Astro-nn.ru

Стройка и ремонт
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Принцип работы амперметра и вольтметра

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ АМПЕРМЕТРЫ И ВОЛЬТМЕТРЫ

Принцип действия приборов электромагнитной системы основан на взаимодействии магнитного поля, создаваемого током в неподвижной катушке, с подвижным ферромагнитным сердечником, втягивающимся в катушку с током. Энергия магнитного поля катушки, через которую протекает постоянный ток I

Подставляя значение энергии Wэм в обобщенное уравнение шкалы (формула 3.2) для электромеханических механизмов, получим

Если по катушке протекает переменный ток i(t), то, за счет инерционности механизма, происходит усреднение по времени, т.е. можно записать уравнение шкалы в виде

По определению, действующее значение тока

,

т.е. уравнение примет вид

. (3.6)

Из формулы 3.6 следует, что угол поворота подвижной части механизма пропорционален действующему значению тока, т.е. не зависит от направления тока. Поэтому электромагнитные приборы пригодны для измерений постоянных и переменных токов и напряжений. Из уравнения шкалы (3.6) видно также, что шкалы этих приборов нелинейны, а частичная линеаризация производится с помощью выбора специальной формы подвижного ферромагнитного сердечника.

Амперметры. В электромагнитных амперметрах катушка измерительного механизма включается непосредственно в разрыв цепи измеряемого тока.

Щитовые амперметры выпускаются с одним пределом измерений, переносные (лабораторные) могут иметь несколько пределов измерений. При этом выбор предела производят путем переключения секций обмотки катушки, включая их последовательно или параллельно.

Шунты в этих амперметрах не применяются, т.к. катушка имеет очень малое собственное сопротивление.

При измерении больших переменных токов используют измерительные трансформаторы тока (§ 3.2).

При использовании амперметров в цепях постоянного тока появляется погрешность от гистерезиса намагничивания сердечника. Для уменьшения этой погрешности сердечники изготавливают из магнитомягких материалов, например, пермаллоя.

При изменении частоты измеряемого тока в амперметрах возникает частотная погрешность, вследствие действия вихревых токов в сердечнике и других металлических частях механизма, пронизываемых магнитным потоком катушки.

Промышленностью выпускаются амперметры с предельными значениями токов от долей ампера до 200 А.

Для косвенного включения амперметров через трансформаторы тока наиболее часто применяют амперметры на 5 А.

Вольтметры. Если учесть, что ток через обмотку катушки прибора , где U – приложенное напряжение, а Zпр – модуль полного сопротивления, то из формулы (3.6) получим уравнение шкалы для электромагнитных вольтметров

.

Т.о. электромагнитные вольтметры измеряют действующее значение напряжения, но их показания существенно зависят от частоты, т.к. катушка вольтметра имеет большую индуктивность, чем амперметр, для создания необходимого вращающего момента. Расширение пределов измерения осуществляется с помощью набора добавочных резисторов (§ 3.2), которые одновременно увеличивают входные сопротивления вольтметров.

К общим достоинствам электромагнитных приборов относят:

— способность выдерживать большие перегрузки;

— пригодность применения в цепях постоянного и переменного токов;

— большое собственное потребление энергии (единицы ватт);

— сильное влияние внешних магнитных полей, т.к. мало поле катушки с током, как у соленоида без сердечника.

ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Принцип действия электродинамических приборов основан на взаимодействии полей двух катушек с токами, одна из которых неподвижна.

Электрокинетическая энергия двух катушек с токами

,

где L1 и L2 – индуктивности подвижной и неподвижной катушек, I1 и I2 – токи в этих катушках, — взаимная индуктивность катушек.

От угла поворота зависит только взаимная индуктивность М, тогда, с учетом формулы (3.2), получим уравнение шкалы в виде

, (3.7)

т.е. механизм электродинамической системы в принципе является перемножающим электромеханическим устройством.

Если по катушкам протекают переменные токи, например, синусоидальной формы

и ,

то уравнение шкалы запишется в виде

, (3.8)

где j = j1 — j2 – угол сдвига фаз между токами в катушках.

Т.о. угол отклонения у этих механизмов при переменных токах i1и i2 зависит от произведения токов и их разности фаз. Это дает возможность использовать приборы электродинамической системы не только в качестве амперметров и вольтметров, но и качестве ваттметров, а с применением двух подвижных рамок, скрепленных между собой под некоторым углом (логометры) – в качестве фазометров.

Амперметры. В амперметрах катушки могут быть соединены последовательно (рис. 3.8) или параллельно. Параллельное соединение применяется у амперметров относительно больших токов (до 10 А).

Последовательное соединение применяют в миллиамперметрах и амперметрах до 0.5 А. Такие токи не способны повредить тонкие токоподводящие пружинки.

В последовательной схеме амперметра I1=I2=I, φ12=0, уравнение шкалы для переменных токов (3.8) сводится к виду

,

т.е. при условии, что угол поворота стрелки квадратично зависит от тока протекающего в катушках. Следовательно, будет измеряться действующее значение тока. Однако шкала нелинейна, и для ее линеаризации подбирают формы и расположение катушек таким образом, чтобы не оставалось постоянным, а существенно зависело от угла между подвижной и неподвижной катушками.

