапазон измерения напряжения: 50 мкВ…300 В (6 пределов)

Два измерительных ВЧ входа: Кан1 / Кан2

Максимальное разрешение: 0,0001 мВ

Отображение уровня входного сигнала в дБн, дБм, Uпик

Автоматический или ручной выбор пределов измерений, удержание результата (Hold)

Двухстрочный VDF-дисплей

Интерфейс RS-232

3. В7-40/1 - высококачественный цифровой универсальный прибор, предназначенный для измерения постоянного и переменного напряжений, силы токов и сопротивления постоянному току. В7-40/1 применяется при производстве радиоаппаратуры и электрорадиоэлементов, при научных и экспериментальных исследованиях, в лабораторных и цеховых условиях. Встроенный в В7-40/1 интерфейс IEEE 488 позволяет успешно использовать его в составе автоматизированных информационно - измерительных систем.

Вольтметр В7-40/1 соответствует жестким условия эксплуатации.

Точность измерения по постоянному току вольтметра В7-40/1 - 0,05 %

Максимальная разрешающая способность В7-40/1 - 1 мкВ; 10 мкА; 1 мОм

Диапазоны 0,2; 20; 200; 1000 (2000) В
- Разрешение 1, 10, 100 мкВ; 1; 10 мВ
- Основная погрешность измерения ±(0,04 %+ 5 ед. мл. р)
Входное сопротивление:
- на диапазоне 0,2 В не менее 1 ГОм
- на диапазоне 2 В не менее 2 ГОм
- на диапазонах 200....1000 В, не менее 10 МОм

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.

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:

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.

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.

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:

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 и ) 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!