В параллельной схеме амперметров I1=k1I и I2=k2I, а разность фаз также обеспечивается равной нулю установкой дополнительных индуктивностей в цепях основных катушек. Электродинамические амперметры обладают частотными погрешностями, т.к. суммарное полное сопротивление зависит от частоты тока. Однако в настоящее время это самые точные приборы для измерения переменных токов промышленной частоты в диапазоне от 10 мА до 10 А.

Вольтметры. Для увеличения внутреннего сопротивления обе катушки у вольтметров включается только последовательно с применением добавочного резистора RДОБ (рис. 3.9), уменьшающего ток через прибор. При последовательном включении катушек I1=I2=I, при общем сопротивлении цепи прибора Zп=Z1+Z2+RДОБ, с учетом формулы (3.7), уравнение шкалы вольтметра примет вид

.

Как и в случае амперметров, изменением добиваются почти равномерного характера шкалы у вольтметров.

Обычно вольтметры выполняются многопредельными с помощью добавочных резисторов. Применяются для непосредственного измерения напряжений до 600 В.

При измерении высоких напряжений применяют измерительные трансформаторы напряжений (§ 3.2).

Электродинамические вольтметры обладают частотными погрешностями, которые могут быть вычислены по формуле

,

где δf – относительная частотная погрешность на частоте f, τ=LV/RV – постоянная прибора, LV – суммарная индуктивность катушек, RV – общее сопротивление вольтметра с учетом RДОБ.

Возможна коррекция частоты и компенсация частотной погрешности (δf=0) на частоте , где СДОБ – емкость, подключаемая параллельно добавочному резистору.

Ваттметры. При построении ваттметров используют тот факт, что угол отклонения электродинамического механизма пропорционален произведению токов в катушках (см. формулу 3.7).

Из рис. 3.10 видно, что схема включения катушек ваттметра при изменении мощности, потребляемой нагрузкой ZН, обеспечивает перемножение токов и I1=IН. Подвижная катушка включается параллельно как вольтметр, а неподвижная последовательно как амперметр. С учетом этого уравнение шкалы для ваттметра

,

где ZV – полное сопротивление вольтовой обмотки, cos φ – угол сдвига фаз между током и напряжением в нагрузке.

Уравнение шкалы ваттметра имеет линейный характер, причем показания будут пропорциональны активной мощности. Классы точности многопредельных лабораторных ваттметров достаточно высоки (0.2, 0.1). Диапазон измеряемых мощностей от несколько ватт до нескольких киловатт. Измерения могут выполняться как на постоянном токе, так и на токах промышленной частоты.

Погрешности электродинамических ваттметров возникают из-за температурных влияний и наличия внешних магнитных полей. При повышении частоты до нескольких сот герц существенными становятся также частотные погрешности, обусловленные ростом индуктивного сопротивления катушек, приводящим к уменьшению вращающего момента.

Для увеличения чувствительности и уменьшения влияния внешних магнитных полей неподвижная катушка может иметь магнитомягкий сердечник, между полюсами которого размещается подвижная катушка. Также приборы получили название ферродинамических.

Электродинамические логометры. В логометри-ческих измерительных механизмах подвижная часть вы-полняется в виде двух жестко скрепленных между собой катушек, помещенных внутри неподвижной катушки с током I. По обмоткам подвижных катушек протекает токи I1 и I2, которые подводятся с помощью металлических лент, практически не имеющих противодействующего момента (рис. 3.11).

Вращающие моменты, создаваемые воздействием неподвижной катушки с током I с магнитными полями подвижных катушек с токами I1 и I2, направлены встречно. Т.о. момент первой катушки – вращающий, момент второй – противодействующий. Уравнение шкалы принимает вид

,

если обеспечить равенство I1 = I2 по модулю, то шкалу прибора можно градуировать в φ или в cosφ. Такие приборы применяются для измерения cosφ — фазометры и для измерения частот – частотомеры. У последних используется зависимость угла отклонения от отношения сопротивления в цепях подвижных рамок, т.е. . Если, например, I2 не зивисит от частоты, то при добавлении конденсатора в цепь подвижной обмотки за счет резонанса происходит изменение Z1. Следовательно шкала прибора может быть градуирована в единицах частоты, т.к. .

Электродинамические частотомеры выпускаются для измерения частоты в узком диапазоне (45-55, 450-550 Гц), классов точности 1, 1.5. Фазометры – в виде переносных приборов с диапазоном измерений угла φ от 0 0 до 90 0 и cosφ от 0 до 1 для индуктивной и емкостной нагрузки, классы точности 0.2, 0.5.

Виды амперметров и вольтметров. Принцип работы

Амперметр

Амперметр – это прибор, измеряющий и показывающий силу тока в цепи. В зависимости от предполагаемой нагрузки (А, мА, мкА) используются соответствующие приборы (РА1, РА2, РА3).

В зависимости от сферы применения амперметры могут работать с постоянным или с переменным током и делятся на два типа: аналоговые и цифровые.

Работа данного типа амперметров основана на действии магнитных полей. Стрелка, отображающая значение силы тока на шкале, приводится в действие катушкой, через которую проходит ток. Сама катушка расположена между постоянными магнитами и при появлении электромагнитного поля меняет свое положение. При этом, чем выше сила тока, тем больше отклонение катушки и, соответственно, стрелки.

Для увеличения предела измерения в цепь параллельно амперметру подключается резистор.

Преимущества аналогового амперметра:

Читать еще:  Какой диван выбрать: пружинный или пенополиуретан

— Питается от измеряемой цепи,

— Легкая читаемость показаний.

— Стрелке требуется время, чтобы успокоиться и показать правильное значение.

Цифровой амперметр вместо шкалы со стрелкой снабжен жидкокристаллическим дисплеем. Но это не единственное его отличие. Все измерения происходят с помощью аналого-цифрового преобразователя и обрабатываются процессором устройства.

— Ввиду отсутствия стрелки не нужно ждать, пока она успокоится,

— Процессор мгновенно регистрирует изменения в силе тока,

— Компактность и возможность модульной установки на din-рейку.

— Требуют отдельного питания для работы,

— Модели, питающиеся от измеряемой сети, достаточно дороги.

Вольтметр

Как можно понять из названия, данный измерительный прибор анализирует напряжение в сетях постоянного и переменного тока.

Как и амперметры, в зависимости от рабочих величин (В, мВ, мкВ) различают соответствующие вольтметры: PV1, PV2, PV3.

Для аналоговых моделей часто в схемах указывается максимальный уровень напряжения, чтобы можно было подобрать соответствующий измерительный прибор. Также при измерении постоянного тока иногда в схемах указывается полярность подключения устройства.

По принципу работы вольтметры также делятся на аналоговые и цифровые. Их конструкция схожа с конструкцией амперметров, поэтому мы не будем ее рассматривать.

Что такое амперметр и вольтметр

Из школьного курса физики мы знаем о таком оборудовании, как амперметр и вольтметр.

Но, если вы достаточно давно окончили школу, а ваша профессиональная деятельность не связана с физикой и другой наукой, то, возможно, вы забыли для чего предназначены эти устройства. И если вы человек любознательный, то будете не против освежить эти знания.

Для измерения силы тока и напряжения в электрической цепи необходимы специальные приборы. Этими приборами и являются амперметр и вольтметр. Итак, чтобы измерить ток, нам понадобится амперметр. Ампер – это единица измерения силы тока. Единица измерения электродвижущей силы и напряжения – это вольт. Следовательно, и прибор называется вольтметр.

Приборы ничем не отличаются по своей конструкции. Принцип работы данных приборов зависит от взаимодействия электрического и магнитного поля. Как только меняется показатель силы тока и напряжения, то стрелка на приборах отклоняется.

Но приборы делают разные измерения электрического тока, следовательно, они отличаются друг от друга. Если вам необходимо измерить силу тока, амперметр должен иметь минимальное сопротивление. При условии, что амперметр имеет сильное сопротивление, показатели силы тока будут искажаться и иметь неверное значение. Сопротивление – важный показатель, который может изменить ход всей работы. В теории, амперметр должен иметь нулевое сопротивление, но на практике это невозможно.

Принцип работы вольтметра противоположный, то есть сила тока должна быть снижена. Это необходимо для поддержания стабильного напряжения. Задача вольтметра измерить показатель напряжения. Для достижения точных показателей нужно максимальное сопротивление, то есть необходимо создать социальные условия для этого. Очень трудно создать эти условия на практике. От показателя сопротивления зависит точность показателя напряжения.

Приборы имеют разные задачи, следовательно, подключаться к электрической цепи они должны по-разному. Подключение амперметра происходит последовательно, а вольтметра по принципу параллельного подключения. Необходимо помнить, что амперметр никогда не подключается напрямую к источнику питания, это может стать причиной короткого замыкания.

Если ваша деятельность связана с работой при помощи данных приборов, то на сайте компании Промышленной группы «Фрегат» можно приобрести амперметр и вольтметр.

На правах рекламы

Устройство амперметра и вольтметра

Изначально вольтметры и амперметры были только механическими, и лишь спустя многие годы, с развитием микроэлектроники, начали выпускаться цифровые вольтметры и амперметры. Тем не менее, даже сейчас механические измерительные приборы пользуются популярностью. Они, по сравнению с цифровыми, устойчивы к помехам и дают более наглядное представление о динамике измеряемой величины. Их внутренние механизмы остаются практически теми же, что и канонические магнитоэлектрические механизмы первых вольтметров и амперметров.

В данной статье мы рассмотрим устройство типичного стрелочного прибора, чтобы каждый новичок мог бы понимать основные принципы работы вольтметров и амперметров.

В своей работе стрелочный измерительный прибор использует магнитоэлектрический принцип. Постоянный магнит с выраженными полюсными наконечниками закреплен неподвижно. Между этими полюсами расположен неподвижный стальной сердечник так, что в воздушном кольцеобразном зазоре между сердечником и полюсными наконечниками магнита формируется постоянное магнитное поле.

В зазор вставлена подвижная алюминиевая рамка, на которую очень тонким проводом намотана катушка. Рамка закреплена на полуосях, и может поворачиваться вместе с катушкой. К рамке спиральными пружинами прикреплена стрелка прибора. Через пружины к катушке подводится ток.

Когда по проводу катушки проходит ток I, то, поскольку катушка помещена в магнитное поле, и ток в ее проводниках течет пересекая перпендикулярно магнитные силовые линии в зазоре, на нее будет действовать вращающая сила со стороны магнитного поля. Электромагнитная сила создаст вращающий момент М, и катушка вместе с рамкой и стрелкой станет поворачиваться на некоторый угол α.

Поскольку индукция магнитного поля в зазоре неизменна (магнит постоянный), то вращающий момент будет всегда пропорционален именно току в катушке, и величина его будет зависеть от тока и от неизменных конструктивных параметров данного конкретного прибора (с1). Этот момент будет равен:

Препятствующий повороту рамки момент противодействия, возникающий из-за наличия пружин, окажется пропорционален углу закручивания пружин, то есть углу поворота стрелки, связанной с подвижной частью:

Таким образом, поворот будет продолжаться до тех пор, пока момент М, создаваемый током в рамке не окажется равным моменту противодействия Мпр от пружин, то есть пока не наступит равновесие. В этот момент стрелка остановится:

Очевидно, угол закручивания пружин будет пропорционален току рамки (и измеряемому току), по этой причине приборы магнитоэлектрической системы обладают равномерной шкалой. Коэффициент пропорциональности k между углом поворота стрелки и единицей измеряемого тока называется чувствительностью прибора.

Обратная величина именуется ценой деления или постоянной прибора. Значение измеренной величины определяется как произведение цены деления на количество делений отсчета на шкале.

Чтобы избежать мешающих колебаний подвижной рамки при переходах стрелки от одного ее положения к другому, в данных приборах применяют магнитно-индукционные или воздушные демпферы.

Магнитно-индукционный демпфер представляет собой пластину из алюминия, которая закреплена на поворотной оси прибора, и всегда движется вместе со стрелкой в поле постоянного магнита. Возникающие вихревые токи тормозят катушку. Суть в том, что по правилу Ленца, вихревые токи а пластине, взаимодействуя с порождающим их магнитным полем постоянного магнита, препятствуют движению пластины, и колебания стрелки быстро затухают. Роль такого магнитно-индукционного демпфера и выполняет алюминиевый каркас, на который намотана катушка.

При повороте рамки, магнитный поток от постоянного магнита, пронизывающий алюминиевый каркас, изменяется, а значит в алюминиевом каркасе индуцируются вихревые токи, которые при взаимодействии с магнитным полем постоянного магнита оказывают тормозящее действие, и колебания стрелки прекращаются.

Воздушные демпферы магнитоэлектрических приборов представляют собой цилиндрические камеры с помещенными внутри поршнями, связанными с подвижными системами приборов. Когда подвижная часть приходит в движение, поршень в форме крыла тормозится в камере, и колебания стрелки затухают.

Для достижения нужной точности измерений, прибор не должен быть подвержен влиянию силы тяжести в процессе измерения, а отклонение стрелки должно быть связано лишь с вращающим моментом, возникающим при взаимодействии тока катушки с магнитным полем постоянного магнита и с торможением рамки пружинами.

Чтобы исключить вредное влияние силы тяжести и избежать связанных с ним погрешностей, к подвижной части прибора добавляют противовесы в виде грузиков, перемещающихся на стержнях.

Для снижения трения стальные наконечники выполняются из отполированной износостойкой стали или из вольфрамо-молибденового сплава, а подпятники изготавливают из твердого минерала (агат, корунд, рубин и т. д.). Зазор между наконечником и подпятником настраивают при помощи стопорного винта.

Для точной установки стрелки в нулевое исходное положение, прибор оснащается корректором. Корректором в стрелочном приборе служит винт, выведенный наружу, и соединенный поводком с пружиной. При помощи винта можно передвигать немного спираль на оси, регулируя таким образом исходное положение стрелки.

Большинство современных приборов имеют подвижную часть, подвешенную на паре растяжек в виде упругих металлических лент, служащих для подачи тока на катушку, и создающих противодействующий момент. Растяжки соединены с парой плоских пружин, расположенных взаимно перпендикулярно.

Справедливости ради отметим, что кроме классического механизма, рассмотренного выше, встречаются также и приборы с магнитами не только п-образной формы, но и с цилиндрическими магнитами, и с магнитами в форме призм, и даже с внутрирамочными магнитами, которые сами могут быть подвижными.

Для измерения тока или напряжения, магнитоэлектрический прибор включают в цепь постоянного тока по схеме амперметра или вольтметра, разница лишь в сопротивлении катушки и в схеме включения прибора в цепь. Разумеется через катушку прибора не должен проходить весь измеряемый ток при измерении тока, и не должна потребляться большая мощность при измерении напряжения. Для создания надлежащих условий служит добавочный резистор, встроенный в корпус измерительного прибора.

Сопротивление добавочного резистора в схеме вольтметра превосходит сопротивление катушки во много раз, и этот резистор изготовлен из металла с чрезвычайно малым температурным коэффициентом сопротивления, такого как манганин или константан. Резистор, включаемый параллельно катушке в амперметре, называется шунтом.

Сопротивление шунта напротив во много раз меньше сопротивления измерительной рабочей катушки, поэтому через провод катушки проходит только мизерная доля измеряемого тока, в то время как основной ток течет через шунт. Добавочный резистор и шунт позволяют расширить пределы измерения прибора.

Читать еще:  Можно ли подпилить межкомнатную дверь?

Направление отклонения стрелки прибора зависит от направления тока через измерительную катушку, поэтому при включении прибора в цепь важно правильно соблюсти полярность, иначе стрелка будет двигаться в другую сторону. Соответственно, магнитоэлектрические приборы в каноническом виде непригодны для включения в цепь переменного тока, поскольку стрелка будет просто вибрировать оставаясь на одном месте.

Тем не менее, к достоинствам магнитоэлектрических приборов (амперметров, вольтметров) относятся высокая точность, равномерность шкалы и устойчивость к помехам, порождаемым внешними магнитными полями. К недостаткам — непригодность к измерению переменного тока (чтобы измерить переменный ток, нужно будет его сначала выпрямить), требование к соблюдению полярности и уязвимость тонкой проволоки измерительной катушки к перегрузкам.

Вольтметры и амперметры

Изучите показания, схемы и сопротивление вольтметра и амперметра в цепи – устройства измерения напряжения и тока: рисунки, цифровой вольтметр и амперметр.

Вольтметры и амперметры в цепи используют для вычисления напряжения и тока.

Задача обучения

  • Сравнить подключение цепей амперметра и вольтметра.

Основные пункты

  • Вольтметр – устройство, с чьей помощью удается вычислить разность электрических потенциалов между двумя точками в электрической цепи.
  • Амперметр – устройство для вычисления тока в цепи.
  • Вольтметр связывается с устройством параллельно, а амперметр – последовательно.
  • В основе большинства аналоговых счетчиков лежит гальванометр – измеряет ток при помощи движения или отклонения иглы. На прогиб влияет магнитная сила, воздействующая на токопроводящую проволоку.

Термины

  • Шунтирующее сопротивление – небольшое сопротивление (R), расположенное параллельно гальванометру (G) для изготовления амперметра.
  • Гальванометр – аналоговый измерительный прибор (G), который для вычисления тока использует отклонение иглы.
  • Вольтметры и амперметры вычисляют напряжение и ток в цепи.

Вольтметры

Вольтметр – устройство для вычисления разницы в электрическом потенциале между двумя точками в электрической цепи. Аналоговый вольтметр смещает указатель по шкале пропорционально напряжению в цепи, в цифровом присутствует цифровой дисплей. Любое измерение вольтметра, которое можно трансформировать в напряжение, будет отображаться на счетчике. Здесь зафиксируется давление, температура и поток.

Демонстрационный прибор, используемый на уроках по физике

Чтобы вольтметр смог вычислить напряжение, он должен подключаться параллельно. Это важно, так как параллельные объекты ощущают единое различие потенциалов. Ниже представлена схема вольтметра и показания.

(а) – Чтобы вычислить отличие потенциалов в этом потоке, вольтметр (V) расположен параллельно по отношению к источнику напряжения или любому из резисторов. Отметьте, что напряжение клеммы вычисляется между точками а и b. Нельзя подключить вольтметр через ЭДС без добавления внутреннего сопротивления. (b) – Применение цифрового вольтметра

Амперметры

Амперметр измеряет электрический ток, а его наименование происходит из единицы измерения – Ампер. Чтобы прибор смог определить ток, его нужно присоединить последовательно. Это важно, так как объекты в последовательной цепи ощущают единый ток. Они не должны подключаться к источнику напряжения – амперметры функционируют при минимальной нагрузке. Можете рассмотреть схему амперметра.

Амперметр установлен в последовательной связи для определения тока. Весь ток в цепи проходит сквозь счетчик. Если амперметр находится между точками d и e или f и a, то приобретет такое же значение

Гальванометры (аналоговые счетчики)

Аналоговые счетчики располагают иглами, которые поворачиваются, чтобы отмечать на шкале цифры. Это и отличает их от цифровых приборов, выводящих цифровые символы прямо на экран. В центре большинства аналоговых приборов находится гальванометр (G). Ток проходит сквозь него и приводит к пропорциональному перемещению (отклонение иглы).

Гальванометр характеризуется сопротивлением и текущей чувствительностью. Последнее – ток, осуществляющий значительное отклонение иглы гальванометра (максимальный ток). К примеру, гальванометр, чья токовая чувствительность составляет 50 мкА достигает максимального прогиба в 50 мкА.

Если подобный прибор обладает сопротивлением в 20 Ом, то только напряжение V = IR = (50 мкА) (25 Ом) = 1.25 мВ создает полномасштабное считывание. Объединив с ним резисторы, можно рассматривать его в качестве вольтметра или амперметра.

Гальванометры в качестве вольтметров

Катушка гальванометра способена функционировать как вольтметр, когда расположена в последовательной связи с серьезным сопротивлением (R). Это значение вычисляется максимальным напряжением. Допустим, вам нужно, чтобы 10В создавало полномасштабное отклонение вольтметра, вмещающего гальванометр с 25 Ом и чувствительностью 50 мкА. Полное сопротивление:

Rполное = R + r = V/I = 10В/50мкA = 200кОм,

R = Rполное — R = 200кОм – 25 ОМ ≈ 200кОм (R настолько велико, что сопротивление гальванометра почти незначительное).

Заметьте, что приложенные 5В создают отклонение в половину шкалы, отправляя ток всего в 25 мкА сквозь счетчик, так как показание вольтметра располагается пропорционально. В случае с другими диапазонами, напряжение устанавливают последовательно с гальванометром.

Гальванометр в качестве амперметра

Гальванометр можно использовать как амперметр, если прибор установлен в параллельной связи с небольшим сопротивлением, именующимся шунтирующим. Дело в том, что сопротивления шунта маленькое, из-за чего амперметр может вычислять ток намного четче.

Допустим, нам нужен амперметр, фиксирующий полномасштабное отклонение для 1 А и содержит тот же гальванометр на 25 Ом с чувствительностью 50 мкА. Так как R и r параллельны, напряжение на них одинаково.

Так что: IR = IG/I = R/r.

Решая для R и отмечая, что IG составляет 50 мкА, а I – 0.999950 А, получим:

Характеристики и принцип работы электронного вольтметра

Необходимость в использовании вольтметра, прибора для измерения напряжения, возникает не только у профессиональных электриков. Практически все домашние мастера, автовладельцы и тем более радиолюбители активно применяют этот девайс. С его помощью можно определить наличие напряжения в бытовой электросети, проверить заряд АКБ автомобиля и т. д. Сегодня в продаже встречаются не только электромеханические приборы, но и электронные вольтметры.

  1. Классификация приборов
  2. В соответствии с назначением
  3. По внешним признакам
  4. Диапазон и способ измерения
  5. Принцип работы
  6. Основные характеристики
  7. Правила использования

Классификация приборов

Вольтметр представляет собой устройство, которое используется в электрике наряду с амперметром или омметром. Прибор можно подсоединять напрямую к источнику электроэнергии или параллельно нагрузке. Уже по одному названию прибора даже начинающий домашний мастер сможет точно сказать, для чего нужен вольтметр. Для классификации этих устройств используется многоступенчатая система.

В соответствии с назначением

Если на корпусе измерителя имеется маркировка В2, то он предназначен для использования в электроцепях постоянного тока. Также есть устройства для измерения переменного напряжения, обозначаемые В3.

Типов вольтметров в соответствии с назначением:

  1. Фазовые. Предназначены для определения показателей квадратурных составляющих основной гармоники электрического тока и маркируются — В5.
  2. Универсальные — маркировка В7. Позволяют снимать показания в любых электрических цепях. Многие модели комплектуются набором шунтов для обеспечения безопасного подсоединения.
  3. Импульсные — В4. Эти измерители нашли широкое применение благодаря своим функциональным возможностям. С их помощью можно обнаружить импульсные помехи в электросети.
  4. Измерители селективного поиска частот. Эти приборы имеют самые большие габариты и позволяют обрабатывать сложные сигналы, выделяя из них гармонические элементы. Часто они могут выглядеть как радиоприемники.

Все эти виды вольтметров широко используются в быту или промышленности.

По внешним признакам

Измерители напряжения можно разделить на три большие группы. Среди них наибольшими габаритами обладают стационарные.

Они предназначены для постоянного мониторинга показателей электрических сетей. Это бывает необходимо для поддержания бесперебойной работы различного оборудования. Эти устройства отличаются высокой чувствительностью и точностью измерений.

Приборы, которые монтируются в электрошкафах, называются щитовыми. В сравнении со стационарными, они имеют меньшие размеры. Переносные (автономные) измерители благодаря небольшому весу и габаритам максимально удобны в транспортировке, поэтому они получили широкое распространение в быту. Также эти измерители оснащены щупами для быстрого снятия показаний.

Диапазон и способ измерения

Необязательно быть профессиональным электриком, чтобы знать, в чем измеряется напряжение. Основной единицей является Вольт (В). Однако в электроцепях напряжение может быть различным.

Все измерители напряжения можно разделить на несколько групп в соответствии с диапазоном снимаемых значений:

  1. микровольтметры — позволяют измерять миллионные доли вольта;
  2. милливольтметры — способны фиксировать тысячные доли единицы измерения напряжения;
  3. киловольтметры — предназначены для определения большого напряжения, измеряемого в кВ.

Измерители могут быть электромеханическими (стрелочными), а также электронными (цифровыми). Устройства первого типа оснащены цифровой шкалой и стрелкой, закрепленной на раме с обмоткой. Они обладают определенной чувствительностью. Это коэффициент зависимости между фактическим электронапряжением в цепи и углом поворота стрелки.

Устройство вольтметра электронного типа предполагает наличие дисплея для отображения снятых показаний.

Кроме этого, в конструкции предусмотрена специальная микросхема, задача которой заключается в преобразовании аналогового сигнала в цифровой. Эти измерители обладают высокой чувствительностью и надежностью, поэтому их стоимость выше электромеханических аналогов.

Принцип работы

Первыми были созданы измерители электромеханического типа. В их работе используется магнитоэлектрический принцип. Постоянный магнит закреплен неподвижно, а между его полюсами установлен стальной сердечник. Монтаж этого элемента конструкции выполняется так, чтобы в кольцеобразном воздушном зазоре могло формироваться постоянное электромагнитное поле.

В зазор на полуосях установлена рамка, изготовленная из алюминия. Она способна свободно перемещаться. На рамке также есть катушка из тонкой проволоки. Указательная стрелка прибора крепится с помощью пружин к рамке. Как только через прибор начинает проходить электроток, в обмотке возникает электромагнитное поле. Рамка вступает с ним во взаимодействие и отклоняется вместе со стрелкой на расстояние, соответствующее величине напряжения.

Конструкция измерителя также содержит индукционный демпфер — пластинку из алюминия, закрепленную на раме со стрелкой. В соответствии с правилом Ленца, вихревые токи, возникающие в демпфере, вступают во взаимодействие с породившим их магнитным полем и замедляют колебания указателя прибора. Чтобы добиться необходимой точности измерения, прибор во время работы не должен подвергаться воздействию силы тяжести.

Читать еще:  Розетки, провода, электроприборы – источник повышенной опасности для ребенка

Для решения поставленной задачи подвижная часть измерителя оснащается системой грузиков, передвигающихся на стержнях. Кроме этого, для обеспечения точного измерения необходимо снизить силу трения стальных наконечников. Это достигается благодаря использованию специальных износостойких сталей. Изготовленные из них детали подвергаются полировке.

Перед началом измерения пользователю необходимо установить указательную стрелку в нулевое положение.

Для этого в конструкции прибора предусмотрен специальный корректировочный винт, соединенный с пружиной. Это классическая конструкция, но сегодня встречаются приборы, содержащие магниты разной формы. При этом в некоторых конструкциях магнит является подвижным.

Основные характеристики

Чем выше показатель внутреннего сопротивления прибора, тем меньшее влияние он оказывает на работу измеряемой электроцепи. Измерители с высоким выходным сопротивлением являются более точными. При выборе вольтметра необходимо обратить внимание на его характеристики. Среди них наиболее важными являются следующие:

  1. диапазон измерения;
  2. внутреннее сопротивление;
  3. диапазон частот переменного тока;
  4. погрешность измерений.

Диапазон измерений прибора подбирается в зависимости от того, с какими величинами планируется работать. Большинство моделей способны измерять напряжение с показателем от нескольких десятков милливольт до сотен киловольт. Также важной характеристикой является и погрешность.

Этот показатель определяется изготовителем с помощью специальных тестов. Познакомиться с характеристиками прибора можно в инструкции по его эксплуатации.

Правила использования

Прибор должен подсоединяться к цепи параллельно. Следует убедиться, что он имеет диапазон измерений, соответствующий предполагаемому. Среди других правил грамотной эксплуатации можно выделить:

  1. необходимо соблюдать полярность;
  2. для измерения напряжения на источнике питания прибор подключается непосредственно к его клеммам;
  3. не допускается проверять высоковольтные участки цепи вольтметрами, не рассчитанными на большое напряжение;
  4. при использовании универсального измерителя предварительно следует выбрать нужный режим работы.

При выборе прибора пользователям стоит ориентироваться на собственный бюджет и поставленные задачи. Чтобы приобретенный прибор служил многие годы, следует соблюдать все правила эксплуатации.

Цифровой амперметр и вольтметр для блока питания

Черный с минусом. А вот автомобильный вольтметр рис. При подключении устройства в сеть постоянного тока на табло показывается полярность подключения. 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. Вольтметр амперметр с алиэкспресс — подключение, калибровка и доработка Измерительные трансформаторы тока Для подключения амперметров к цепям переменного тока служат измерительные трансформаторы тока. Измерительные трансформаторы тока Для подключения амперметров к цепям переменного тока служат измерительные трансформаторы тока. 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.


Также, помимо стандартной схемы, мы будем описывать, как подключить вольтамперметр к зарядному устройству Как подключить вольтамперметр к зарядному устройству — подборка схем Мы выбрали 4 самых распространенных вольтамперметров, которые используют умельцы в своих устройствах.


Напряжение от бортовой сети автомобиля через делитель R1-R2-R3 поступает на вход микросхемы D1. Измерение постоянного напряжения Чтобы измерить постоянное напряжение между двумя точками цепи, параллельно цепи, между этими двумя точками, подключают воль width=»960″ height=»720″[/img] Постоянное напряжение Способы измерения постоянного напряжения зависят от его величины: до 1 милливольта — цифровыми и аналоговыми аппаратами со встроенным усилителем; до вольт используют обычные аппараты различных систем; свыше 1 кВ измерения производятся электростатическими приборами, предназначенными для работы в высоковольтных сетях или обычными, включёнными через делитель.


ВОЛЬТМЕТР-АМПЕРМЕТР ТЕСТ, КАЛИБРОВКА, СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ. АЛИЭКСПРЕСС

Прибор для измерения нескольких пределов

Кто не раз сталкивался с транзисторными конструкциями и схемами знает, что очень часто вольтметром приходится замерять цепи с напряжением от десятков долей одного вольта до сотен вольт. Простой приборчик, изготовленный своими руками, с одним резистором это не осилит, поэтому в схему придется подключить несколько элементов с разным сопротивлением. Чтобы вы поняли, о чем идет речь, предлагаем ознакомиться со схемой, расположенной снизу:

На ней показано, что в схеме установлено четыре резистора, каждый из которых отвечает за свой диапазон измерений:

  1. От 0 вольт до единицы.
  2. От 0 вольт до 10В.
  3. От 0 В до 100 вольт.
  4. От 0 до 1000 В.

Номинал каждого резистора поддается подсчету, который проводится на основе закона Ома. Здесь используется следующая формула:

  • Rп – это сопротивление измерительного блока, возьмем, к примеру. 500 Ом;
  • Uп – это максимальное напряжение измеряемого предела;
  • Iи – это сила тока, при которой стрелка отклоняется до конца шкалы, в нашем случае – 0,0005 ампер.

Среднеквадратичный амперметр

Определение многих параметров радиоэлектронной аппаратуры в конечном итоге сводится к измерению переменных напряжений различной формы.

На практике радиолюбителю приходится сталкиваться со всеми четырьмя значениями переменного напряжения: средним значением — Uо, средневыпрямленным — Uср.в, среднеквадратичным — U и пиковым — Um. Среднее значение напряжения равно его постоянной составляющей; средневыпрямленное значение — среднему значению абсолютной величины переменного напряжения; среднеквадратичное — корню квадратному из среднеарифметического значения квадратов мгновенных значений напряжений за данный отрезок времени, а пиковое — наибольшему мгновенному значению напряжения за время измерения Т.

Естественно, что и вольтметры переменного напряжения также подразделяются на линейные, показания которых пропорциональны Uср.в, квадратичные, показания которых пропорциональны U, и импульсные, показания которых пропорциональны Um. Но наибольший интерес для радиолюбителей представляет среднеквадратичное значение напряжения, так как именно ему пропорциональна мощность выделяемая на нагрузке. Поэтому шкалы вольтметров всех типов градуируются в среднеквадратичных значениях напряжения синусоидальной формы. И нельзя забывать, что показания такого вольтметра будут верны только при измерении напряжения данной формы. Типичными случаями ошибочного применения линейных вольтметров являются измерение уровня помех и шумов, пульсации постоянных питающих напряжений, напряжения гармоник, напряжений импульсной формы и т. п. В большинстве случаев результаты измерений оказываются существенно заниженными что приводит к искусственному завышению параметров качества (т.е. уменьшению уровня помех, шумов, напряжения пульсаций, коэффициента гармоник и т. д.) исследуемых устройств. Вольтметры истинных среднеквадратичных значений, показания которых верны для напряжений любой формы, значительно сложнее линейных. Это обусловлено необходимостью применения для выпрямления квадратичных детекторов. Построить такой вольтметр можно используя операционные усилители.

Измерение тока различной формы сводится в итоге тоже к измерению падения напряжения на сопротивлении шунта. Схема среднеквадратичного амперметра, предназначенного для калибровки измерительных головок для амперметров импульсных зарядных устройств (тиристорных, транзисторных), представлена на рисунке. Измеряемый ток прибора 15 ампер. Выбор данного предела был обусловлен наличием у меня головки от тестера Ц4313, у которого шкала имеет тридцать делений, 15-ть кратно 30-ти. Сложность схемы кажущаяся и при правильном монтаже начинает работать сразу.

Напряжение падающее на сопротивлении шунта Rш поступает на каскад выделения абсолютной величины напряжения, выполненного на элементе DA1.1 микросхемы К1401УД2А по схеме двухполупериодного выпрямителя. Положительна волна напряжения со входа проходит на преобразователь через резистор R4 напрямую, а отрицательная полуволна инвертируется и подается через резистор R7. На элементах DA1.2 и DA1.3 собран непосредственно сам среднеквадратичный преобразователь. С выхода преобразователя постоянное напряжение, соответствующее среднеквадратичному входного, с движка подстроечного резистора R9, подается на вольтметр (R10, измерительная головка.) Можно подключить и внешний вольтметр, например мультиметр. В качестве шунта я использовал десять двухваттных резисторов включенных параллельно (что было в наличии) Фото 1. Можно конечно поставить один проволочный на 0,1 Ома. При прохождении через него среднеквадратичного тока величиной 15А, на нем будет выделяться мощность Р = I2•R = 225•0,1 = 22,5Вт. Не забывайте это. Рассчитать сопротивление добавочного резистора R10 для вашей измерительной головки, можно заглянув сюда. Рассчитывайте сопротивление на напряжение 0,1 вольта, недочеты компенсируете резистором R9. Калибровка прибора проста. Пропускаете через прибор постоянный ток в любом направлении известной величины (например 3 ампера) и резистором R9 устанавливаете стрелку вашего прибора на третье деление шкалы. Показания прибора, при изменении полярности подключения, должны быть примерно одинаковы. В противном случае, изменяя величину резистора R4, можно выровнять напряжения полуволн. Шкала линейная, поэтому хватит и одного раза калибровки. Лучше в середине шкалы.


Питание прибора у меня сетевое, но можно сделать его и от батареек, например применить две «Кроны». Внешний вид прибора и его внутренности показаны на фото1. Времени на дизайн у меня нет, поэтому я обошелся без предохранителя, без выключателя сети, без индикатора включения и т.д. Вы я надеюсь доведете прибор до ума. Старайтесь делать лучше – хреново само получится. Теперь имея такой прибор вы можите спокойно рисовать нелинейные и довольно точные шкалы для своих зарядных устройств, а если не лень, то просто спаять эту платку и вставить в зарядное, домотав на трансформатор две обмотки для ее питания. Скачать рисунок печатной платы. Успехов всем. До свидания. К.В.Ю.

Литература: Среднеквадратичный милливольтметр. Н. Сухов Радио 1981 №11 стр.53 Регулируемый регулятор мощности В.Тушнов Схемотехника 2003 №3 стр.4 Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах (1988) стр.117-120

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector