Миллиамперметр может измерить максимальный ток 10ма его сопротивление: 1. Миллиамперметр может измерить максимальный ток 10 мА, его сопротивление 9,9 Ом. Какой шунт следует подключить к миллиамперметру для увеличения предела измерения тока до 1 А? Во сколько раз увеличится при этом цена деления прибора?[0,1 Ом; в 100 раз]

Расчет сопротивления шунта амперметра

Часто при электротехнических измерениях необходимо узнать величину тока протекающего в цепи. Для этого используется амперметр. Как и другие измерительные приборы, амперметр имеет свой максимальный предел измерения, в тех случаях, когда его недостаточно, применяют шунтирование амперметра.

Шунт — это сопротивление, которое подключается параллельно к зажимам амперметра, с целью увеличения диапазона измерений. Добавление шунта параллельно амперметру вызывает разделение тока I, который протекает через данную цепь, на две составляющие – Iа и Iш.

По закону Кирхгофа известно, что сумма токов сходящихся в узле равна нулю, а значит, ток I представляет собой сумму токов Iа и Iш. Чем меньше сопротивление шунта Rш , тем ток Iш больше, а значит ток Iа, который протекает через амперметр — меньше. Зная, как соотносятся сопротивление амперметра Ra и шунта Rш, можно узнать величину измеряемого тока I или напротив, зная ток I, можно рассчитать необходимое сопротивление шунта Rш.

Формула для расчета сопротивления шунта:

Для увеличения диапазона измерения амперметра в n раз, формула для шунта:

Пример 1

Рассчитайте сопротивление шунта, который увеличит диапазон электромагнитного амперметра до 10 А, если известно, что амперметр имеет внутреннее сопротивление 5 Ом и измеряет ток до 1 А.

Измеряемый ток в 10 А, делится на два тока Iа = 1 А, и Iш, который равен:

Отсюда измеряемый ток должен разделиться в соотношении:

Так как по закону Ома сопротивление обратно пропорционально току, то

Откуда Rш:

Ответ: 0.556 Ом

Пример 2

Определите, какое должно быть сопротивление шунта, для того, чтобы увеличить предел измерения амперметра в 5 раз, если известно, что внутреннее сопротивление амперметра 2 Ом.

Сопротивление шунта рассчитывается по следующей формуле:

Ответ: 0,5 Ом.

Пример 3

Амперметр дает полное отклонение стрелки при токе в 3 А. Необходимо измерить с помощью него ток в 150 А. Определите сопротивление шунта, если известно, что внутреннее сопротивление амперметра 1 Ом.

Для проведения измерения необходимо увеличить ток в n раз:

По уже знакомой формуле рассчитаем сопротивление шунта:

Ответ: 0.02 Ом.

Просмотров: 33223

Последовательное и параллельное соединения проводников

Решение:

18 В схеме, изображенной на рис. 95, напряжение источника тока V=200 В, а сопротивления проводников R₁=60Ом, R₂ = R₃ = 30 Ом. Найти напряжение на сопротивлении R₁.

Решение:

19 Электрическая цепь состоит из источника тока с напряжением V=180В и потенциометра с полным сопротивлением R = 5 кОм. Найти показания вольтметров, присоединенных к потенциометру по схеме, изображенной на рис. 96. Сопротивления вольтметров R₁=6 кОм и R₂ = 4кОм. Движок x стоит посередине потенциометра.

Решение:

20 Три резистора включены по схеме, изображенной на рис. 97. Если резисторы включены в цепь в точках а и b, то сопротивление цепи будет R = 20 Ом, а если в точках а и с, то сопротивление цепи будет R₀ = 15 Oм. Найти сопротивления резисторов R₁, R₂, R₃, если R₁=2R₂.

Решение:
Эквивалентные схемы включения изображены на рис. 350. Сопротивления реостатов

21 На сколько равных частей нужно разрезать проводник, имеющий сопротивление R = 36 Ом, сопротивление его частей, соединенных параллельно, было R₀ — 1 Ом?

Решение:
Весь проводник имеет сопротивление R = nr, где r-сопротивление каждой из n равных частей проводника. При параллельном соединении n одинаковых проводников их общее сопротивление R₀ = r/n. Исключая r, получим

n может быть лишь целым положительным числом, большим единицы. Поэтому решения возможны только в случаях, когда R/R₀ = 4, 9, 16, 25, 36,… В нашем случае

22 Из проволоки сделан каркас в форме куба (рис. 98), каждое ребро которого имеет сопротивление r. Найти сопротивление R этого каркаса, если ток I в общей цепи идет от вершины А к вершине В.

Решение:
На участках Аа и bВ (рис. 351), ввиду равенства сопротивлений ребер куба и их одинакового включения, ток I равномерно разветвляется по трем ветвям и поэтому в каждой из них равен I/3. На участках ab ток равен I/6, так как в каждой точке а ток вновь разветвляется по двум ребрам с равными сопротивлениями и все эти ребра включены одинаково.
Напряжение между точками А и В складывается из напряжения на участке Аа, напряжения на участке ab и напряжения на участке bВ:

23 Из проволоки, единица длины которой имеет сопротивление R_l, сделан каркас в форме окружности радиуса r, пересеченной двумя взаимно перпендикулярными диаметрами (рис. 99). Найти сопротивление R_x каркаса, если источник тока подключен к точкам c и d.

Решение:
Если источник тока подключен к точкам с и d, то напряжения на участках da и ab равны, поскольку проволока
однородна. Следовательно, разность потенциалов между точками а и b равна нулю. Ток на этом участке отсутствует. Поэтому наличие или отсутствие контакта в точке пересечения проводников ab и cd безразлично. Сопротивление R_x, таким образом, представляет собой сопротивление трех параллельно включенных проводников: cd с сопротивлением 2rR₁, cad и cbd с одинаковыми сопротивлениями prR₁. Из соотношения

24 Провод длины L=1 м сплетен из трех жил, каждая из которых представляет собой кусок неизолированной проволоки с сопротивлением единицы длины R_l = 0,02 Ом/м. На концах провода создано напряжение V=0,01 В. На какую величину DI изменится ток в этом проводе, если от одной жилы удалить кусок длины l=20 см?

Решение:


25 Источник тока первоначально присоединяют к двум соседним вершинам проволочной рамки в форме правильного выпуклого n-угольника. Затем источник тока присоединяют к вершинам, расположенным через одну. При этом ток уменьшается в 1,5 раза. Найти число сторон n-угольника.

Решение:
n=5.

26 Как надо соединить четыре проводника с сопротивлениями R₁ = 10м, R₂ = 2 0м, R₃ = 3 Ом и R₄ = 4 0м, чтобы получить сопротивление R = 2,5 Ом?

Решение:
Сопротивление R = 2,5 Ом достигается, когда проводники включены по схеме сметанного соединения (рис. 352).

27 Найти проводимость k цепи, состоящей из двух последовательных групп параллельно включенных проводников. Проводимости каждого проводника первой и второй групп равны k₁=0,5Cм и k₂ = 0,25 См. Первая группа состоит из четырех проводников, вторая— из двух.

Решение:

28 Вольтметр рассчитан на измерение напряжений до максимального значения V₀ = 30 В. При этом через вольтметр идет ток I=10 мА. Какое добавочное сопротивление R_д нужно присоединить к вольтметру, чтобы им можно было измерять напряжения до V=150В?

Решение:
Для измерения вольтметром более высоких напряжений, чем те, на которые рассчитана шкала, необходимо включить последовательно с вольтметром добавочное сопротивление R_д (рис. 353). Напряжение на этом сопротивлении V_д=V-V₀; поэтому сопротивление R_д=(V-V₀)/I=12 кОм.

29 Стрелка миллиамперметра отклоняется до конца шкалы, если через миллиамперметр идет ток I=0,01 А. Сопротивление прибора R = 5 0м. Какое добавочное сопротивление R_д нужно присоединить к прибору, чтобы его можно было использовать в качестве вольтметра с пределом измерения напряжений V= 300 В?

Решение:
Для измерения прибором напряжений, не превышающих V, необходимо последовательно с ним включить такое добавочное сопротивление R_д, чтобы V=I(R + R_д), где I-максимальный ток через прибор; отсюда R_д= V/I-R30 кОм.

30 Вольтметр, соединенный последовательно с сопротивлением R₁ = 10 кОм, при включении в сеть с напряжением V=220 В показывает напряжение V₁ = 70 В, а соединенный последовательно с сопротивлением R₂, показывает напряжение V₂ = 20 В. Найти сопротивление R₂.

Решение:

31 Вольтметр с сопротивлением R = 3 кОм, включенный в городскую осветительную сеть, показал напряжение V=125В. При включении вольтметра в сеть через сопротивление Ro его показание уменьшилось до V₀ = 115 В. Найти это сопротивление.

Решение:
Городская осветительная сеть представляет собой источник тока, обладающий внутренним сопротивлением, намного меньшим сопротивления вольтметра R. Поэтому напряжение V=125 В, которое показывал вольтметр при непосредственном включении в сеть, равно напряжению источника тока. Это значит, что оно не изменяется и при включении вольтметра в сеть через сопротивление R₀. Поэтому V=I(R + R₀), где I=V₀/R — ток, текущий через вольтметр; отсюда R₀ = (V-V₀)R/V₀ = 261 Ом.

32 Вольтметр с сопротивлением R = 50 кОм, подключенный к источнику тока вместе с добавочным сопротивлением R_д = 120 кОм, показывает напряжение V₀ =100 В. Найти напряжение V источника тока.
Решение:
Ток, текущий через вольтметр и добавочное сопротивление, I=V₀/R. Напряжение источника тока V=I(R+R_д)= (R+R_д)V₀/R = 340 В.

33 Найти показание вольтметра V с сопротивлением R в цепи, изображенной на рис. 100. Ток до разветвления равен I, сопротивления проводников R₁ и R₂ известны.

Задачи по физике и математике с решениями и ответами

Задача по физике — 2771

Заряженную большую плоскую металлическую пластину с поверхностной плотностью заряда $\sigma$ внесли в однородное электрическое поле напряженности $E_{0}$, направленное перпендикулярно поверхности пластины. Определите напряженности поля слева и справа от пластины. Подробнее

Задача по физике — 2776

Во время лабораторной работы ученик соединил последовательно три одинаковых резистора и подключил их к источнику постоянного напряжения (см. рис.), а затем измерял напряжение на различных участках этой цепи при помощи вольтметра. Подключенный параллельно всем трем резисторам вольтметр показал 3 В, а подключенный параллельно одному резистору (см. рис.) — 0,8 В. Каковы будут показания вольтметра, если его подключить параллельно двум резисторам?
Подробнее

Задача по физике — 2785

Воздушный конденсатор, заряженный до напряжения 120 В, подключается параллельно к незаряженному конденсатору таких же геометрических размеров, но заполненному непроводящей жидкостью, относительная диэлектрическая проницаемость которой прямо пропорциональна напряжению на конденсаторе. При каком коэффициенте пропорциональности этой зависимости напряжение на соединенных конденсаторах станет равным 40 В? Подробнее

Задача по физике — 2790

В представленной на рис. цепи сопротивления резисторов $R$ вдвое больше сопротивлений резисторов $r$, при этом общее сопротивление цепи $R_{0}$ равно 13,75 кОм. При ее подключении к источнику постоянного напряжения вольтметр показал 2,9 В. Определите показания амперметра, считая приборы идеальными.
Подробнее

Задача по физике — 2795

Вольтметр, подключенный к источнику постоянного напряжения через некоторое неизвестное сопротивление (рис.), показывает 10 В. Если параллельно к этому вольтметру присоединить второй такой же вольтметр, то показания каждого из приборов составят 8 В.{n}} \approx 1 — n \alpha$, справедливое при $\alpha \ll 1$.
Подробнее

Задача по физике — 2800

В приведенной на рис. цепи все вольтметры одинаковые и все резисторы одинаковые. Определите показания второго вольтметра, если первый показывает 10,0 В, а третий 8,0 В.
Подробнее

Задача по физике — 2806

Каждую секунду в мире возникает около 100 молний средней длительностью по 2 мс. При этом среднее напряжение в канале молнии оценивается как 10 МВ, а заряд, переносимый одной молнией, примерно равен 40 Кл. В 1892 г Николо Тесла предложил использовать энергию, генерируемую этой «электрической машиной» планеты. Оцените мощность такой «машины» и сравните её с совокупной мощностью современных электростанций мира, если среднее годовое энергопотребление составляет сегодня $15 \cdot 10^{12} кВт \cdot час$. Подробнее

Задача по физике — 2810

Винтик и Шпунтик изготовили оригинальные часы: на их циферблате по окружностям, описываемым концами часовой и минутной стрелок, проложены две неизолированные проволоки. Часовая и минутная стрелки сделаны из таких же проволок, однако заизолированы по всей длине, кроме концов и места прикрепления к оси. К проволочным окружностям в их верхних точках подключены последовательно источник постоянного напряжения 10 В и идеальный амперметр (см. рис.). Когда часы показывают ровно 3 часа, амперметр показывает 10 мА. Каковы будут показания амперметра, когда на часах будет 6 часов ровно? Часовая стрелка в 2 раза короче минутной.
Подробнее

Задача по физике — 2815

Конденсатор емкостью 1000 мкФ, заряженный до напряжения 200 В, подключают к двум соединённым параллельно резисторам с сопротивлениями 50 Ом и 75 Ом. Какое количество энергии выделится в первом резисторе в результате полного разряда конденсатора? Подробнее

Задача по физике — 2821

В школьной лаборатории Вовочка нашел источник постоянного напряжения 12 В, миллиамперметр с пределом шкалы 2 мА и ценой деления 0,1 мА, а также по одному резистору сопротивлением 1 Ом, 10 Ом, 1 кОм и 10 кОм. Желая проверить закон Ома, Вовочка подключил к источнику напряжения последовательно соединенные миллиамперметр и резистор 10 кОм, при этом показания миллиамперметра составили 1,2 мА. Обрадованный столь хорошим соответствием теории и эксперимента, Вовочка тут же заменил резистор 10 кОм на резистор 1 кОм, однако амперметр зашкалило. Проходивший мимо лаборант посоветовал ему внимательней читать описания к приборам и не нарушать техники безопасности. Расстроенный Вовочка пошел домой, но, выйдя из лаборатории, встретил друга Витю, с которым и поделился своей проблемой. «Да нам же на уроке рассказывали, как такие токи измерять, — сказал Витя, — там нужно ещё один резистор в схему добавить, и через какое хочешь сопротивление можно ток измерить. Только я вот забыл, куда и какой, и ещё, кажется, нужно шкалу у амперметра как-то перенормировать». Помогите друзьям с имеющимся оборудованием измерить ток через резистор 1 кОм. Действительно ли у них получится измерить ток через любой резистор? Если да, объясните, как это возможно, если нет — укажите диапазон сопротивлений, ток через которые получится измерить. Внутреннее сопротивление миллиамперметра составляет 10 Ом. Считайте, что источник в школьной лаборатории очень хороший, т.е. напряжение на его зажимах не зависит от подключенной нагрузки. Подробнее

Задача по физике — 2825

К новогодней дискотеке школьники собрали световое панно из лампочек для ёлочной гирлянды (см. рис., во всех точках пересечения проводов есть электрический контакт). Каждая лампочка имеет следующие параметры: номинальный ток 0,26 А, максимальный ток — 0,3 А, минимальный ток (при котором лампочка ещё светится) — 0,125 А. Внутренние клеммы подключили к положительному полюсу источника постоянного тока, внешние — к отрицательному. Источник имеет не зависящую от нагрузки ЭДС и внутреннее сопротивление, которое в два раза меньше сопротивления одной лампочки. После замыкания цепи загорелись только 4 лампочки, которые сразу же перегорели (все одновременно), после чего зажглись остальные, причём 4 лампочки работали в нормальном режиме, а остальные светили «вполнакала». Объясните, подтвердив расчётами, последовательность событий, укажите, какие лампочки работали в том или ином режиме, и определите ток короткого замыкания источника.
Примечание: внутреннее сопротивление источника тока можно рассматривать как подключенный последовательно к нему резистор. Током короткого замыкания источника называется ток, текущий через него при нулевом сопротивлении нагрузки.
Подробнее

Задача по физике — 2835

На рис. приведен фрагмент электрической схемы, состоящей из резисторов. Стрелкой указано направление тока через резистор $R$, значения тока и напряжения, подписанные около резистора, соответствуют текущему через него току и падающему на нем напряжению. Рассчитайте токи в каждом из параллельных резисторов. Какое напряжение покажет идеальный вольтметр, подключенный к резистору с сопротивлением $3R$? Величина $R$ заданной не считается!
Подробнее

Задача по физике — 2839

Потенциометр, или делитель напряжения, используется для регулировки напряжения на нагрузке: перемещая ползунок реостата, можно изменять его при неизменном напряжении источника. В приведенной на рис. схеме положение движка потенциометра отрегулировано так, что при напряжении источника 100 В и разомкнутом ключе К идеальный вольтметр показывает 30 В. Каковы будут показания вольтметра, если замкнуть ключ? Сопротивление нагрузки 20 кОм, полное сопротивление реостата 10 кОм.
Подробнее

Задача по физике — 2844

Металлический параллелепипед имеет размеры $a \times a \times b$, причем $a \ll b$. На прямой, соединяющей центры его малых граней, на расстоянии $r \gg b$ от него расположен диполь, дипольный момент которого равен $p$, а ось совпадает с указанной прямой. Оцените силу, действующую на параллелепипед со стороны диполя.
Примечание: диполем называются два точечных заряда одинаковой величины, но разного знака, расположенные на небольшом расстоянии друг от друга. Его дипольным моментом называется произведение величины зарядов на расстояние между ними. Подробнее

Амперметр постоянного тока с шунтом

Понятия и формулы

Шунтом называется сопротивление, которое присоединяется параллельно зажимам амперметра (параллельно внутреннему сопротивлению прибора), чтобы увеличить диапазон измерений. Измеряемый ток I разделяется между измерительным шунтом (rш, Iш) и амперметром (rа, Iа) обратно пропорционально их сопротивлениям.

Сопротивление шунта rш=rа х Iа/(I-Iа ).

Для увеличения диапазона измерений в n раз шунт должен иметь сопротивление rш=(n-1)/rа

1. Электромагнитный амперметр имеет внутреннее сопротивление rа=10 Ом, а диапазон измерений до 1 А. Рассчитайте сопротивление rш шунта так, чтобы амперметр мог измерять ток до 20 А (рис. 1).

Измеряемый ток 20 А разветвится на ток Iа=1 А, который потечет через амперметр, и ток Iш, который потечет через шунт:

Отсюда ток, протекающий через шунт, Iш=I-Iа=20-1=19 А.

Измеряемый ток I=20 А должен разделиться в отношении Iа:Iш=1:19.

Отсюда вытекает, что сопротивления ветвей должны быть обратно пропорциональны токам: Iа:Iш=1/rа : 1/rш;

Сопротивление шунта rш=10/19=0,526 Ом.

Сопротивление шунта должно быть в 19 раз меньше, чем сопротивление амперметра rа, чтобы через него проходил ток Iш, в 19 раз больший тока Iа=1 А, который проходит через амперметр.

2. Магнитоэлектрический миллиамперметр имеет диапазон измерений без шунта 10 мА и внутреннее сопротивление 100 Ом. Какое сопротивление должен иметь шунт, если прибор должен измерять ток до 1 А (рис. 2)?

При полном отклонении стрелки через катушку миллиамперметра будет проходить ток Iа=0,01 А, а через шунт Iш:

откуда Iш=I-Iа=1-0,99 A=990 мА.

Ток 1 А разделится обратно пропорционально сопротивлениям: Iа:Iш=rш:rа.

Из этого соотношения найдем сопротивление шунта:

10:990=rш:100; rш=(10х100)/990=1000/990=1,010 Ом.

При полном отклонении стрелки через прибор пройдет ток Iа=0,01 А, через шунт – ток Iш=0,99 А, а по общей цепи – ток I=1 А.

При измерении тока I=0,5 А через шунт пройдет ток Iш=0,492 А, а через амперметр – ток Iа=0,05 А. Стрелка при этом отклоняется до половины шкалы.

При любом токе от 0 до 1 А (при выбранном шунте) токи в ветвях разделятся в отношении rа:rш, т. е. 100:1,01.

3. Амперметр (рис. 3) имеет внутреннее сопротивление rа=9,9 Ом, а сопротивление его шунта 0,1 Ом. В каком отношении разделится измеряемый ток 300 А в приборе и шунте?

Задачу решим при помощи первого закона Кирхгофа: I=Iа+Iш.

Кроме того, Iа:Iш=rш:rа.

Из второго уравнения получим ток Iа и подставим его в первое уравнение:

Ток в приборе Iа=I-Iш=300-297=3 А.

Из всего измеряемого тока через амперметр пройдет ток Iа=3 А, а через шунт Iш=297 А.

Шунт для амперметра

4. Амперметр, внутреннее сопротивление которого 1,98 Ом, дает полное отклонение стрелки при токе 2 А. Необходимо измерить ток до 200 А. Какое сопротивление должен иметь шунт, подключаемый параллельно зажимам прибора?

В данной задаче диапазон измерений увеличивается в 100 раз: n=200/2=100.

Искомое сопротивление шунта rш=rа/(n-1).

В нашем случае сопротивление шунта будет: rш=1,98/(100-1)=1,98/99=0,02 Ом.

Для контроля величины тока применяется прибор называемый амперметром. Из практики могу сказать, что не всегда под рукой оказывается прибор с нужным диапазоном измерения. Как правило, диапазон либо мал, либо велик. Здесь мы разберем, как изменить рабочий диапазон амперметра. Амперметры на большие токи от 20 ампер и выше имеют в своём составе внешний шунтирующий резистор. Он подключается параллельно амперметру. На рисунке 1 приведена схема включения амперметра с шунтирующем резистором.

В качестве примера в экспериментах будет использован амперметр M367 со шкалой до 150 ампер, соответственно при таком токе амперметр используется с внешним шунтирующим сопротивлением.

Если убрать шунтирующий резистор, то амперметр станет миллиамперметром с максимальным током отклонения стрелки 30 мА (далее будет пояснение, откуда это значение взялось). Таким образом, используя разные шунтирующие сопротивления можно сделать амперметр практически с любым диапазоном измерения.

Рассмотрим подробнее имеющийся измерительный прибор. Из его маркировок можно узнать следующее. Маркировка в верхнем правом углу (цифра 1 на изображении). Модель измерительной головки М367. Сделан на краснодарском заводе измерительных приборов (это можно определить по ромбику с буковками ЗИП). Год выпуска 1973. Серийный номер 165266.

Маркировка в нижнем левом углу (цифра 2 на изображении). Слева на право. Прибор предназначен для измерения постоянного тока. Магнитоэлектрический прибор с подвижной рамкой. Напряжение между корпусом и мангнитоэлектрической системой не должно превышать 2 КВ. Рабочее положение шкалы прибора вертикальное. Класс точности прибора в процентах 1,5. ГОСТ8711-60. Измерительная головка рассчитана на измерения силы тока до 150 ампер с использованием внешнего шунтирующего сопротивления рассчитанного на падение на нём напряжения номиналом в 75 милливольт.

Итак, это максимум что удалось узнать из маркировки амперметра. Теперь перейдём к расчетам. Сопротивление шунта определяется по формуле:

где :
Rш – сопротивление шунтирующего резистора;
Rприб – внутреннее сопротивление амперметра;
Iприб – максимально измеримый ток амперметром без шунта;
Iраб – максимально измеримый ток с шунтом (требуемое значение)

Если все данные для расчёта имеются, то можно приступать к самому расчёту. Для упрощения можно воспользоваться онлайн калькулятором ниже:

В нашем случае из формулы видно, что данных не достаточно. Нам известен только максимальный измеряемый ток с шунтом. То есть, то, что мы хотим видеть в случае максимального отклонения стрелки амперметра.

Из маркировки прибора удалось узнать падение напряжения на шунтирующем сопротивлении. И это уже что-то. Из этого параметра ясно, что при подаче на прибор напряжения номиналом 0,075 вольт (75мВ) стрелка отклониться до крайнего значения на шкале 150 ампер. Таким образом, получается, что максимальное отклонение стрелки прибора достигается подачей напряжения 75 мВ. Вроде как данных для расчета по-прежнему не хватает. Необходимо узнать сопротивление прибора и ток, при котором стрелка откланяется до максимального значения без шунтирующего резистора. Далее предлагаю несколько способов для определения нужных параметров и решения задачи.

Способ первый. При помощи блока питания выясняем максимальное отклонение стрелки по току и напряжению без шунта. В нашем случае напряжение уже известно. Его замерять не будем. Измеряем ток и отклонение стрелки. Так как блока питания под рукой не оказалось, то пришлось воспользоваться очень разряженой батарейкой типа АА. Ток, который батарейка могла ещё отдать, составил 12 мА (по показаниям мультиметра). При этом токе стрелка прибора отклонилась до значения на циферблате 60А. Далее определяем цену деления и рассчитываем полное (максимальное) отклонение стрелки. Поскольку шкала циферблата амперметра размечена равномерно, то не составит труда узнать (рассчитать) ток максимального отклонения стрелки.

Цена деления прибора рассчитывается по формуле:

где:
х1 – меньшее значение,
х2 – большее значение,
n – количество промежутков (отрезков) между значениями

Для упрощения можно воспользоваться онлайн калькулятором ниже:

Расчёт показал, что цена деления прибора штатной шкалы составляет 5 ампер. При токе 12 мА стрелка отклонялась до показания 60А. Таким образом, цена одного деления без шунта составляет 1 мА. Всего делений 30, соответственно максимальное отклонение стрелки до значения 150А без шунта составляет 30 мА.

Далее при помощи закона Ома находим сопротивление прибора. 0,075/0,03=2,5 Ом

Расчёт:
Rш=Rприб*Iприб/(Iраб-Iприб)=2,5*0,03/(10-0,03)=0,00752 Ом для шкалы 10А мах
Rш=Rприб*Iприб/(Iраб-Iприб)=2,5*0,03/(5-0,03)=0,01509 Ом для шкалы 5А мах
Rш=Rприб*Iприб/(Iраб-Iприб)=2,5*0,03/(3-0,03)=0,02525 Ом для шкалы 3А мах

Для упрощения можно воспользоваться онлайн калькулятором расчёта сопротивления шунтирующего сопротивления выше.

Второй вариант. При помощи прецизионного мультиметра замеряем сопротивление амперметра и далее при помощи закона Ома (зная напряжение максимального отклонения стрелки) находим ток максимального отклонения стрелки. Измерения выполнялись прецизионными мультиметрами Mastech MS8218 и Uni-t UT71E. При измерении сопротивления амперметра значение составило 2,50-2,52 Ом прибором UT71E и 2,52-2,53 прибором MS8218.

Формула для расчёта тока отклонения стрелки до максимального значения:

Для упрощения вычислений максимального тока отклонения стрелки амперметра можно воспользоваться калькулятором ниже:

Далее, как и в первом варианте выполняем расчёт сопротивления шунтирующего резистора (калькулятор выше). Для расчёта было принято среднее показание измеренного сопротивления амперметра двумя мультиметрами Rприб = 2,52Ом

Расчёт:
Rш=Rприб*Iприб/(Iраб-Iприб)=2,52*0,02976/(10-0,02976)=0,00752 Ом для шкалы 10А мах
Rш=Rприб*Iприб/(Iраб-Iприб)=2,52*0,02976/(5-0,02976)=0,01508 Ом для шкалы 5А мах
Rш=Rприб*Iприб/(Iраб-Iприб)=2,52*0,02976/(3-0,02976)=0,02524 Ом для шкалы 3А мах

Если сравнить расчёты двух методик между собой, то получились совпадение данных до четвёртого знака после запятой, а в некоторых случаях даже до пяти знаков.

О тонкостях изготовления шунтирующего сопротивления расскажу в следующей статье.

Иногда, в радиолюбительской практике и не только, требуется измерить токи, величиной в несколько десятков ампер. Обычный мультиметр может измерять токи до 10 А, ито не всегда. Зачастую имеющийся под рукой прибор позволяет делать измерения до десятых долей ампера. Опытный радиолюбитель легко выйдет из положения, поэтому статья предназначена в первую очередь для новичков. Итак, будем разбираться, как измерить ток с помощью закона Ома.

Применение закона Ома

Основной закон электротехники, он же закон Ома, гласит: I=U/R где I-это ток в амперах, U-напряжение в вольтах, R-сопротивление в омах. Эта формула говорит нам, что если в разрыв измеряемой нагрузки (где нужно измерить ток) включить шунт (R) и измеренное на шунте напряжение (U) подставить в формулу, по двум величинам R и U мы узнаем нужную нам I – протекающий ток.

Пример: мы ожидаем ток 20-30 А, а может и больший от потребления двигателем шуруповерта. У нас имеется проволочный шунт, сопротивлением 0,035 Ом. Шунт подключается в разрыв плюса или минуса, это не важно – действующий ток одинаков на всех участках цепи. Так же параллельно шунту подключается вольтметр – по его показания можно судить о токе, потребляемом нагрузкой. У меня при почти полном торможении вала двигателя вольтметр показывал около 0,9 В. Подставив известные нам значения в формулу I=0,9/0,035=25,7А – такой ток потребляет мотор.

Обратите внимание:
При измерении пульсирующих и динамически меняющихся токов, цифровой вольтметр не очень подходит, так как его контроллер очень медленно снимает показания. Для данной цели больше подходит стрелочный вольтметр.

Подобрав шунт нужного сопротивления, можно измерять любые постоянные или пульсирующие токи, хоть до 300 А и более. Хотя я сомневаюсь, что такие измерения вам понадобятся. Обычные резисторы не подходят в роли шунта для больших токов, так как обладают малой мощностью рассеяния. Рассчитать примерную мощность рассеяния шунта можно умножив ожидаемый ток в амперах на падение на нем в вольтах. Для выше приведенного примера это 25,7*0,9=23,13 Вт, такой мощностью обладают проволочные резисторы.

Калькулятор расчета тока по сопротивлению и напряжению на шунте

Напряжение на шунте, В

Сопротивление шунта, Ом

Самодельный шунт

Не всегда под рукой имеются проволочные резисторы таких мизерных сопротивлений, я бы даже сказал чаще их нет. Из положения можно выйти при помощи нихромовой проволоки от вышедших из строя нагревателей, в крайнем случае можно использовать обычный медный провод. Для определения сопротивления куска проволоки понадобится амперметр (прям замкнутый круг) и источник питания с нагрузкой. Амперметр может конечно быть рассчитан на меньшие токи, чем предполагается измерять шунтом.

Например, для измерения сопротивления своего шунта 0,035 Ом я использовал источник напряжения 12 В и галогеновую лампу 12 В 35 Вт. Предварительно оценив, что лампа потребляет 35Вт/12В=2,9А, я использовал амперметр на 5 А. Безусловно, когда мы знаем ток потребления нагрузкой, как в моем случае, амперметром можно и не пользоваться, однако будет большая погрешность в измерениях.

Итак, подключаем шунт неизвестного сопротивления в разрыв между источником питания и нагрузкой (лампой). Аналогично, как при измерении тока, включаем параллельно шунту вольтметр. В ситуации с лампой вполне сойдет цифровой вольтметр. Закон Ома здесь применим с той лишь разницей, что теперь нам известен ток и напряжение, а сопротивление нет. Используя ту же формулу, подставляем известные значения: 2,9(ток потребления лампы)=0,1(напряжение на измеряемом шунте)/X(сопротивление неизвестно) – 2,9=0,1/X или данное уравнение можно записать иначе: X=0,1/2,9=0,034 Ома – сопротивление шунта.

Измерение переменного тока

Для измерения переменного тока так же применимы вышеописанные методы, с той лишь разницей, что нужно использовать вольтметр переменного напряжения, а в случае с измерением сопротивления шунта – амперметр переменного тока.

Для измерения в цепях с частотой 50 Гц вполне сойдут и цифровые вольтметры и амперметры (при наличии у них таких функций). При более высоких частотах цифровые приборы малопригодны, их показания могут сильно отличаться от реальности. Стрелочные измерительные приборы в этом случае куда более подходящие.

Однако самым лучшим вариантом измерения токов любой формы является осциллограф. Осциллограф подключается к шунту вместо вольтметра. Это позволит измерить размах тока или или среднее его значение. Другими словами – мы увидим ток «воочию». Основная сложность при таких замерах – согласовать значения напряжений на осциллографе с сопротивлением шунта по закону Ома. Здесь могу посоветовать одно – калькулятор в начале страницы вам в помощь.

Хочется обратить внимание: при измерении переменного тока следует производит расчеты не по амплитудным значениям напряжения, а по среднеквадратическим – именно так принято в электротехнике измерять переменные токи и напряжения. Величины указываются усредненные, эквивалентные постоянным. Собственно это и стоит учитывать при использовании осциллографа. У цифровых «ослов» среднеквадратическая величина напряжения может рассчитываться автоматически, называется она «Vrms».

Вышенаписанное справедливо при измерении так называемых «действующих» токов, с относительно стабильной формой. Когда же нужно узнать пиковые токи – здесь в формулу рассчета (или калькулятор в начале) нужно подставлять амплитудные значения напряжений на шунте. Как говорится «все хорошо к месту» – в радиолюбительской практике требуются различные варианты.

Беседа 8 ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА ПЕРВОЙ НЕОБХОДИМОСТИ . Юный радиолюбитель [7-изд]

Не было, пожалуй, ни одной беседы, в которой бы я не говорил об электрических измерениях, измерительных приборах. И это не случайно — без измерений трудно, а подчас невозможно понять суть того или иного электрического явления, заставить нормально работать то или иное радиотехническое устройство.

Нередки случаи, когда собранный приемник или усилитель работает плохо или вообще молчит. А между тем виновником этого часто бывает сам радиолюбитель: в одном месте недостаточно хорошо сделал пайку, в другом — плохо изолировал проводники и соединение, в третьем — установил непроверенную деталь или перепутал выводы транзистора. И вот результат: приемник отказывается работать вообще или работает очень плохо. Такие или подобные неприятности надо предупреждать. Но если они все же появляются, причины их надо уметь быстро находить и устранять. В этом тебе должны помогать различные пробники и измерительные приборы, которые всегда должны быть под рукой.

Помнишь свои первые практические радиолюбительские шаги — постройку детекторного приемника? Тогда можно было обходиться без измерительных приборов, потому что все было просто: несколько деталей, две взаимосвязанные цепи — вот и весь приемник. Но иное дело — транзисторный приемник или усилитель. Даже самый простой из них, например однотранзисторный, уже требует применения миллиамперметра для его налаживания. Без измерительного прибора не удастся поставить транзистор в наиболее выгодный режим работы и получить от него максимальное усиление.

А ведь чем сложнее конструкция, тем больше нужно иметь измерительных приборов. Чтобы, например, наладить транзисторный усилитель 3Ч даже средней сложности или аппаратуру телеуправления моделями, потребуются еще вольтметр с большим входным сопротивлением, звуковой генератор и некоторые другие измерительные приборы. Без них лучше не браться за постройку такой аппаратуры — не имеет смысла зря тратить время, силы, портить детали и материалы. Все эти измерительные приборы есть в радиотехнических школах и спортивно-технических клубах ДОСААФ, в радиолабораториях внешкольных учреждений, а некоторые из них есть и в физическом кабинете твоей школы.

Аналогичные, только более простые приборы должны быть и в твоей домашней лаборатории. А для их налаживания и градуировки можно воспользоваться приборами Дворца или Дома пионеров и школьников, станции юных техников или другого местного внешкольного учреждения.

В этой беседе я расскажу тебе лишь о тех измерительных пробниках и приборах, без которых просто невозможно повышать свои радиотехнические знания. Назовем их приборами первой необходимости.

Начну с самых простых — измерительных пробников.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРОБНИКИ

Телефонный пробник. Самый простой пробник можно сделать из электромагнитного телефона и батареи 3336Л. Соедини их последовательно, как показано на рис. 102. Вот и весь прибор. Свободным штепселем телефона и вторым выводом батареи ты будешь подключать его к проверяемой детали, цепи.

Рис. 102. Телефонный пробник

Пользоваться пробником следует в таком порядке. Сначала испытай сам прибор, коснувшись свободным штепселем телефона свободного полюса батареи. В телефоне должен быть слышен довольно сильный звук, напоминающий щелчок. Такой же щелчок слышен в телефоне при отключении его от батареи. Если щелчки слышны, значит, пробник исправен.

Чтобы проверить, нет ли обрыва в контурной катушке, обмотке трансформатора или в дросселе, надо подключить к ним пробник. Если катушка или обмотка исправна, через нее идет ток. В моменты замыкания и размыкания цепи в телефоне слышны резкие щелчки. Если в катушке имеется обрыв, ток через нее не пойдет и никаких щелчков в телефоне не будет. В трансформаторе таким способом можно проверить каждую его обмотку.

Точно так проверяй и конденсаторы. Если конденсатор вполне исправен, то при первом замыкании цепи в телефоне пробника будет слышен щелчок, а при размыкании цепи щелчка не будет. Чем больше емкость конденсатора, тем щелчок сильнее. Щелчок вызывается током зарядки конденсатора, идущим через телефон. У конденсатора малой емкости ток зарядки мал, а потому щелчок будет очень слабым или он совсем не будет прослушиваться. А если при испытании конденсатора будет слышен щелчок не только при замыкании, но и при размыкании цепи, это укажет на плохое качество диэлектрика или на то, что конденсатор пробит. Для проверки конденсатора переменной емкости нужно включить его в цепь пробника и медленно вращать ось подвижных пластин. Если при каком-то положении оси в телефоне слышен треск, значит, в этом месте подвижные и неподвижные пластины замыкаются. Осмотрев конденсатор, надо найти место касания пластин и устранить неисправность.

Аналогично с помощью телефонного пробника можно проверить надежность соединения проводников, определить, цела ли нить лампы накаливания и многое другое. А вот определить таким пробником годность батареи нельзя, так как в телефоне будет слышен сильный щелчок и при разрядившейся батарее, уже не способной накаливать нить лампы или питать транзисторный приемник.

Универсальный пробник. С помощью пробника, схема и конструкция которого приведены на рис. 103, ты сможешь не только проверить деталь, контакт, но и «прослушать» работу многих цепей приемника или усилителя. Он представляет собой панель размерами примерно 40х60 мм на стойках, на которой смонтированы гнезда для телефона

Рис. 103. Универсальный пробник

и щупов, диод V1 (любой точечный), конденсатор С1 емкостью 0,01-0,02 мкФ и элемент G1 напряжением 1,5 В (332 или 316). Щупами а и б пробник подключают к испытательным цепям приемника или усилителя, проверяемым деталям. Штепсельная вилка щупа а постоянно вставлена в общее для всех измерений гнездо «Общ», переключается только щуп б. Когда штепсельная вилка щупа б находится в гнезде X1, телефон подключают к испытываемой цепи через диод; когда она вставлена в гнездо Х2 — через конденсатор, а когда вставлена в гнездо Х3, телефон подключают непосредственно к испытываемой цепи.

Первое включение пробника используй для «прослушивания» радиочастотных пеней приемника. В этом случае модулированные колебания станции, на которую приемник настроен, детектируются диодом, а получаемые колебания звуковой частоты преобразуются телефоном в звук. Второе и третье включения щупа применяй для проверки цепей звуковой частоты; когда щуп вставлен в гнездо Х2, конденсатор преграждает путь постоянной составляющей тока через телефон, пропуская через него только составляющую звуковой частоты; когда же он вставлен в гнездо Х3, через телефон может идти как постоянный ток, так и токи звуковой частоты. Последнее, четвертое включение щупа (в гнездо Х4) соответствует использованию пробника для испытания деталей так же, как телефонным пробником.

Радиотрансляционная семь в роли звукового генератора. Наиболее распространенный способ проверки работоспособности усилителя 3Ч с помощью звукоснимателя, включенного на вход усилителя. Во время проигрывания грампластинки звукосниматель развивает напряжение звуковой частоты до нескольких десятых долей вольта, а иногда и больше. Чем меньше напряжение на входе усилителя, при котором усилитель работает с полной отдачей и при этом не искажает звук, тем выше его чувствительность.

Но источником, как бы генератором напряжения звуковой частоты может стать радиотрансляционная сеть, если действующее в ней напряжение понизить до нескольких долей вольта. Схему прибора, с помощью которого это можно сделать, и его конструкцию ты видишь на рис. 104. Сигнал звуковой частоты радиотрансляционной сети подается на вход усилителя через делитель напряжения, составленный из резистора R2, включенного потенциометром. Для радиотрансляционной сети напряжением 15 В (в крупных городах) сопротивление резистора R1 должно быть 150 кОм, емкость конденсатора С1 — 100 пФ, а для сети напряжением 30 В — соответственно 300 кОм и 51 пФ.

Рис. 104. Схема и конструкция делителя напряжения радиотрансляционной сети

Что же получается? Почти все напряжение сети падает на резисторе R1, и только небольшая часть его, примерно 0,1–0.2 В. приходится на резистор R2. С него-то и подается сигнал на вход усилителя. При перемещении движка переменного резистора на вход усилителя можно подавать напряжение звуковой частоты от нуля (движок R2 в крайнем нижнем по схеме положении) до 0,1–0,2 В (движок R2 в крайнем верхнем положении) и таким образом проверять чувствительность и качество работы усилителя в целом и его каскадов. Конденсатор С2 выполняет роль конденсатора связи, а С1 — роль корректирующего конденсатора; для наиболее высоких звуковых частот, впрочем, он не обязателен.

Прибор смонтируй на гетинаксовой плате размерами примерно 40х70 мм. На плату под ручкой переменного резистора можно приклеить шкалу с делениями, по которым можно было бы приблизительно судить о выходном напряжении. Нижний (по схеме) выходной проводник желательно снабдить зажимом типа «крокодил», а верхний, идущий от конденсатора С2, щупом отрезком толстого провода, заключенного изоляционную трубку. Зажимом «крокодил» ты будешь подключать прибор к общим цепям усилителя, а щупом — к входным цепям каскадов усилителя.

Должен тебя предупредить: подавать на вход усилителя полное напряжение радиотрансляционной сети нельзя из-за недопустимо большого входного сигнала активные элементы усилителя могут выйти из строя.

Простейший генератор сигналов. Это тоже пробник, но более универсальный, чем предыдущий, так как с его помощью можно проверить не только тракт звуковой частоты приемника, но и радиочастотный.

Принципиальная схема и одна из возможных конструкций такого прибора изображены на рис. 105. Это так называемый мультивибратор, представляющий собой разновидность генераторов электрических колебаний.

Рис. 105. Простейший генератор сигналов

Подробно о принципе работы и многообразии применения мультивибратора, особенно в электронной автоматике, наш разговор впереди (см. двадцатую беседу). Сейчас же лишь скажу, что он генерирует колебания не только какой-то одной, основной частоты, но и множество кратных частот, называемых гармониками, вплоть до частот коротковолнового диапазона.

Генератор двухтранзисторный. Напряжение сигнала снимается с резистора R4, являющегося нагрузкой транзистора V2, и через разделительный конденсатор С3 подается на вход проверяемого усилителя или приемника. Если усилитель или приемник исправны, в головке громкоговорителя слышен неискаженный звук тональности, соответствующей частоте колебаний генератора. Основная частота сигнала около 1 кГц, амплитуда выходного сигнала около 0,5 В. Для питания прибора используется один элемент 332. Ток, потребляемый генератором, не превышает 0.5 мА. Это значит, что элемент может питать прибор практически более года, т. е. до полного саморазряда.

Транзисторы V1 и V2 — любые маломощные низкочастотные, с любым коэффициентом h_21э. Важно лишь, чтобы они были исправными. Правильно собранный прибор начинает работать сразу после включения питания и никакой наладки не требует. Проверить работу генератора можно, подключив к его выходу высокоомные телефоны — в телефонах будет слышен звук средней тональности. Частоту основных колебаний генератора можно изменить использованием в нем конденсаторов С1 и С2 других емкостей. С увеличением емкостей этих конденсаторов частота колебаний уменьшается, а с уменьшением увеличивается.

Детали генератора, показанного на рис. 105, смонтированы на гетинаксовой плате размерами 50х70 мм. Элемент G1, с которого удалена бумажная этикетка, укреплен на плате жестяным хомутиком, являющимся выводом отрицательного полюса элемента. Выключатель питания необязателен — на время пользования генератором можно замыкать проводники плюсовой цепи питания.

Как и в предыдущем пробнике, плюсовой проводник выхода генератора целесообразно снабдить зажимом «крокодил», а второй проводник, идущий от конденсатора С3, сделать в виде щупа. А чтобы предупредить «просачивание» сигнала в цепи проверяемого приемника или усилителя, минуя выходную цепь генератора, прибор следует заключить в экран (на схеме показан штриховыми линиями) и соединить его с плюсовым проводником. Роль такого экрана может выполнять жестяная коробка или алюминиевая фольга (обертка шоколада), которая, должна быть изолирована от других цепей генератора.

Но конструкция прибора может быть иной. Можно, например, детали смонтировать плотно на узкой плате и разместить ее в корпусе неисправного электролитического конденсатора. Генератор может быть совсем маленьким, если в нем использовать малогабаритные транзисторы, например, серии ГТ108, а для его питания — дисковый аккумулятор типа Д-0,06.

Простые пробники, о которых я здесь рассказал, по только часть приборов самой первой необходимости. А как быть с измерениями токов и напряжений, без чего нельзя проверить и установить нужный режим работы аппаратуры, с измерением параметров транзисторов, чтобы знать их усилительные свойства? Для таких и ряда других измерений потребуется стрелочный измерительный прибор.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Ты уже знаешь, что токи измеряют амперметрами, миллиамперметрами или микроамперметрами, напряжения — вольтметрами, а то и милливольтметрами. Несмотря на различия в наименованиях, все эти приборы работают принципиально одинаково: отклонение стрелки покатывает, что через прибор течет ток. Чем больше ток, тем больше отклонение стрелки прибора. А шкалу прибора, в зависимости от того, для каких измерений он приспособлен, градуируют соответственно в амперах, миллиамперах, вольтах. Так же работает и омметр — прибор для измерения сопротивлений резисторов, цепей.

Существует несколько систем стрелочных приборов: электромагнитные, магнитоэлектрические, электродинамические. Для радиотехнических же измерений применяют главным образом приборы магнитоэлектрической системы, обладающие по сравнению с приборами других систем рядом преимуществ, в том числе высокой чувствительностью, большой точностью результатов измерений и равномерностью шкал.

Чтобы лучше уяснить принцип работы электроизмерительного прибора такой системы, предлагаю провести опыт с моделью этого прибора. Ее конструкция показана на рис. 106.

Рис. 106. Модель прибора магнитоэлектрической системы

Из тонкого картона вырежь две полоски шириной 12–15 мм и склей из них рамки: квадратную со сторонами длиной 20 мм и прямоугольную со сторонами 30 и 40 мм. Чтобы углы рамки были прямыми, картон с наружной стороны изгибов надрежь ножом. В квадратную рамку вставь ось — швейную иглу длиной 40 мм, проколов ею противоположные стороны рамки. Намотай на эту рамку 150–200 витков провода ПЭВ-1 0,15-0,25, уложив их поровну по обе стороны от оси. Чтобы витки не сползали, готовую катушку скрепи тонким слоем клея БФ-2 или кусочками липкой ленты.

Один конец провода длиной 5–6 см получившейся катушки с предварительно удаленной эмалью намотай на иглу и закрепи в ушке. Другой конец такой же длины пропусти петлей через проколы в каркасе и сверни спиралью. В средней части верхней стороны второй рамки закрепи полоску жести, предварительно сделав в ней небольшое углубление для тупого конца иглы; она же будет служить и выводным контактом катушки. Спиралевидный конец провода катушки припаяй к жестяной скобке, обжимающей край картона нижней стороны рамки. Изгибая витки спирали, установи катушку так, чтобы ее плоскость была параллельна плоскости внешней рамки. Легко вращаясь на оси в обе стороны, катушка под действием пружинящей спирали должна возвращаться в исходное положение.

Помести катушку между полюсами подковообразного магнита и подключи к ней через лампу карманного фонаря батарею 3336Л. Образуется электрическая цепь. Лампа загорится, а магнитное поле тока в катушке, взаимодействуя с полем магнита, заставит повернуться ее на некоторый угол. Чем меньше ток в катушке, тем меньше угол поворота катушки. В этом нетрудно убедиться, включая последовательно в цепь катушки отрезки проволоки сопротивлением в несколько ом. Измени включение полюсов батареи на обратное или переверни магнит. Теперь катушка будет поворачиваться в противоположном направлении.

К рамке катушки можно приклеить легкую стрелку, а к магниту полоску плотной бумаги с делениями. Получится простейший прибор, которым можно грубо измерять постоянный ток. А если в измерительную цепь включить диод, он будет реагировать и на переменный ток.

Устройство стрелочного прибора магнитоэлектрической системы приборов типа М24 и М49 — показано на рис. 107.

Рис. 107. Устройство измерительного механизма магнитоэлектрической системы и внешний вид приборов М24 и М49

Измерительный механизм прибора состоит из неподвижной магнитной системы и подвижной части, связанной с отсчетным приспособлением. В магнитную систему входят постоянный магнит 2 с полюсными наконечниками 3 и цилиндрический сердечник 10. Полюсные наконечники и сердечник изготовлены из магнитомягкого материала («мягкими» называют сплавы железа, обладающие малым магнитным сопротивлением, но сами не намагничивающиеся). Воздушный зазор между полюсными наконечниками и сердечником везде одинаков, благодаря чему в зазоре устанавливается равномерное магнитное поле, что является обязательным условием для равномерности шкалы.

Подвижная часть механизма прибора состоит из рамки 11, двух кернов-полуосей 5 рамки, двух плоских спиральных пружин 8 и стрелки 1 отсчетного приспособления с противовесами 9. Рамка представляет собой катушку, намотанную изолированным медным или алюминиевым проводом на прямоугольном каркасе из тонкой бумаги или фольги (рамки приборов особо высокой чувствительности бескаркасные). Керны служат осью вращения рамки. Для уменьшения трения концы подпятников 4, на которые опираются керны, выполняют из полудрагоценных камней. Керны прикреплены к рамке с помощью буксов.

Спиральные пружины, изготовляемые обычно из ленты фосфористой бронзы, создают противодействующий момент, который стремится возвратить рамку в исходное положение при ее отклонении. Они, кроме того, используются и как токоотводы. Наружный конец одной из пружин скреплен с корректором. Корректор, состоящий из эксцентрика 6, укрепленного на корпусе прибора, и рычага 7, соединенного с пружиной, служит для установки стрелки прибора на нулевое деление шкалы. При повороте эксцентрика поворачивается и рычаг, вызывая дополнительное закручивание пружины. Подвижная часть механизма при этом поворачивается, и стрелка отклоняется на соответствующий угол.

Электроизмерительный прибор этой системы, как и его модель, которую, надеюсь, ты испытал, работает следующим образом. Когда через рамку течет ток, вокруг нее образуется магнитное поле. Это поле взаимодействует с полем постоянного магнита, в результате чего рамка вместе со стрелкой поворачивается, отклоняясь от первоначального положения. Отклонение стрелки от нулевой отметки будет тем большем, чем больше ток в катушке. При повороте рамки спиральные пружины закручиваются. Как только прекращается ток в рамке, пружины возвращают ее, а вместе с нею и стрелку прибора в нулевое положение.

Таким образом, прибор магнитоэлектрической системы является не чем иным, как преобразователем постоянного тока в механическое усилие, поворачивающее рамку. О значении этого тока судят по углу, на который под его воздействием смогла повернуться рамка.

Основных электрических параметров, по которым можно судить о возможном применении прибора для тех или иных измерений, два: ток полного отклонения стрелки I_и, т. е. наибольший (предельный) ток, при котором стрелка отклоняется до конечной отметки шкалы, и сопротивление рамки прибора R_и. О первом параметре прибора обычно говорит его шкала. Так, например, если на шкале написано μА (микроамперметр) и возле конечной отметки шкалы стоит число 100, значит, ток полного отклонения стрелки равен 100 мкА (0,1 мА). Такой прибор можно включать только в ту цепь, ток в которой не превышает 100 мкА. Больший ток может повредить прибор. Значение второго параметра R_и, необходимого при расчете конструируемых измерительных приборов, часто указывают на шкале. Для комбинированного измерительного прибора, о котором я буду рассказывать в этой беседе, потребуется микроамперметр на ток 100 мкА, желательно с большой шкалой, например такой, как нс разбирая его? Для этого достаточно взглянуть на условный знак на шкале.

Если он изображает подковообразный магнит с прямоугольником между его полюсами, значит, прибор магнитоэлектрической системы с подвижной рамкой. Рядом с ним еще знак, указывающий положение прибора, в котором он должен находиться при измерениях. Если не придерживаться этого указания, то прибор будет давать неточные показания. Эти и некоторые другие условные обозначения на шкалах приборов изображены на рис. 108.

Рис. 108. Условные обозначения на шкалах измерительных приборов:

_{а — магнитоэлектрический прибор с подвижной рамкой; б — прибор для измерения постоянного тока; в — рабочее положение прибора горизонтальное; г — рабочее положение прибора вертикальное; д — между корпусом и магнитоэлектрической системой прибора напряжения не должно превышать 2 кВ; е — класс точности прибора, проценты}

Так, например, прибор М24, внешней вид которого показан на рис. 107 (вверху) является микроамперметром (обозначение μА) и рассчитан для измерения постоянных токов не более чем до 100 мкА, т. е. до 0,1 мА. Сопротивление его рамки, судя по надписи на шкале, 720 Ом. Именно такой микроамперметр я и буду рекомендовать для твоего комбинированного измерительного прибора. Если такой микроамперметр использовался ранее как миллиамперметр, то на его шкале может быть надпись mА, как амперметр — буква А, как вольтметр — буква V.

Еще раз подчеркиваю: независимо от внешнего вида и названия механизмы и принцип работы магнитоэлектрических приборов совершенно одинаковы и отличаются они один от другого в основном только токами, при которых их стрелки отклоняются на всю шкалу.

Если магнитоэлектрический прибор используют для измерения сравнительно больших токов, например в амперметре, параллельно рамке присоединяют резистор, называемый шунтом (рис. 109, а). Сопротивление шунта R_ш подбирают таким, чтобы через него шел основной ток, а через измерительный прибор РА — только часть измеряемого тока. Если из такого прибора удалить шунт, то предельный ток, который можно будет им измерять, уменьшится. В том случае, когда магнитоэлектрический прибор используют в вольтметре, последовательно с его катушкой включают добавочный резистор R_д(рис. 109, б). Этот резистор ограничивает ток, проходящий через прибор, повышая общее сопротивление прибора.

Рис. 109. Подключение шунта и добавочного резистора к электроизмерительному прибору РА

Шунты и добавочные резисторы могут находиться как внутри корпусов приборов (внутренние), так и снаружи (внешние). Чтобы амперметр, миллиамперметр или вольтметр превратить в микроамперметр, иногда достаточно изъять из него шунт или дополнительный резистор. Именно такой, бывший в употреблении прибор магнитоэлектрической системы может оказаться в твоем распоряжении. И если его основные параметры I_и и R_и неизвестны, то измерить их придется самому. Для этого потребуются: гальванический элемент 332 или 343, образцовый (т. е. как бы эталонный) миллиамперметр на ток 1–2 мА, переменный резистор сопротивлением 5-10 кОм и постоянный резистор, сопротивление которого надо рассчитать. Постоянный резистор (назовем его добавочным) нужен для ограничения тока в измерительной цепи, в которую будешь включать неизвестный прибор. Если такого резистора не будет, а ток в измерительной цепи окажется значительно больше тока I_и проверяемого прибора, то его стрелка, резко отклонившись за пределы шкалы, может погнуться. Если ток очень велик, то может даже сгореть обмотка рамки.

Сопротивление добавочного резистора рассчитай, пользуясь законом Ома. Вначале, для страховки, полагай, что I_и проверяемого прибора не превышает 50 мкА. Тогда при напряжении источника питания 1,5 В (один элемент) сопротивление этого резистора должно быть около 30 кОм (R = U/I_и = 1,5 В/0,05 мА — 30 кОм).

Проверяемый измерительный прибор РА_п, образцовый миллиамперметр (РА_o), переменный регулировочный резистор R_р и добавочный резистор R_д соедини последовательно, как показано на рис. 110.

Рис. 110. Схема измерения параметров I_и  и R_и стрелочного прибора

Проверь, нет ли ошибок в полярности соединения зажимов приборов. Движок резистора R_pпоставь в положение наибольшего сопротивления (по схеме — в крайнее нижнее) и только после этого включай в цепь элемент G — стрелки обоих приборов должны отклониться на какой-то угол. Теперь постепенно уменьшай введенное в цепь сопротивление переменного резистора. При этом стрелки приборов будут все более удаляться от нулевых отметок их шкал. Заменяя добавочный резистор R_д резисторами меньшего номинала и изменяя сопротивление переменного резистора, добейся в цепи такого тока, при котором стрелка проверяемого прибора установится точно против конечной отметки шкалы. Значение этого тока, отсчитанное по шкале образцового миллиамперметра, и будет параметром R_и, т. е. током полного отклонения стрелки неизвестного прибора. Запомни его значение.

Теперь измерь сопротивление рамки. Сначала, как и при измерении параметра R_и, переменным резистором R_p установи стрелку проверяемого прибора на конечную отметку шкалы и запиши показание образцового миллиамперметра. После этого подключи параллельно проверяемому прибору переменный резистор сопротивления 1,5–3 кОм (на рис. 110 он показан штриховыми линиями и обозначен R_ш. Подбери такое его сопротивление, чтобы ток через проверяемый прибор РА_п уменьшился вдвое. При этом общее сопротивление цепи уменьшится, а ток в ней увеличится. Резистором ^R_p установи в цепи (по миллиамперметру) начальный ток и точнее подбери сопротивление резистора R_ш, добиваясь установки стрелки микроамперметра точно против отметки половины шкалы. Параметр R_и твоего микроамперметра будет равен сопротивлению введенной части резистора R_ш.

Измерить это сопротивление можно омметром.

Теперь поговорим о том, как магнитоэлектрический прибор приспособить для измерения разных значений токов, напряжений, сопротивлений.

МИЛЛИАМПЕРМЕТР

На практике тебе придется измерять постоянные токи в основном от нескольких долей миллиамперметра до 100 мА. Например, коллекторные токи транзисторов каскадов усиления радиочастоты и каскадов предварительного усиления звуковой частоты могут составлять примерно от 0,5 до 3–5 мА, а токи усилителей мощности достигать 60–80 мА. Значит, чтобы измерять сравнительно небольшие токи, нужен прибор на ток I_и не более 1 мА. А расширить пределы измеряемых токов можно путем применения шунта (см. рис. 109, а).

Сопротивление шунта можно рассчитать по такой формуле:

R_ш = I_иR_и(I_{и max} — I_и),

где I_{и max} — требуемое наибольшее значение измеряемого тока, мА. Если, например, I_и = 1 мА, R_и = 100 Ом, а необходимый ток I_{и max} = 100 мА, то R_ш должно быть: R_ш = I_иR_и(I_{и max} — I_и) = 1·100/(100 — 1) ~= 1 Ом.

Таким миллиамперметром можно измерять токи: без шунта — до 1 мА, с шунтом — до 100 мА. При измерении наибольшего тока (до 100 мА) через прибор будет течь ток, не превышающий 1 мА, т. е. его сотая часть, а 99 мА — через шунт. Лучше, однако, иметь еще один предел измерений — до 10 мА. Это для того, чтобы более точно, чем по шкале 100 мА, можно было отсчитывать токи в несколько миллиампер, например коллекторные токи транзисторов выходных каскадов простых усилителей. В этом случае измеритель токов можно построить по схеме, показанной на рис. 111, а. Здесь используется универсальный шунт, составленный из трех проволочных резисторов R1-R3, позволяющий увеличить пределы измерений миллиамперметра в 10 и 100 раз. И если ток I_и = 1 мА, то, применив к нему такой шунт, суммарное сопротивление которого должно быть значительно больше R_и, прибором можно будет измерять постоянные токи трех пределов: 0–1 мА, 0-10 мА и 0-100 мА. Зажим «—Общ.» — общий для всех пределов измерений. Чтобы узнать измеряемый ток, надо ток, зафиксированный стрелкой прибора, умножить на численное значение коэффициента возле соответствующего зажима. А поскольку ток I_и прибора известен, то возле зажимов вместо множителей «х1», «х10», «х100» можно написать предельно измеряемые токи. Для нашего примера это могут быть надписи: «1 мА», «10 мА», «100 мА». Более подробно о расчете универсального шунта я расскажу еще в этой беседе.

Шунты изготовляют обычно из провода, обладающего высоким сопротивлением — манганина, никелина или константана, наматывая их на каркасы из изоляционных материалов. Каркасом шунта миллиамперметра может быть гетинаксовая планка длиной чуть больше расстояния между зажимами прибора (рис. 111, б). Выводами шунта и отводами его секций служат отрезки медного провода, укрепленные в отверстиях в планке. От них идут проводники к входным зажимам (или гнездам) прибора.

Рис. 111. Миллиамперметр с универсальным шунтом

Очень важно обеспечить надежность контактов в самом шунте. Если в нем появятся плохое соединение или обрыв, то весь измеряемый ток пойдет через прибор, и он может испортиться.

И еще одно обязательное требование: в измеряемую цепь должен включаться шунт, к которому подключен миллиамперметр, а не наоборот. Иначе из-за нарушения контакта между зажимами прибора и шунтом через прибор также пойдет весь измеряемый ток и он может также выйти из строя.

ВОЛЬТМЕТР

О пригодности вольтметра для измерения напряжений в тех или иных цепях радиотехнического устройства судят по его внутреннему или, что то же самое, входному сопротивлению, которое складывается из сопротивления рамки стрелочного прибора и сопротивления добавочного резистора. Так, например, если R_и прибора 800 Ом, а сопротивление добавочного резистора на пределе измерений, скажем 3 В, равно 2,2 кОм, то входное сопротивление вольтметра на этом пределе измерений будет 3 кОм. Для другого предела измерений данные добавочного резистора будут другими, а значит, изменится и входное сопротивление вольтметра.

Чаще, однако, вольтметр оценивают его относительным входным сопротивлением, характеризующим отношение входного сопротивления прибора к 1 В измеряемого напряжения, например 3 кОм/В. Это удобнее: входное сопротивление вольтметра на разных пределах измерений разное, а относительное входное сопротивление постоянное. Чем меньше ток измерительного прибора I_и, используемого в вольтметре, тем больше будет относительное входное сопротивление вольтметра, тем точнее будут производимые им измерения.

Для многих твоих измерений годится вольтметр с относительным входным сопротивлением не менее 1 кОм/В. Для более же точных измерений напряжений в цепях транзисторов нужен более высокоомный вольтметр. В транзисторных конструкциях приходится измерять напряжение от долей вольта до нескольких десятков вольт, а в ламповых еще больше. Поэтому однопредельный вольтметр неудобен. Например, вольтметром со шкалой на 100 В нельзя точно измерить даже напряжение 3–5 В, так как отклонение стрелки получится малозаметным. Вольтметром же со шкалой на 10 В нельзя измерять более высокие напряжения. Поэтому тебе нужен вольтметр, имеющий хотя бы три предела измерений.

Схема такого вольтметра постоянного тока показана на рис. 112. Наличие трех добавочных резисторов R1, R2 и R3 свидетельствует о том, что вольтметр имеет три предела измерений. В данном случае первый предел 0–1 В, второй 0-10 и третий 0-100 В.

Рис. 112. Вольтметр постоянного тока на три предела измерений

Сопротивление любого из добавочных резисторов можно рассчитать по формуле, вытекающей из закона Ома: R_д = U_п/I_и — R_и, здесь U_п — наибольшее напряжение данного предела измерений.

Так, например, для прибора на ток I_и = 500 мкА (0,005 А) и рамкой сопротивлением R_и = 500 Ом сопротивление добавочного резистора R1 для предела 0–1 В должно быть 1,5 кОм, резистора R2 для предела 0-10 В — 19,5 кОм, резистора R3 для предела 0-100 В — 195,5 кОм. Относительное входное сопротивление такого вольтметра будет 2 кОм/В. Обычно в вольтметр монтируют добавочные резисторы с номиналами, близкими к рассчитанным. Окончательно же «подгонку» их сопротивлений производят при градуировке вольтметра путем подключения к ним параллельно или последовательно других резисторов. Так делай и ты.

Но тебе надо измерять не только постоянные, но и переменные напряжения, например напряжение сети, напряжения на вторичных обмотках трансформаторов. Чтобы для этой цели приспособить вольтметр постоянного тока, его надо дополнить выпрямителем, преобразующим переменное напряжение в постоянное (точнее, пульсирующее), которое и будет показывать прибор. Возможная схема такого прибора показана на рис. 113.

Рис. 113. Вольтметр переменного тока

Работает прибор так. В те моменты времени, когда на левом (по схеме) зажиме прибора положительные полуволны переменного напряжения, ток идет через диод V1, включенный для него в прямом направлении, и далее через микроамперметр РА — к правому зажиму. В это время через диод V2 ток идти не может, так как для тока этого направления диод закрыт. Во время положительных полупериодов на правом зажиме диод V1 закрывается и положительные полуволны переменного напряжения замыкаются через диод V2, минуя микроамперметр.

Добавочный резистор R_д, как и аналогичный резистор в вольтметре постоянного тока, гасит избыточное напряжение. Рассчитывают его так же, как и для постоянных напряжений, но полученный результат делят на 2,5–3, если выпрямитель прибора однополупериодный, или на 1,25-1,5, если выпрямитель прибора двухполупериодный. В нашем примере выпрямитель прибора однополупериодный, поэтому результат надо делить на 2,5–3. Более точно сопротивление этого резистора подбирают опытным путем во время градуировки шкалы прибора. Таким вольтметром можно измерять и напряжение звуковой частоты до нескольких килогерц.

ОММЕТР

Сущность действия омметра заключается в том, что при включении в цепь, составленную из электроизмерительного прибора и источника постоянного тока, резисторов различных сопротивлений или других деталей, обладающих активным сопротивлением, значение тока этой цепи изменится. Соответственно изменится и угол отклонения стрелки прибора.

Чтобы лучше разобраться в принципе действия омметра, проведи такой опыт.

Составь из любого миллиамперметра, батареи 3336Л и добавочного резистора замкнутую электрическую цепь, как показано на рис. 114, а. Сопротивление добавочного резистора подбери так, чтобы стрелка прибора отклонилась на всю шкалу (рассчитать сопротивление можно по той же формуле, по которой мы рассчитывали сопротивление добавочного резистора к вольтметру). Подобрав добавочный резистор, разорви цепь — образовавшиеся при этом концы проводников будут входом получившегося простейшего омметра (рис. 114, б).

Рис. 114. Простой омметр:

_{а — подбор добавочного резистора, б — схема прибора}

Подключи к щупам R_x (на схеме они обозначены стрелками) резистор небольшого сопротивления, например 10 Ом. Полное сопротивление цепи теперь стало больше на сопротивление этого резистора. Соответственно и ток в цепи уменьшился — стрелка прибора не отклоняется до конца шкалы. Это положение стрелки можно пометить на шкале черточкой, а около нее написать число 10. Потом к выводам R_x подключи резистор сопротивлением 15 Ом. Стрелка прибора отклонится еще меньше. И это положение стрелки на шкале можно отметить соответствующим числом. Далее присоединяй поочередно резисторы сопротивлением в несколько десятков ом, сотен ом, килоом и отмечай получающиеся в каждом случае отклонения стрелки. Если теперь к выводам отградуированного таким способом простейшего омметра присоединить резистор неизвестного сопротивления, стрелка прибора укажет деление на шкале, соответствующее сопротивлению этого резистора.

Когда ты будешь замыкать выводы R_x накоротко, стрелка прибора должна устанавливаться на самом правом делении шкалы. Это соответствует «нулю» омметра. Нуль же бывшего миллиамперметра в омметре будет соответствовать очень большому сопротивлению, обозначаемому знаком  — бесконечность. Но показания такого омметра будут правильными до тех пор, пока не уменьшится напряжение батареи вследствие ее разрядки. При уменьшении напряжения батареи стрелка прибора уже не будет устанавливаться на нуль и омметр будет давать неправильные показания. Этот недостаток легко устраним в омметре по схеме на рис. 115.

Рис. 115. Омметр с установкой «нуля»

Здесь последовательно с прибором и добавочным резистором R1 включен переменный резистор R2, который служит для установки стрелки омметра на нуль. Пока батарея свежая, в цепь вводятся большая часть сопротивления резистора R2. По мере разрядки батареи сопротивление этого резистора уменьшают. Таким образом, переменный резистор, являющийся составной частью добавочного резистора, позволяет производить регулировку в цепи омметра и устанавливать его стрелку на нуль. Его обычно называют резистором установки омметра на нуль.

Сопротивление резистора установки омметра на нуль должно составлять 1/10-1/8 часть общего сопротивления добавочных резисторов. Если, например, общее добавочное сопротивление по расчету должно быть 4,7 кОм, то сопротивление переменного резистора R2 может быть 470–620 Ом, а резистора R1 = 3,9- 4,3 кОм. При этом надобность в точной подгонке сопротивления основного добавочного резистора отпадает.

Пользоваться омметром несложно. Всякий раз перед измерениями стрелку омметра надо устанавливать на нуль, замкнув накоротко щупы. Затем, касаясь щупами омметра выводов резисторов, выводов обмоток трансформаторов или других деталей, определяют их сопротивления по градуированной шкале. С течением времени стрелка прибора не будет устанавливаться на нуль. Это укажет на то, что батарея разрядилась и ее нужно заменить новой.

Омметром можно пользоваться как универсальным пробником, например, проверить, нет ли обрывов в контурных катушках, обмотках трансформатора, выяснить, не замыкаются ли катушки или обмотки трансформатора между собой. При помощи омметра легко найти выводы обмоток трансформатора и по сопротивлению судить об их назначении. Омметром можно проверить, не оборвана ли нить накала лампы, не соединяются ли между собой электроды лампы, оценивать качество диодов. С помощью омметра можно также определять замыкания в монтаже или между обкладками конденсатора, надежность контактных соединений и многое другое.

Запомни, как ведет себя омметр при испытании конденсаторов. Если щупами прикоснуться к выводам конденсатора, стрелка прибора отклонится и сейчас же возвратится в положение очень большого сопротивления. Этот «бросок» стрелки, получающийся за счет тока зарядки конденсатора, будет тем большим, чем больше емкость конденсатора. При испытании конденсаторов малой емкости броски тока так малы, что они незаметны, так как зарядный ток таких конденсаторов ничтожно мал. Если при испытании конденсатора стрелка омметра отклоняется до нуля, значит, конденсатор пробит; если же омметр после отклонения стрелки от тока зарядки покажет некоторое сопротивление, значит, конденсатор имеет утечку.

МИЛЛИАМПЕРВОЛЬТОММЕТР

Ты, конечно, обратил внимание на то, что в миллиамперметре, вольтметре и омметре, о принципе работы которых я рассказал, использовались однотипные стрелочные приборы. Невольно напрашивается вопрос: нельзя ли все это объединить в одном комбинированном измерительном приборе? Можно. Получится миллиампервольтомметр — прибор для измерения токов, напряжении и сопротивлений.

Принципиальная схема возможного варианта такого измерительного прибора изображена на рис. 116.

Рис. 116. Схема миллиампервольтомметра

Прибор объединяет в себе шестипредельный миллиамперметр постоянного тока (0,1, 1, 3, 10, 30 и 100 мА), шестипредельный вольтметр постоянного тока (1, 3, 10, 30, 100 и 300 В), однопредельный омметр и пятипредельный вольтметр переменного тока (3, 10, 30, 100 и 300 В). Зажим «—Общ.», к которому подключают один из измерительных щупов, является общим для всех видов измерений. Прибор переключают на разные виды и пределы измерений перестановкой вилки второго щупа: при измерении постоянного тока — в гнезда Х13-Х18, при измерении постоянных напряжений — в гнезда Х7-Х12, при измерении сопротивлений — в гнездо Х6, при измерении переменных напряжений — в гнезда X1-Х5. Пользуясь прибором как миллиамперметром постоянного тока, надо на всех пределах, кроме 0,1 мА, замкнуть контакты выключателя S1, чтобы к шунту R_ш подключить микроамперметр РА1.

Сопротивления резисторов и пределы измерений, указанные на рис. 116, соответствуют микроамперметру на ток I_и= 100 мкА с сопротивлением рамки R_и= 720 Ом. Для микроамперметров с иными параметрами I_и и R_и сопротивления резисторов для тех же пределов измерений придется пересчитать.

Часть прибора, относящаяся только к миллиамперметру постоянного тока (mА_), состоит из микроамперметра РА1, выключателя S1, резисторов R14-R18, образующих шунт R_ш, гнезд Х13-Х18 и зажима «-Общ». На любом пределе измерений через микроамперметр течет ток, не превышающий максимальный ток.

Применительно к микроамперметру, использованному в описываемым комбинированном измерительном приборе, я расскажу о расчете шунта и составляющих его резисторов R14-R18. Для этого первый, наименьший предел измерений с шунтом (1 мА) обозначим I_п1, второй (3 мА) — I_п2, третий (10 мА) — I_п3, четвертый (30 мА) — I_п4, пятый, наибольший (100 мА) — I_п5.

Сначала надо определить общее сопротивление шунта первого предела измерений I_п1 по такой формуле:

R_ш= R_и/(I_п1/I_и — 1) = 720/(1/0,1–1) = 80 Ом

После этого можно приступить к расчету составляющих его резисторов, начиная с резистора R18 наибольшего предела измерений I_п5 (до 100 мА), в таком порядке:

R18 = (I_и/I_п5)(R_ш + R_и) =(0,1/100)(720 + 80) = 0,8 Ом;

R17 = (I_и/I_п4)(R_ш + R_и) — R18 = (0,1/30)800 — 0,8 = 1,87 Ом;

R16 = (I_и/I_п3)(R_ш + R_и) — R17 — R18 = (0,1/10) 800 — 1,87 — 0,8 = 5,33 Ом;

R15 = (I_и/I_п2)(R_ш + R_и) — R16 — R17 — R18 = (0,1/3) 800 — 5,33 — 1,87 — 0,8 = 18,7 Ом;

R14 = (I_и/I_п1)(R_ш + R_и) — R15 — R16 — R17 — R18 = (0,1/1)800 — 18,7–5,33 — 1,87 — 0,8 = 53,3 Ом

Так можно рассчитать шунт и для микроамперметра с другими параметрами I_и и R_и, подставляя их значения в эти же формулы.

Теперь о вольтметре постоянного тока V_. В эту часть прибора входит тот же микроамперметр РА1, добавочные резисторы R8-R13, гнезда Х7-Х12 и зажим «—Общ.» (контакты выключателя S1 разомкнуты, чтобы микроамперметр отключить от шунта). Каждый предел имеет самостоятельный добавочный резистор: R8 — для предела «1 В», R9 — для предела «3 В», R10 — для предела «10 В», R11 — для предела «30 В» и т. д. С расчетом добавочных резисторов ты уже знаком.

Следующая часть прибора — однопредельный омметр Ω. В него входят: микроамперметр РА1, резисторы R6 и R7, элемент G1, гнездо Х6 и зажим «-Общ». Соедини мысленно гнездо Х6 с зажимом «-Общ». Образуется замкнутая цепь (такая же, как на рис. 115), ток в которой зависит от напряжения источника питания G1 омметра, суммарного сопротивления резисторов R6, R7 и сопротивления рамки микроамперметра. Перед измерением сопротивления резистора или участка цепи измерительные щупы замыкают и резистором R6 «Уст.0» стрелку прибора устанавливают точно на конечное деление шкалы, т. е. на нуль омметра. Если стрелка прибора не доходит до нуля омметра, значит, необходимо заменить его источник питания. Суммарное сопротивление резисторов R6 и R7 выбрано таким, чтобы при напряжении источника питания омметра 1,2–1,5 В в цепи можно было установить ток, равный току I_и микроамперметра.

Таким омметром можно измерять сопротивление примерно от 100–150 Ом до 60–80 кОм.

В вольтметр переменного тока V_~ входят: микроамперметр, диоды V1 и V2, добавочные резисторы R1-R5, гнезда X1-Х5 и зажим «-Общ». Рассмотрим для примера цепь предела измерений 3 В. При подключении измерительных щупов (гнездо X1, зажим «-Общ.») к источнику переменного тока напряжением до 3 В ток идет через добавочный резистор R1, выпрямляется диодом V1 и заставляет стрелку микроамперметра отклониться на угол, соответствующий значению выпрямленного тока. Так работает прибор и на других пределах измерений, разница лишь в сопротивлениях добавочных резисторов. Роль диода V2 вспомогательная: пропускать через себя отрицательную полуволну напряжения, минуя микроамперметр. Его, в принципе, может и не быть, но тогда при значительных измеряемых напряжениях отрицательная полуволна может пробить диод V1 и вольтметр переменного тока выйдет из строя.

Для микроамперметра с другими параметрами I_и и R_и добавочные резисторы рассчитывай так же, как резисторы для измерений напряжений постоянного тока, а затем полученные результаты раздели на коэффициент 2,5.

Коротко о выборе пределов измерений. Наибольшая погрешность измерений токов и напряжений получается при отсчете измеряемых величин на первой трети части шкалы. Поэтому, выбирая пределы измерений, всегда стремись к тому, чтобы первый (наименьший) из них захватывал первую треть шкалы второго предела, второй предел — первую треть шкалы третьего предела и т. д. В этом отношении удобными для измерений можно считать пределы: 0–1, 0–3, 0-10, 0-30, 1-100. Именно эти пределы измерений токов и напряжений выбраны для рекомендуемого тебе комбинированного прибора.

Но это не значит, что только такими должны быть пределы измерений. С учетом габаритов и разметки делений шкалы микроамперметра можно выбрать и другие пределы, например 0–1, 0–5, 0-25, 0-100. Но отчет измеряемых величин надо стараться вести за пределами первой трети шкалы. Возможную конструкцию комбинированного измерительного прибора, в котором используется микроамперметр М24, ты видишь на рис. 117.

Рис. 117. Конструкция миллиампервольтомметра

Роль входных контактов выполняют гнезда трех семиштырьковых ламповых панелек и один зажим. Гнезда одной панельки относятся только к миллиамперметру, гнезда второй панельки — только к вольтметру постоянного тока, третьей — к омметру и вольтметру переменного тока. Зажим «-Общ.» является общим входным контактом для всех видов и пределов измерений.

Микроамперметр, ламповые панельки, переменный резистор R6 (типа СП-1) и выключатель S1 (тумблер ТВ2-1) укрепи на гетинаксовой панели размерами 200х140 мм, а элемент G1 (332) — на боковой фанеркой (или дощатой) стенке прибора. Резисторы шунта и добавочные резисторы вольтметров монтируй непосредственно на выводных контактах ламповых панелек. Общими монтажными проводниками резисторов вольтметров могут быть отрезки голого медного провода толщиной 1–1,5 мм, припаянные к центральным контактам панелек.

В качестве добавочных резисторов используй резисторы МЛТ-0,5 или МЛТ-1.0. Резисторы R14-R18 шунта должны быть проволочными. Используй для них высокоомный манганиновый или константановый провод диаметром 0,08-0,1 мм в шелковой или бумажной изоляции. Отрезки провода нужной длины наматывай на корпусы резисторов МЛТ-0,5 или МЛТ-1,0 с номиналами не менее 20–50 кОм и припаивай их концы к проволочным выводам резисторов. Длину отрезка провода необходимого сопротивления можно рассчитать, пользуясь справочной литературой, или измерить омметром. Отрезок константанового провода ПЭК, например, диаметром 0,1 мм и длиной 1 м обладает сопротивлением около 60 Ом. Следовательно, для всего шунта (80 Ом) потребуется около 1,5 м такого провода.

Сопротивления резисторов шунта, как бы точно они ни были рассчитаны, во время градуировки прибора обязательно прядется несколько уменьшать или, наоборот, увеличивать, т. е., как говорят, подогнать под параметры микроамперметра. И чтобы не наращивать провод в случае его недостаточного сопротивления, отрезки провода для резисторов шунта делай на 5-10 % длиннее расчетных.

Конструкция измерительного щупа может быть такой, как на рис. 118. Это медный или латунный стержень (проволока) диаметром 3 4 и длиной 120–150 мм, один конец которого заострен. К другому его концу припаян гибкий (многожильный) изолированный проводник, оканчивающийся однополюсным штепселем, вставляемым в гнезда ламповых панелек, или вилкообразным металлическим наконечником под зажим «—Общ». На стержень надета изолирующая (резиновая, поливинилхлоридная трубка. Она закрывает весь стержень щупа, включая место спайки его с гибким проводником. Из трубки выступает только заостренный кончик стержня, которым можно прикасаться к точкам измеряемых цепей.

Рис. 118. Устройство измерительного щупа

Если не окажется подходящей изоляционной трубки, то закатай стержень щупа в полоску бумаги, предварительно промазав ее клеем БФ-2 или каким-либо лаком, и хорошенько просуши. Толщина бумажного слоя должна составлять 0,5 0,8 мм. Сверху бумажную изоляцию покрой тем же клеем или лаком или покрась масляной краской.

Градуировка миллиамперметра и вольтметра постоянного тока сводится к подгонке секций универсального шунта и добавочных резисторов под максимальный ток пределов измерения, а вольтметра переменного тока и омметра, кроме того — к разметке их шкал.

Для подгонки шунта миллиамперметра потребуются: образцовый многопредельный миллиамперметр, свежая батарея 3336Л и два переменных резистора — проволочный сопротивлением 200–500 Ом и мастичный (СП, СПО) сопротивлением 5-10 кОм. Первый из переменных резисторов будешь использовать для регулировки тока при подгонке резисторов R16-R18, второй — при подгонке резисторов R14 и R15 шунта.

Вначале подгоняй резистор R14. Для этого соедини последовательно (рис. 119, а) образцовый миллиамперметр РА₀, батарею GB и регулировочный резистор R_p. Установи движок резистора R_p в положение максимального сопротивления. Подключи градуируемый прибор РА_г, установленный на предел измерений до 1 мА (измерительные щупы подключены к зажиму «-Общ.» и гнезду Х14, контакты выключателя S1 замкнуты). Затем, постепенно уменьшая сопротивление регулировочного резистора, по образцовому миллиамперметру установи ток в измерительной цепи, равный точно 1 мА. Сравни показания обоих приборов. Поскольку сопротивление провода резистора R14 немного больше расчетного, стрелка градуируемого прибора заходит за конечное деление шкалы. Твоя задача, понемногу уменьшая длину провода резистора, добиться, чтобы стрелка градуируемого прибора установилась точно против конечной отметки шкалы.

После этого переходи к подгонке резистора R15 на предел измерения до 3 мА, затем резистора R16 на предел измерения до 10 мА и т. д. Подбирая сопротивление очередного резистора, уже подогнанные резисторы шунта не трогай — можешь сбить градуировку соответствующих им пределов измерений.

Шкалу вольтметра постоянных напряжений первых трех пределов измерения (1, 3 и 10 В) градуируй по схеме, показанной на рис. 119, б.

Рис. 119. Схемы градуировки прибора

Параллельно батарее GB, составленной в зависимости от диапазона из одной или трех батарей 3336Л (последовательное соединение), включи потенциометром переменный резистор R_p сопротивлением 1,5–2,5 кОм, а между его нижним (по схеме) выводом и движком включи параллельно соединенные образцовый PU_o и градуированный PU_гвольтметры. Предварительно движок резистора поставь в крайнее нижнее (по схеме) положение, соответствующее нулевому напряжению, подаваемому от батареи GB к измерительным приборам, а градуируемый вольтметр включи на предел измерения до 1 В. Постепенно перемещая движок резистора вверх (по схеме) подай на вольтметр напряжение, равное точно 1 В. Сравни показания приборов. Если стрелка градуируемого вольтметра не доходит до конечной отметки шкалы, значит, сопротивление резистора R8 велико, если наоборот, уходит за нее, значит, его сопротивление мало. Надо подобрать резистор такого сопротивления, чтобы при напряжении 1 В, фиксируемом образцовым вольтметром, стрелка градуируемого прибора устанавливалась против конечной отметки шкалы. Так же, но при напряжениях 3 и 10 В, подгоняй добавочные резисторы R9 и R10 следующих двух пределов измерений.

По такой же схеме градуируй шкалы остальных трех пределов измерений, но с использованием соответствующих им источников постоянных напряжений. При этом вовсе не обязательно подавать на приборы наибольшие напряжения пределов измерения. Подгонять сопротивления резисторов можно при каких-то средних напряжениях (например, резистора R11 — при напряжении 15–20 В), а затем сверить показания вольтметров при более низких и более высоких напряжениях. Источником напряжения при градуировке шкалы предела до 300 В может быть выпрямитель лампового усилителя или приемника. При этом резистор R_p должен быть заменен другим резистором сопротивлением 470–510 кОм.

Среди постоянных резисторов, выпускаемых промышленностью, обычно нет точно таких, номинальные сопротивления которых соответствовали бы расчетным сопротивлениям добавочных резисторов. Поэтому резисторы требуемого сопротивления приходится подбирать из числа резисторов близкого ему номинала с допуском отклонения не больше ±5 %. Например, для предела измерений до 1 В нужен добавочный резистор R8 сопротивлением 9,3 кОм. По существующему ГОСТу ближайший номинал резисторов, выпускаемых промышленностью, 9,1 кОм. При допуске ± 5 % фактическое сопротивление резисторов этого номинала может быть примерно от 8,6 до 9,6 кОм. Среди них, следовательно, можно подобрать резистор сопротивлением 9,3 кОм.

Добавочный резистор нужного сопротивления можно также составить из двух-трех резисторов. Или поступить так: включить в цепь вольтметра резистор большего, чем требуется, сопротивления, а затем подключать параллельно ему резисторы еще больших сопротивлений, добиваясь отклонения стрелки градуируемого прибора на всю шкалу.

Шкалы миллиамперметра и вольтметра постоянного тока равномерные. Поэтому наносить на шкалу микроамперметра какие-либо деления между нулевой и конечной отметками не следует. Оцифрованная шкала микроамперметра используется при измерении токов и напряжений всех пределов измерений. А вот шкала вольтметра переменного тока неравномерная. Поэтому кроме подгонки добавочного резистора под наибольшее напряжение каждого предела измерений приходится размечать все промежуточные деления шкалы.

Схема измерительной цепи во время градуировки вольтметра переменного тока остается такой же, как при градуировке вольтметра постоянного тока (рис. 119, б). Только на переменный резистор R_pнадо подавать переменное напряжение и образцовый прибор должен быть вольтметром переменного тока.

Источником переменного напряжения может быть вторичная обмотка трансформатора. Сначала, используя трансформатор, понижающий напряжение сети до 12–15 В, включи градуируемый вольтметр на предел измерений до 3 В и установи резистором R_pпо шкале образцового прибора напряжение З.В. Затем, подбирая сопротивление резистора R_p, добейся отклонения стрелки микроамперметра на всю шкалу. После этого устанавливай регулировочным резистором напряжения 2,9; 2,8; 2,7 В и т. д. через каждые 0,1 В и записывай показания вольтметра. Позже по этим записям ты разметишь шкалу вольтметра переменного напряжения всех пределов измерения.

Для градуировки шкалы на остальных пределах измерений достаточно подобрать добавочные резисторы, которые бы соответствовали отклонению стрелки микроамперметра до конечного деления шкалы. Промежуточные значения измеряемых напряжений следует отсчитывать по шкале первого предела, но в других единицах.

Шкалу омметра можно проградуировать с помощью постоянных резисторов с допуском отклонения от номинала ±5 %. Делай это так. Сначала, включив прибор на измерение сопротивлений, замкни накоротко щупы и переменным резистором R6 «Уст.0» установи стрелку микроамперметра на конечное деление шкалы, соответствующее нулю омметра. Затем, разомкнув щупы, подключай к омметру резисторы с номинальными сопротивлениями 50, 100, 200, 300, 400, 500 Ом, 1 кОм и т. д. примерно до 60–80 кОм, всякий раз замечая точку на шкале, до которой отклоняется стрелка прибора. И в этом случае резисторы нужных сопротивлений можно составлять из нескольких резисторов других номиналов. Так, например, резистор сопротивлением 400 Ом (такого номинала среди резисторов, выпускаемых нашей промышленностью, нет) можно составить из двух резисторов по 200 Ом, резистор на 50 кОм — из резисторов сопротивлением 20 и 30 кОм, соединив их последовательно. Чем больше сопротивление образцового резистора, тем на меньший угол отклоняется стрелка прибора. По точкам отклонений стрелки, соответствующим разным сопротивлениям резисторов, ты будешь строить шкалу омметра.

Образец шкал комбинированного измерительного прибора применительно к микроамперметру М24 показан на рис. 120.

Рис. 120. Шкала миллиампервольтомметра

Верхняя шкала является шкалой омметра, средняя — шкалой миллиамперметра и вольтметра постоянного тока, нижняя — шкалой вольтметра переменного тока. Примерно так же должны выглядеть шкалы твоего прибора. Начерти их возможно точнее на листе ватмана и вырежи бумагу по форме шкалы микроамперметра. Затем осторожно извлеки магнитоэлектрическую систему прибора из корпуса и наклей на его металлическую шкалу вычерченную многопредельную шкалу твоего миллиампервольтомметра.

Можно ли этот прибор упростить? Разумеется, можно. Если ты не собираешься конструировать ламповую аппаратуру, то из прибора можно исключить добавочные резисторы R4, R5 и R12, R13 пределов измерений переменных и постоянных напряжений до 100 и 300 В. Останутся пятипредельный миллиамперметр постоянного тока, трехпредельный вольтметр переменного тока, четырехпредельный вольтметр постоянного тока и однопредельный омметр. В дальнейшем ты можешь все, что сейчас исключишь для упрощения измерительного прибора, восстановить.

Наша промышленность выпускает для нужд лабораторий, учреждений, предприятии и радиолюбителей много типов комбинированных измерительных приборов — авометров. Любой из них может быть использован как амперметр, миллиамперметр постоянного и переменного напряжений со многими пределами измерений. Есть приборы, позволяющие, кроме того, проверять параметры транзисторов. Если представится возможность, купи такой прибор, он многие годы будет тебе верным помощником.

ИЗМЕРЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНЗИСТОРОВ

Прибор для проверки параметров биполярных транзисторов может быть и самодельным.

Прежде чем вмонтировать транзистор в то или иное радиотехническое устройство, желательно, а если транзистор уже где-то использовался ранее, то совершенно обязательно, проверить его обратный ток коллектора I_КБО статический коэффициент передачи тока h_21Э и постоянство коллекторного тока. Эти важнейшие параметры маломощных биполярных транзисторов структур р-n-р и n-р-n ты можешь проверять с помощью прибора, схема и устройство которого изображены на рис. 121.

Рис. 121. Схема и конструкция прибора для проверки маломощных биполярных транзисторов

Для него потребуются: миллиамперметр РА1 на ток 1 мА, батарея GB напряжением 4,5 В, переключатель S1 вида измерений, переключатель S2 изменения полярности включения миллиамперметра и батареи, кнопочный выключатель S3 для включения источника питания, два резистора и три зажима типа «крокодил» для подключения транзисторов к прибору. Для переключателя вида измерений используй двухпозиционный тумблер ТВ2-1, для изменения полярности включения миллиамперметра и батареи питания — движковый переключатель транзисторного приемника «Сокол» (о конструкции и креплении переключателя этого типа я расскажу в следующей беседе). Кнопочный выключатель может быть любым, например подобным звонковому или в виде замыкающихся пластинок. Батарея питания — 3336Л или составленная из трех элементов 332 или 316.

Шкала миллиамперметра должна иметь десять основных делений, соответствующих десятым долям миллиамперметра. При проверке статического коэффициента передачи тока каждое деление шкалы будет оцениваться десятью единицами значения h_21Э.

Детали прибора смонтируй на панели из изоляционного материала, например гетинакса. Размеры панели зависят от габаритов деталей.

Прибор действует так. Когда переключатель S1 вида измерений установлен в положение I_КБО, база проверяемого транзистора V оказывается замкнутой на эмиттер. При включении питания нажатием кнопочного выключателя S3 стрелка миллиамперметра покажет значение обратного тока коллектора I_КБО. Когда же переключатель находится в положении на базу транзистора через резистор R1 подается напряжение смещения, создающее в цепи базы ток, усиливаемый транзистором. При этом показание миллиамперметра, включенного в коллекторную цепь, умноженное на 100, соответствует примерному значению статического коэффициента передачи тока h_21Э данного транзистора. Так, например, если миллиамперметр покажет ток 0,6 мА, коэффициент h_21Э данного, транзистора будет 60.

Положение контактов переключателя, показанное на рис. 121, а, соответствует включению прибора для проверки транзисторов структуры р-n-р. В этом случае на коллектор и базу транзистора относительно эмиттера подается отрицательное напряжение, миллиамперметр подключен к батарее отрицательным зажимом. Для проверки транзисторов структуру n-р-n подвижные контакты переключателя S2 надо перевести в другое, нижнее (по схеме) положение. При этом на коллектор и базу транзистора относительно эмиттера будет подаваться положительное напряжение, изменится и полярность включения миллиамперметра в коллекторную цепь транзистора.

Проверяя коэффициент h_21Э транзистора, следи внимательно за стрелкой миллиамперметра. Коллекторный ток с течением времени не должен изменяться — «плыть». Транзистор с плавающим током коллектора не годен для работы.

Учти: во время проверки транзистора его нельзя держать рукой, так как от тепла руки ток коллектора может измениться.

Какова роль резистора R2, включенного последовательно в коллекторную цепь проверяемого транзистора? Он ограничивает ток в этой цепи на случай, если коллекторный переход транзистора окажется пробитым и через него пойдет недопустимый для миллиамперметра ток.

Максимальный обратный ток коллектора I_КБО для маломощных низкочастотных транзисторов может достигать 20–25, но не больше 30 мкА. В нашем приборе это будет соответствовать очень малому отклонению стрелки миллиамперметра — примерно третьей части первого деления шкалы. У хороших маломощных высокочастотных транзисторов ток I_КБО значительно меньше — не более нескольких микроампер, прибор на него почти не реагирует. Транзисторы, у которых I_КБО превышает в несколько раз допустимый, считай непригодными для работы — они могут подвести.

Прибор с миллиамперметром на 1 мА позволяет изменять статический коэффициент передачи тока h_21Э до 100, т. е. наиболее распространенных транзисторов. Прибор с миллиамперметром на ток 5-10 мА расширит соответственно в 5 или 10 раз пределы измерений коэффициента h_21Э. Но прибор станет почти нечувствительным к малым значениям обратного тока коллектора.

У тебя, вероятно, возник вопрос: нельзя ли в качестве миллиамперметра — прибора для проверки параметров транзисторов — использовать микроамперметр описанного ранее комбинированного измерительного прибора? Ответ однозначный: можно. Для этого миллиамперметр комбинированного прибора надо установить на предел измерения до 1 мА и подключать его к приставке для проверки транзисторов вместо миллиамперметра РА1.

А как измерить основные параметры полевого транзистора? Для этого нет надобности конструировать специальный прибор, тем более, что в твоей практике полевые транзисторы будут использоваться не так часто, как маломощные биполярные.

Для тебя наибольшее практическое значение имеют два параметра полевого транзистора: I_{С нач} — ток стока при нулевом напряжении на затворе и S — крутизна характеристики. Измерить эти параметры можно по схеме, приведенной на рис. 122.

Рис. 122. Схема измерения параметров I_{С нач} и S полевого транзистора

Для этого потребуются: миллиамперметр РА1 (используй комбинированный прибор, включенный на измерение постоянного тока), батарея GB1 напряжением 9 В («Крона» или составленная из двух батарей 3336Л) и элемент G2 (332 или 316).

Делай это так. Сначала вывод затвора проверяемого транзистора соедини с выводом истока. При этом миллиамперметр покажет значение первого параметра транзистора начальный ток стока I_{С нач}. Запиши его значение. Затем разъедини вывода затвора и истока (на рис. 122 показано крестом) и подключи к ним элемент G2 плюсовым полюсом к затвору (на схеме показано штриховыми линиями). Миллиамперметр зафиксирует меньший ток, чем I_{С нач}. Если теперь разность двух показаний миллиамперметра разделить на напряжение элемента G2, получившийся результат будет соответствовать численному значению параметра S проверяемого транзистора.

Для измерения таких же параметров полевых транзисторов с р-n переходом и каналом типа n полярность включения миллиамперметра, батареи и элемента надо поменять на обратную.

* * *

Измерительные пробники и приборы, о которых я рассказал в этой беседе, поначалу тебя вполне устроят. Но позже, когда настанет время конструирования и налаживании радиоаппаратуры повышенной сложности, например супергетеродинных приемников, аппаратуры телеуправления моделями, потребуются еще измерители емкости конденсаторов, индуктивности катушек, вольтметр с повышенным относительным входным сопротивлением, генератор колебаний звуковой частоты. Об этих приборах, которые пополнят твою измерительную лабораторию, я расскажу позже.

Но, разумеется, самодельные приборы не исключают приобретение промышленных. И если такая возможность у тебя появится, то в первую очередь купи авометр — комбинированный прибор, позволяющий измерять постоянные и переменные напряжения и токи, сопротивления резисторов, обмоток катушек и трансформаторов и даже проверять основные параметры транзисторов. Такой прибор при бережном обращении с ним многие годы будет тебе верным помощником в радиотехническом конструировании.

Шестое издание, переработанное и дополненное 26 страница

Шестое издание, переработанное и дополненное 26 страница ⇐ ПредыдущаяСтр 26 из 47Следующая ⇒

МИЛЛИАМПЕРМЕТР

В твоей практике придется иметь дело с измерениями постоянных токов в основном от нескольких долей миллиампера до 100 мА. Например, коллек­торные токи транзисторов и анодные токи ламп каскадов усиления высокой частоты и каскадов предварительного усиления звуковой частоты могут быть от 0,2 до 3 — 5 мА, а токи усилителей мощности достигают 60 — 80 мА. Значит, чтобы измерять сравнительно небольшие токи, нужен прибор на ток /_и не хуже 1 мА. А расширить пределы измеряемых токов можно путем при­менения шунта (рис. 228, а).

Сопротивление шунта можно рассчитать по такой формуле:

 

где /_{и макс} — требуемое наибольшее значение измеряемого тока, мА.

Если, например, /_и = 1 мА, = 100 Ом, а необходимый /_{и макс} = 100 мА, то R_m должно быть: R_lu = /_иЛи/(Л|. макс — /_и) = 1 • 100/(100 — 1) « 1 Ом.

Таким миллиамперметром можно будет измерять токи: без шунта — до 1 мА, а с шунтом — до 100 мА. Во втором случае при измерении наиболь­шего тока через прибор будет течь ток, не превышающий 1 мА, т. е. его сотая часть, а 99 мА — через шунт.

Лучше, однако, иметь еще один предел измерений — до 10 мА. Это для того, чтобы более точно, чем по шкале 100 мА, можно было отсчитывать токи в несколько миллиампер, например коллекторные токи транзисторов вы­ходных каскадов простых усилителей. В этом случае измеритель токов можно построить по схеме, показанной на рис. 230,а. Здесь используется универ­сальный шунт, составленный из трех проволочных резисторов R_x — Л₃, поз­воляющий увеличивать пределы измерений миллиамперметра в 10 и 100 раз. И если ток /_и = 1 мА, то, применив к нему такой шунт, суммарное сопротивление которого должно быть значительно больше Л_и, прибором можно будет измерять постоянные токи трех пределов: 0 — 1 мА, 0 — 10 мА и 0 — 100 мА. Зажим Общ.

является общим для всех пределов измерений. Чтобы узнать измеряемый ток, надо ток, зафиксированный стрелкой прибора, умножить на численное значе­ние коэффициента возле соответствующего зажима. А поскольку ток /_и прибора известен, то возле зажимов вместо множителей «х 1», «х 10» и «х 100» можно написать предельно измеряемые токи. Для нашего примера это могут быть надписи: «1 мА», «10 мА» и «100 мА». Более подробно о расчете универсаль­ного шукта сказано далее.

Рис. 230. Миллиамперметр с универсальным шунтом.

 

Шунты изготовляют обычно из провода с высоким сопротивлением — манганина, никелина или константана, наматывая их на каркасы из изоляци­онных материалов. Каркасом шунта твоего миллиамперметра может быть гетинаксовая планка длиной чуть больше расстояния между зажимами прибора (рис. 230, б). Выводами шунта и отводами его секций служат отрезки медного провода, укрепленные в отверстиях в планке. От них идут проводники к входным зажимам (или гнездам) прибора.

Очень важно обеспечить надежность контактов в самом шунте. Если в нем появятся плохое соединение или обрыв, то весь измеряемый ток пойдет через прибор и он может испортиться.

И еще одно обязательное требование: в измеряемую цепь должен вклю­чаться шунт, к которому подключен миллиамперметр, а не наоборот. Иначе из-за нарушения контакта между зажимами прибора и шунтом в этом случае через прибор также пойдет весь измеряемый ток и могут быть те же непри­ятности.

ВОЛЬТМЕТР

О пригодности вольтметра для измерения напряжений в тех или иных цепях радиотехнического устройства судят по его внутреннему, или, что то же самое, входному сопротивлению, которое складывается из сопротивления рамки стрелочного прибора и сопротивления добавочного резистора. Так, например, если R_Vi прибора 800 Ом, а сопротивление добавоч­ного резистора на пределе измерений, скажем, 3 В, равно 2,2 кОм, то входное сопротивление вольтметра на этом пределе измерений будет 3 кОм. Для другого предела измерений данные добавочного резистора будут другими, а значит, изменится и входное сопротивление вольтметра.

Чаще, однако, вольтметр оценивают его относительным входным сопротивлением, характеризующим отношение входного сопротивления
прибора к 1 В измеряемого напряжения, например 3 кОм/В. Это удобнее: входное сопротивление вольтметра на разных пределах измерений разное, а относительное входное сопротивление постоянное. Чем меньше ток измери­тельного прибора /_и, используемого в вольтметре, тем больше б^удет его отно­сительное входное сопротивление, тем точнее будут производимые им измерения.

Для многих твоих измерений годится вольтметр с относительным входным сопротивлением не менее 1 кОм/В. Для более же точных измерений напряже­ний в цепях транзисторов нужен более высокоомный вольтметр.

В транзисторных конструкциях приходится измерять напряжение от долей вольта до нескольких десятков вольт, а в ламповых еще больше. Поэтому

Рис. 231. Вольтметр постоянно­го тока на три предела из­мерений.

однопредельный вольтметр неудобен. Напри­мер, вольтметром со шкалой на 100 В нельзя точно измерить даже напряжения 3 — 5 В, так как отклонение стрелки получится малоза­метным. Вольтметром же со шкалой на 10 В нельзя измерять более высокие напря­жения. Поэтому тебе нужен вольтметр, имею­щий хотя бы три предела измерений.

Рис. 232. Вольтметр перемен­ного тока.

Схема такого вольтметра постоянного тока показана на рис. 231. Наличие трех до­бавочных резисторов /?_lf R₂ и свидетель­ствует о том, что вольтметр имеет три пре­дела измерений. В данном случае первый пре­дел 0—1 В, второй 0 — 10 В и третий 0-100 В.

Сопротивления добавочных резисторов можно рассчитать по формуле, вытекающей из закона Ома: Я_д= UJI_H — здесь U_n — наибольшее напряжение данного предела из­мерений. Так, например, для прибора на ток /_и = 500 мкА (0,0005 А) и рамкой сопротивлением 500 Ом сопротивление до­бавочного резистора R_{ для предела 0—1 В должно быть 1,5 кОм, для предела 0 — 10 В — 19,5 кОм, для предела 0 — 100 В — 195,5 кОм. Относительное входное сопротивление такого вольтметра будет 2 кОм/В. Обычно в вольтметр монти­руют добавочные резисторы с номиналами, близкими к рассчитанным. Окон­чательно же «подгонку» их сопротивлений производят при градуировке вольт­метра путем подключения к ним параллельно или последовательно других резисторов. Так делай и ты.

Но тебе надо измерять не только постоянные, но и переменные напря­жения, например напряжение сети, напряжения на вторичных обмотках транс­форматоров питания. Чтобы для этой цели приспособить вольтметр постоян­ного тока, его надо дополнить выпрямителем, преобразующим переменное напряжение в постоянное (точнее — пульсирующее), которое и будет показывать прибор.

Возможная схема такого прибора показана на рис. 232, Работает прибор так. В те моменты времени, когда на левом (по схеме) зажиме прибора положительные полуволны переменного напряжения, ток идет через диод Д_х, включенный для него в прямом направлении, и далее через микроамперметр ИП — к правому зажиму. В это время через диод Д₂ ток идти не может, так как для тока этого направления диод закрыт. Во время положительных полу- периодов на правом зажиме диод Д_х закрывается и положительные полуволны переменного напряжения замыкаются через диод Д₂ минуя микроамперметр.

Добавочный резистор R_JV как и аналогичный резистор в вольтметре постоянного тока, гасит избыточное напряжение. Рассчитывают его так же, как и для постоянных напряжений, но полученный результат делят на 2,5 — 3, если выпрямитель прибора однополупериодный, или на 1,25 — 1,5, если выпрямитель прибора двухполупериодный. В нашем примере выпрямитель прибора одно­полупериодный, поэтому результат надо делить на 2,5 — 3. Более точно сопро­тивление этого резистора подбирают опытным путем во время градуировки шкалы прибора.

Таким вольтметром можно измерять и напряжение звуковой частоты до нескольких килогерц.

ОММЕТР

Измерителем RCL, об устройстве которого я рассказал тебе в этой беседе, можно измерять только сопротивления резисторов, а также деталей, провод­ников и цепей, не содержащих индуктивность. Им нельзя измерить, например,

Рис. 233. Простой омметр. а — подбор добавочного резистора, б — схема прибора.

 

 

активное сопротивление катушек электромагнитных телефонов или сетевой обмотки трансформатора питания, так как они обладают еще и индуктивным сопротивлением. Поэтому радиолюбители наряду с приборами типа RCL пользуются также омметрами со стрелочными индикаторами, на результаты измерений которых индуктивность не оказывает влияния. Сущность действия таких приборов заключается в том, что при включении в цепь, составленную из электроизмерительного прибора и источника постоянного тока, резисторов различных сопротивлений или других деталей, обладающих активным сопро­тивлением, значение тока этой цепи изменится. Соответственно изменится и угол отклонения стрелки прибора.

Чтобы лучше разобраться в принципе действия омметра, проведи такой опыт. Составь из любого миллиамперметра, батареи 3336Л и добавочного резистора замкнутую электрическую цепь, как показано на рис. 233, а. Сопро­тивление добавочного резистора подбери так, чтобы стрелка прибора о i кло­нилась на всю шкалу (рассчитать сопротивление *можно по той же формуле, по ко юрой мы рассчитывали сопротивление добавочного резистора к вольт­метру). Подобрав добавочный резистор, разорви цепь — образовавшиеся при эюм концы проводников будут входом получившегося простейшею омметра (рис. 233,(7) Подключи к выводам R_x (на схеме они обозначены стрелками) рсзисюр небольшою сопротивления, например 10 Ом. Полное сопротивление цепи теперь стало больше на сопротивление эюто резистора. Соответственно

и ток в цепи уменьшился — стрелка прибора не отклоняется до конца шкалы. Это положение стрелки можно пометить на шкале черточкой, а около нее написать число 10. Потом к выводам Я_х подключи резистор сопротивлением 15 Ом. Стрелка прибора отклонится еще меньше. И эго положение стрелки на шкале можно отметить соответствующим числом. Далее присоединяй поочередно резисторы сопротивлением в несколько десятков ом, сотен ом, килоом и отмечай получающиеся в каждом случае отклонения стрелки. Если теперь к выводам отградуированного таким способом простейшего омметра присоеди­нить резистор неизвестного сопротивления, стрелка прибора укажет деление на шкале, соответствующее АР сопротивлению этого резистора.

Когда ты будешь замыкать выводы Я_х накоротко, стрелка прибора должна устанавливаться на самом правом делении шкалы. „

^J ром и дооавочным резистором Я_х включен перемен­

ный резистор Я₂, который служит для установки стрелки омметра на нуль. Пока батарея свежая, в цепь вводится большая часть сопротивления резистора Я₂. По мере разряда батареи сопротивление этого резистора уменьшают. Таким образом, переменный резистор, являющийся составной частью добавочного резистора, позволяет регулировать в цепи омметра и устанавливать его стрелку на нуль. Его обычно называют резистором установки омметра на нуль.

Сопротивление резистора- установки омметра на нуль должно составлять Vk,—V8 часть общего сопротивления добавочных резисторов. Если, например, общее добавочное сопротивление по расчету должно быть 4,7 кОм, то пере­менный резистор Я₂ может составлять 470 — 620 Ом, а резистор Я_{ 3,9—4,3 кОм. При этом надобность в точной подгонке сопротивления основного добавоч­ного резистора отпадает.

Пользование омметром несложно. Всякий раз перед измерениями стрелку омметра надо устанавливать на нуль, замкнув накоротко оголенные концы щупов. Затем, касаясь щупами омметра выводов резисторов, выводов обмо­ток трансформаторов или других деталей, определяют их сопротивления по градуированной шкале. С течением времени стрелка прибора не будет устанавливаться на нуль. Это укажет на то, что батарея разрядилась и ее нужно заменить новой.

Омметром можно пользоваться как универсальным пробником, например, проверить, нет ли обрывов в контурных катушках, обмотках трансформатора, выяснить, не замыкаются ли катушки или обмотки трансформатора между собой. При помощи омметра легко найти выводы обмоток трансформатора и по сопротивлению судить об их назначении. Омметром можно проверить, не оборвана ли нить накала лампы, не соединяются ли между собой электроды лампы, оценивать качество диодов. С помощью омметра можно также опре­
делять замыкания в монтаже или между обкладками конденсатора, надежность контактных соединений и многое другое.

Запомни, как ведет себя омметр при испытании конденсаторов. Если щупами прикоснуться к выводам конденсатора, стрелка прибора отклонится и сейчас же возвратится в положение очень большого сопротивления. Этот бросок стрелки, получающийся за счет тока заряда конденсатора, будет тем большим, чем больше емкость конденсатора. При испытании конденсаторов малой емкости броски стрелки так малы, что они незаметны, так как зарядный ток таких конденсаторов ничтожно мал.

Если при испытании конденсатора стрелка омметра отклоняется до нуля, значит, конденсатор пробит; если же омметр после отклонения стрелки от тока заряда покажет некоторое сопротивление, значит, конденсатор имеет утечку.

МИЛЛИАМПЕРВОЛЬТОММЕТР

Ты, конечно, обратил внимание на то, что в миллиамперметре, вольтметре и омметре, о принципе работы которых я рассказал, можно использовать однотипные стрелочные приборы. Невольно напрашивается вопрос: нельзя ли все это объединить в одном комбинированном измерительном приборе? Можно. Получится миллиампервольтомметр — прибор для измерения токов, напряжений и сопротивлений.

Принципиальная схема возможного варианта такого измерительного при­бора изображена на рис. 235. Прибор объединяет в себе шестипредельный миллиамперметр постоянного тока (0,1; 1; 3; 10; 30 и 100 мА), шестипредель­ный вольтметр постоянного тока (1, 3, 10, 30, 100 и 300 В), однопредельный омметр и пяти предельный вольтметр переменного тока (3, 10, 30, 100 и 300 В). Зажим — Общ, к которому подключают один из измерительных щупов, является общим для всех видов измерений. Переключение прибора на те или иные виды и пределы измерений производят перестановкой вилки второго щупа: при измерении постоянного тока — в гнезда /н_п —/н₁₈, при измерении постоянных напряжений — в гнезда Л/₇ —Л/₁₂, при измерении сопротивлений — в гнездо Гн₆, при измерении переменных напряжений — в гнезда Гн_х — Гн₅. Пользуясь прибором как миллиамперметром постоянного тока, надо на всех пределах, кроме 0,1 мА, замкнуть контакты выключателя В_1# чтобы к шунту Я_ш подключить микро­амперметр ИП_Х.

1„ = 100 мкА, R» =720 0м

1В ЗВ 10В ЗОВ 100В300В0,1мА 1мА ЗмА ЮмА ЗОмА ЮОмА -Общ.

R14	%	Ris	R17
53,3	18,7	5,33	1,87
Г»15	Гн16	Гнц	Гн18

А А А А /\ ЗВ 10В ЗОВ 100В 300в > * ‘

 

 

Q V_

Рис. 235. Миллиампервольтомметр.

Сопротивление резисторов и пределы измерений, указанные на схеме, соответствуют микроамперметру на ток /_и = 100 мкА с сопротивлением рамки R_H — 720 Ом.) — i?₁₅ — R_l6 — i?₁₇ — J?i₈ =

Ail

« M 800 — 18,7 — 5,33 — 1,87 — 0,8 = 53,3 Ом.

В таком порядке можно рассчитать шунт и для микроамперметра е другими караметрами /_и и Л_и, подставляя их значения в. эти же формулы.

Теперь» о вольтметре постоянного тока V_. В эту часть прибора входит тот же микроамперметр ИП_Ъ добавочные резисторы R_s—R_n, гнезда Гн₁—Гн₁₂ к зажим —Общ (контакты выключателя B_t разомкнуты, чтобы микроамперметр отключить от шунта). Каждый предел имеет самостоятельный добавочный Зрезистор: £_g. — ддаг предела «1 Щ — щля предела «У В», R_l0 — для предела

<dQ»v — для предела «30 В» и т. д. С расчетом добавочных резисторов ты уже знаком (с. 266).

Следующая часть прибора — однопредельный омметр Q. В него входят: микроамперметр ИП_1} резисторы R₆ и R_lf элемент Э_1# гнездо Гн₆ и зажим — Общ. сопротивления резистора или участка цепи измеритель­ные щупы замыкают и резистором R₆ «Уст. О» стрелку прибора устанавли­вают точно на конечное деление шкалы, т. е. на нуль омметра. Если стрелка прибора не доходит до нуля омметра, значит, необходимо заменить его источник питания.

Суммарное сопротивление резисторов R₆ и R_n выбрано таким, чтобы при напряжении источника питания омметра в пределах 1,2—1,5 В в цепи можно было установить ток, равный току /_и микроамперметра.

Таким омметром можно измерять сопротивление примерно ш* Ш) —150 Ом до 60 — 80 кОм.

В вольтметр переменного тока входят: микроамперметр, диоды Д_х и Д₂, добавочные резисторы R_x — Я₅, гнезда Гн_х—Гн₅ и зажим —Общ. Рассмот­рим для примера цепь предела измерений 3 В. При подключении измеритель­ных щупов (гнездо Ги_и зажим —Общ.) к источнику переменного тока напря­жением до 3 В ток идет через добавочный резистор Л,, выпрямляется диодом Д_х и заставляет стрелку микроамперметра отклониться на угол, соответствую­щий значению выпрямленного тока. Так работает прибор и на других пределах измерений, разница лишь в сопротивлениях добавочных резисторов.

Роль диода Д₂ вспомогательная: пропускать через себя отрицательную полуволну напряжения, минуя микроамперметр. Его, в принципе, может и не быть, но тогда при значительных измеряемых напряжениях отрицательная полуволна может пробить.диод Д_х и вольтметр переменного тока выйдет из строя.

Для микроамперметра с другими параметрами /_и и R„ добавочные резисторы рассчитывай так же, как резисторы пределов измерений напряжений постоян­ного тока, а затем полученные результаты раздели на коэффициент 2,5.

Коротко о выборе пределов измерений. Наибольшая погрешность изме­рений токов и напряжений получается при отсчете измеряемых величин на первой трети части шкалы. Поэтому, выбирая пределы измерений, всегда стремись к тому, чтобы первый (наименьший) из них захватывал первую треть шкалы второго предела, второй предел — первую треть шкалы третьего предела и т. д. В этом отношении удобными для измерений можно считать такие пределы: 0 — 1, 0 — 3, 0—10, 0 — 30, 0 — 100. Именно эти пределы измерений токов и напряжений и выбраны для рекомендуемого тебе комбинированного прибора.

Но это не значит, что только такими должны быть пределы измерений. С учетом габаритов и разметки делений шкалы микроамперметра можно выбрать и другие пределы, например 0—1, 0 — 5, 0 — 25, 0 — 100. Но отсчет измеряемых величин надо стараться вести за пределами первой трети шкалы.

Возможную конструкцию комбинированного измерительного прибора, в ко­тором используется микроамперметр М24, ты видишь на рис. 236. Роль вход­ных контактов выполняют гнезда трех семиштырьковых ламповых панелек и один зажим. Гнезда одной панельки относятся только к миллиамперметру, гнезда второй панельки — только к вольтметру постоянного тока, третьей — к омметру и вольтметру переменного тока. Зажим —Общ является общим входным контактом для всех видов и пределов измерений.

Микроамперметр, ламповые панельки, переменный резистор R₆ (типа СП-1) и выключатель В_х (тумблер ТВ2-1) укрепи на гетинаксовой панели размерами 200x 140 мм, элемент Э, (332) — на боковой фанерной (или дощатой) стенке прибора. Резисторы шунга и добавочные резисторы вольтметров смонтируй непосредственно на выводных контактах ламповых панелек. Общими монтаж­ными проводниками резисторов вольтметров могут быть отрезки голого мед­

ного провода толщиной 1 — 1,5 мм, припаянные к центральным контактам панелек.

В качестве добавочных резисторов используй резисторы МЛТ-0,5 или МЛТ-1,0. Резисторы /?₁₄—У?₁₈ шунта должны быть проволочными. Используй для них высокоомный манганиновый или константановый провод диаметром 0,08 — 0,1 мм в шелковой или бумажной изоляции. Отрезки провода нужной длины наматывай на корпусы резисторов МЛТ-0,5 или МЛТ-1,0 с номиналами не менее 20 — 50 кОм и припаивай их концы к проволочным выводам резисторов.

Рис. 236. Конструкция миллиампервольтомметра.

 

Длину отрезка провода необходимого сопротивления можно рассчитать, пользуясь справочной литературой, или измерить омметром. Отрезок констан- танового провода ПЭК, например, диаметром 0,1 мм и длиной 1 м обладает сопротивлением около 60 Ом. Следовательно, для всего шунта (80 Ом) потре­буется около 1,5 м такого провода.

Сопротивления резисторов шунта, как бы точно они не были рассчитаны, во время градуировки прибора обязательно придется несколько уменьшать или, наоборот, увеличивать, т. е. как говорят, подогнать под параметры микро­амперметра. И чтобы не наращивать провод в случае его недостаточного сопротивления, отрезки провода для резисторов шунта делай на 5 — 10% длин­нее расчетных.

Конструкция измерительного щупа может быть такой, как на рис. 237. Это медный или латунный стержень (проволока) диаметром 3—4 и длиной 120 — 150 мм, один конец которого заострен. К другому его концу припаян гибкий (многожильный) изолированный проводник, оканчивающийся одно­полюсным штепселем, вставляемым в гнезда, или вилкообразным металличе­ским наконечником под зажим —Общ. На стержень надета изолирующая
(резиновая, поливинилхлоридная, эбонитовая) трубка. Она закрывает весь стержень щупа, включая место спайки его с гибким проводником. Из трубки выступает только заостренный кончик стержня, которым можно прикасаться к точкам измеряемых цепей. Если не окажется подходящей изоляционной трубки, то закатай стержень щупа в полоску бумаги, предварительно про­мазав ее клеем БФ-2 или каким-либо лаком, и хорошенько просуши. Толщина бумажного слоя должна быть 0,5—0,8 мм. Сверху бумажную изоляцию покрой тем же клеем или лаком или покрась масляной краской.

Рис. 237. Устройство измерительного щупа.

 

Рис. 238. Схема градуировки прибора.

 

 

Градуировка миллиамперметра и вольтметра постоянного тока сводится к подгонке секций универсального шунта и добавочных резисторов под мак­симальный ток пределов измерения, а вольтметра переменного тока и омметра, кроме того,—к разметке их шкал.

Для подгонки шунта миллиамперметра потребуются: образцовый много­предельный миллиамперметр, свежая батарея 3336JI и два переменных ре­зистора — проволочный сопротивлением 200 — 500 Ом и мастичный (СП, СПО) сопротивлением 5 — 10 кОм. Первый из переменных резисторов будешь исполь­зовать для регулирования тока при подгонке резисторов R_l6—R_w второй — при подгонке резисторов R_{1 и /?₁₅ шунта.

Вначале подгоняй резистор /?₁₄. Для этого соедини последовательно (рис. 238, а) образцовый миллиамперметр #Я₀, батарею Б и регулировочный резистор R_p. Установи движок резистора R_p в положение максимального сопротивления. Подключи градуируемый прибор ЯЯ_Г, установленный на предел измерений до 1 мА (измерительные щупы подключены к зажиму — Общ. и гнезду Гн_х з, контакты выключателя В_х замкнуты). Затем, постепенно уменьшая сопротивление регулировочного резистора, по образцовому миллиамперметру установи ток в измерительной цепи, равный точно 1 мА. Сличи локазания обоих приборов. Поскольку сопротивление провода резистора R_l4 немного больше расчетного, стрелка градуируемого прибора заходит за конечное деле­ние шкалы. Твоя задача: понемногу уменьшая длину провода резистора, добиться, чтобы стрелка градуируемого прибора установилась точно против конечной отметки шкалы.

---

Дата добавления: 2015-10-21; просмотров: 28 | Нарушение авторских прав

---

---

Миллиамперметр может измерить максимальный ток 10ма

Шунт (англ. Shunt) — электрическое или магнитное ответвление, которое включают параллельно основного контура цепи. Параллельное подключение одного звена электрической цепи к другому с целью понижения общего электрического сопротивления называется процессом шунтирования. Это нашло широкое применение в схемотехнике.

Шунты измерительных приборов

Измерительный шунт — сопротивление, параллельно подключенное к зажимам измерительного амперметра (параллельно его внутреннему электрическому сопротивлению). Это позволяет прибору расширить измерительный диапазон по току при снижении его чувствительности и разрешающей способности.

Измерительные шунты производят из манганина. В зависимости от конструктивного исполнения бывают:

Для определения небольших значений тока (не более 30 А) шунт чаще всего находится внутри корпуса прибора. В случае измерения внушительных значений тока во избежание чрезмерного нагрева корпуса шунт имеет наружную конфигурацию исполнения.

В портативных магнитоэлектрических устройствах, рассчитанных на силу тока не более 30 ампер, внутренние шунты рассчитаны на несколько граничных значений измеряемой величины.

Многопредельный шунт устроен в виде ряда резисторов, которые возможно коммутировать в соответствии с пределом измерения, рычажным тумблером либо путем перемещения провода с одной клемы на другую.

У внешних резисторов, как правило, присутствует калибровка, с расчётом на распространенные значения тока и напряжения. Такие шунтирующие сопротивления имеют ряд номинальных значений напряжения: 10, 15, 30, 50, 60, 75, 100, 150 и 300 мВ.

При использовании элементов шунтирования в измерениях величин переменного тока наблюдается добавочная погрешность, связанная с преобразованием частоты, поскольку сопротивления измерительного механизма и шунтирующего устройства находятся в различных зависимостях от частоты.

Шунтирующие звенья классифицируются согласно точности: 0,02, 0,05, 0,1, 0,2, и 0,5. Цифровые значения, отвечающие каждому классу, указывают на допустимую величину расхождения сопротивления с его номиналом, выраженную в процентах.

Эксплуатационные требования, выдвигаемые к элементам шунтирования: низкие потери напряжения в области шунта, во избежание перегрева оборудования; стабильное значение сопротивления, обеспечивающие точность измерения; стойкость к коррозии и к воздействиям окружающей среды.

Контроль величины постоянного тока имеет широкий диапазон применения, в том числе:

• фотоэлектрическая промышленность,
• источники электропитания общественного транспорта,
• электрические генераторы и двигатели,
• оборудование для сварочных работ,
• инверторы,
• и другие системы с наличием высоких значений постоянного тока.

Во многих промышленных отраслях применение шунтирующих резисторов зарекомендовало себя как надежный, точный и долговременный способ для беспрерывного измерения тока постоянной величины.

Расчет и изготовление шунта

Амперметр M367 имеет максимальный предел измерения тока 150 А. Очевидно, что при определении таких величин силы тока задействовано внешнее шунтирующее сопротивление. Освобожденный от влияния шунтирующего элемента прибор приобретает свойства миллиамперметра с максимальным показанием силы тока 30 мА.

Следовательно, варьируя разными значениями сопротивления електр. звена, можно добиться любой области измерения. Чтобы подтвердить это на практике, можно создать шунт для амперметра своими руками.

Основные понятия и формулы

Значение суммарной величины тока I распределяется между шунтирующим резистором (Rш, Iш) и изм. прибором (Rа, Iа) и находится в обратно пропорциональной зависимости сопротивлению этих участков.

Электросопротивление ответвления измерительной цепи: Rш=RаIа / (I-Iа).

Для умножения масштаба измерения в n раз следует принять значение: Rш=(n-1) / Rа, при этом показатель n=I/Iа — коэффициент шунтирования.

Расчет шунтирующего звена

Для расчета шунта микроамперметра можно воспользоваться данными об измерительной головке прибора: сопротивление рамки (Rрам), величина тока, которая соответствует максимальному отклонению индикаторной стрелки (Iинд) и наибольшее значение прогнозируемой шкалы измерения тока (Imax). Максимальным измеряемым током примем значение 30 мА. Значение Iинд определяется экспериментальным путем. Для этого последовательно включается в электрическую цепь переменный резистор R, шкала индикатор и измерительный тестер.

Перемещая ходунок резистора R, следует добиться максимального показания стрелки на шкале индикатора и зафиксировать показания Iинд на тестере. Вследствие опыта известны величины Iинд = 0.0004 А и Rрам=1кОм (также измеряется тестером), этого достаточно для дальнейшего расчета сопротивления шунта микроамперметра (индикатора) по формуле:

Rш=Rрам * Iинд / Imax; получаем Rш=13,3 Ом.

Длина проводника

Выбрав материал для изготовления и зная величину его удельного сопротивления, необходимо рассчитать длину токовой части шунта.

Согласно соотношению: Rш=p*J/S,

где: p-удельное сопротивление, J-длина, S- площадь поперечного сечения проводника, подбираются геометрические параметры медного провода (p=0.0175 Ом*мм2 /м).

Величину площади можно рассчитать из формулы, вооружившись предполагаемым значением диаметра:

Тогда искомая величина будет равна:

При диаметре проводника d= 0.1 мм, подставив значения получается длина:

Расчет шунта для амперметра постоянного тока определил такие выходные данные:

максимальный ток измерения — 30 мА;

материал проводника — медная жила 0.1 мм в диаметре длиною 0,45 м.

Для удобства и упрощения расчетов относительно шкал измерительных приборов используют онлайн-калькулятор.

Амперметр для зарядного устройства

Нелишним будет знать, как сделать из вольтметра амперметр и применить его в процессе контролирования силы тока при зарядке аккумуляторных батарей.

Необходимый стрелочный вольтметр проверяется на способность стрелки полностью отклонятся вдоль измерительной шкалы. Следует убедиться в отсутствии добавочных сопротивлений или внутреннего шунта.

До этого был рассмотрен расчетный метод подбора шунтирующего резистора, в этом случае самодельный амперметр получается сугубо практическим путем, с помощью добавочного изм. прибора или тестера с пределом измерения до 8 А.

Соединяется в простую схему зарядный выпрямитель, дополнительный образцовый амперметр, проводник для будущего шунта и заряжаемая аккумуляторная батарея.

Для изготовления шунта для амперметра 10А своими руками на концах неизолированного толстого медного проводника длиною до 80 см выгибаются кольцеобразные дуги под крепеж болтом. После чего подсоединяется последовательно с образцовым изм. прибором в электрическую цепь выпрямитель — аккумулятор.

Один из концов стрелочного вольтметра основательно соединяется с шунтом, а другим, как щупом, проводится по медному проводу. Подается питание через выпрямитель и устанавливается по образцовому амперметру сила тока в цепи 5А.

Начиная от места крепления, щупом от вольтметра следует вести по проводу, пока на обоих приборах не установятся одинаковые значения тока. Согласно величине сопротивления рамки используемого стрелочного вольтметра определяется нужная длина провода шунтирования величиною до метра.

Проводник шунта возможно смотать в виде спирали либо как-то еще. Витки легонько растянуть с целью избежать прикосновений между ними или изолировать хлорвиниловой трубкой по всей длине спирали шунта.

Вариант предварительного определения длины провода для последующей замены изолированным проводником тоже вполне приемлем и практичен, но требует внимательности и тщательности в операциях замены шунта, повторяя все этапы по нескольку раз. Связано это с точностью показаний амперметра.

Соединительные провода от вольтметра должны быть обязательно припаяны непосредственно к шунтирующей спирали, иначе прибор будет иметь погрешности в показаниях.

Провода соединяющие шунт и изм. прибор выбирают произвольной длины, поэтому шунтирующий элемент возможно поместить в любой части корпуса выпрямителя.

Шкала амперметра для измерения величины постоянного тока равномерная, этим нужно руководствоваться при ее выборе. Букву V правильно заменить на А, а цифровые значения подогнать из расчета максимального тока в 10 А.

Постоянный электрический ток. § 13. Измерение силы тока и напряжения → номер 13

Задачи по физике. В мобильной версии нет поиска и могут не отображаться формулы. Для поиска задач и отображения формул откройте веб версию (кнопка внизу страницы)

Реклама 1 AdSense

понедельник, 23 декабря 2013 г.

Определить максимальное значение силы тока, которое модно измерить зашунтированным миллиамперметром.

Миллиамперметр сопротивлением 3 Ом и пределом измерения 25 мА зашунтирован проводником сопротивлением 1 Ом. Определить максимальное значение силы тока, которое модно измерить зашунтированным миллиамперметром.

Hапряжение на миллиамперметре при измерении предельного тока 25 мА без шунта определим по закону Ома:

Амперметр — Измерение силы тока

В нашем последнем руководстве мы видели, что гальванометр с подвижной катушкой с постоянным магнитом (PMMC) — это тип прибора, в котором катушка с током помещается в постоянное магнитное поле. Когда электрический ток (I) проходит через катушку, создаваемое вокруг нее электромагнитное поле реагирует на постоянное магнитное поле, создавая отклоняющий момент, который заставляет катушку двигаться. Указатель или игла, прикрепленная к катушке, указывает величину отклонения (Φ).

Мы также узнали, что счетчики с подвижной катушкой на постоянных магнитах могут быть преобразованы в эффективный вольтметр постоянного тока с помощью последовательно соединенных резисторов-умножителей. Но мы также можем использовать измерители PMMC для измерения электрического тока, подключив резисторы параллельно с измерителем, а не последовательно, и это составляет основу амперметров .

Как следует из названия, Амперметр — это прибор, используемый для измерения электрического тока (I), получивший свое название от того факта, что единицей измерения является «ампер», или, точнее, ампер .Но чтобы измерить электрический ток, необходимо подключить амперметр, чтобы через него мог проходить интересующий суммарный ток. Другими словами, амперметр всегда следует подключать последовательно к измеряемой цепи или компоненту.

Но вот в чем проблема. Как мы видели в предыдущем уроке о вольтметрах, полное отклонение (FSD) стандартного PMMC-измерителя очень мало, поэтому они могут выдерживать только небольшие токи, от 0 до I _FSD , выраженные в микроамперах (мкА), или миллиампер (мА), в основном из-за небольшого сечения провода, используемого в обмотках подвижной катушки PMMC.

Что, если бы мы хотели измерить ток цепи, который больше этого или до 10 ампер, поскольку гораздо более высокий ток вынудил бы стрелку измерителя выйти за пределы максимального отклонения FSD, что потенциально могло бы перегреть или повредить обмотки катушек, не говоря уже о сгибании указатель. Итак, как мы можем использовать стандартный измеритель PMMC для измерения токов, превышающих номинальные для FSD.

Для измерения тока в цепи гальванометр должен быть подключен последовательно, и, поскольку он имеет довольно большое сопротивление катушки, R _G , это повлияет на значение измеряемого тока.При использовании измерителя PMMC в качестве амперметра его диапазон измерения может быть расширен с помощью параллельно подключенных «шунтирующих резисторов», что позволяет измерять постоянные токи, во много раз превышающие его нормальный номинальный ток отклонения полной шкалы, как только часть общего тока будет проходить через счетчик.

Резисторы шунтирующие для амперметра

Чувствительность амперметра по току определяется величиной электрического тока, необходимого катушке измерителя для обеспечения необходимого перемещения указателя FSD.Величина, на которую движется катушка, называемая «отклонением» (Φ), пропорциональна силе тока, протекающего через катушку, необходимого для создания магнитного поля, необходимого для отклонения иглы, на величину, выраженную в градусах (или радианах) на ампер, ^o / А (или рад / А).

Следовательно, чем меньше сила тока, необходимая для обеспечения требуемого отклонения, тем выше чувствительность измерителя. Затем стрелка амперметра перемещается в ответ на ток, поэтому, если для перемещения измерительного прибора требуется всего 100 мкА для отклонения полной шкалы, он будет иметь большую чувствительность, чем перемещение измерительного прибора, для которого требуется 1 мА для его полной шкалы.

Подключив внешние шунтирующие резисторы параллельно с измерителем, а не последовательно, как в случае с вольтметром, мы можем расширить его полезный диапазон движения. Это связано с тем, что параллельно соединенные сопротивления образуют сети делителей тока , которые, как следует из их названия, делят измеренный ток на величину, определяемую их резистивным значением, как показано.

Цепь амперметра

Здесь низкоомный шунт подключен параллельно (шунтирован) клеммам измерителя PMMC и предназначен для пропускания большей части тока цепи, так что только небольшая его часть проходит через обмотку измерителя.Таким образом, шунтирующее сопротивление увеличивает диапазон амперметра с током измерителя, I _G пропорционально общему току цепи I _T , создавая необходимое падение напряжения на измерителе для полного отклонения шкалы.

Предположим, мы хотим использовать гальванометр 100 мкА, 200 Ом для измерения тока в цепи до 1,0 ампер. Очевидно, что мы не можем просто подключить измеритель напрямую для измерения одного ампера, но, используя закон Ома, мы можем рассчитать номинал шунтирующего резистора, требуемого R _S , который обеспечит движение измерителя на полную шкалу и соответствующий I _G x R _{Падение напряжения на нем G} при измерении тока в цепи до одного ампера.

Таким образом, если ток, при котором гальванометр показывает отклонение на полную шкалу, задан как 100 мкА, то требуемое шунтирующее сопротивление R _S рассчитывается как 0,02 Ом. При падении напряжения 20 мВ (V = I * R = 100 мкА x 200 Ом) 100 мкА будет проходить через измеритель PMMC, а 999,9 мА — через шунтирующий резистор с низким сопротивлением. Следовательно, почти весь ток цепи (I _T ) проходит через шунтирующий резистор, и только очень небольшая часть тока, необходимого для FSD, проходит через подвижную катушку, тем самым преобразуя гальванометр в амперметр, просто подключив достаточно малое сопротивление в параллельно с ним, как показано.

Шунтирующее сопротивление амперметра

Обратите внимание, что сопротивление шунта R _S всегда будет ниже внутреннего сопротивления катушки R _G , чтобы отводить ток цепи от обмоток катушки. Тогда комбинация движения измерителя с этим внешним шунтирующим сопротивлением образует основу простого аналогового амперметра, независимо от того, какой FSD у конкретного измерителя. Например, тот же гальванометр можно использовать для измерения токов от 0 до 1 ампера, от 0 до 5 ампер или от 0 до 10 ампер и т. Д.просто используя разные значения сопротивления шунта при одном и том же перемещении измерителя и соответствующим образом изменяя шкалу измерителя.

Амперметр Пример №1

Гальванометр имеет внутреннее сопротивление подвижной катушки 100 Ом и дает полное отклонение при 3 мА. Рассчитайте значение сопротивления шунта, необходимое для преобразования измерителя PMMC в амперметр постоянного тока с диапазоном от 0 до 5 ампер.

Приведены данные: R _G = 100 Ом, I _G = 3 мА и I _{T (макс.)} = 5 ампер

Таким образом, сопротивление равно 0.06 Ом или 60 мОм (60 мОм) требуется для измерения максимальной силы тока 5 ампер.

Амперметр Пример №2

Измеритель PMMC имеет сопротивление катушки 200 Ом и линейную шкалу с отметкой 25 делений. Если чувствительность измерителя составляет 4 мА на деление, рассчитайте сопротивление шунта, необходимое для измерения максимального тока 20 ампер.

Если 4 мА = 1 деление, то 25 делений = 25 * 4 мА = 100 мА или 0,1 ампер. Таким образом, измеритель PMMC имеет FSD 100 мА.

Тогда, надеюсь, мы сможем увидеть, что полное сопротивление, выдаваемое амперметром, приблизительно равно значению подключенного шунтирующего сопротивления R _S и явно становится меньше по мере увеличения измеряемого тока цепи.Таким образом, эффект нагрузки амперметра при последовательном включении с компонентом схемы, ток которого должен быть измерен, значительно снижается. В идеале полное сопротивление амперметра должно быть равно нулю. Поскольку шунтирующие резисторы, используемые для амперметров, имеют очень низкие значения сопротивления, обычно они должны быть изготовлены из проволоки относительно большого диаметра или сплошных кусков медной шины. Сильноточные шунты обычно продаются в виде калиброванных медных шин для создания определенного падения напряжения в милливольтах (мВ).

Измерение силы тока

Как мы видели ранее в руководстве по вольтметрам, измерительные приборы, в которых используются гальванометры, могут быть преобразованы в многодиапазонные измерители путем добавления подходящего набора резисторов и переключателя.Наш простой амперметр постоянного тока может быть дополнительно расширен за счет наличия нескольких шунтирующих сопротивлений, каждый из которых рассчитан на определенный диапазон тока, который можно выбрать один за другим с помощью одного многополюсного 4- или 5-позиционного переключателя, позволяющего нашему амперметру одним движением измерьте более широкий диапазон токов. Такой тип конфигурации амперметра называется многодиапазонным амперметром.

Конфигурация многодиапазонного амперметра прямого действия

В этой конфигурации амперметра каждый шунтирующий резистор R _S многодиапазонного амперметра подключен параллельно (шунтирован) с измерителем, как и раньше, для получения желаемого диапазона ампер.Итак, если мы предположим, что наш измеритель FSD на 100 мкА, указанный выше, требуется для измерения следующих диапазонов тока 1 мА, 10 мА, 100 мА и 1 А, тогда требуемые шунтирующие резисторы рассчитываются так же, как и раньше:

Дает прямую схему многодиапазонного амперметра:

Хотя такая конфигурация вольтметра прямого действия могла бы работать, одна из основных проблем с ее конструкцией связана с типом используемого многопозиционного селекторного переключателя. Большинство переключателей имеют действие «выключить перед включением» (BM), что означает, что когда переключатель поворачивается из одного положения в другое для считывания другого тока, в один небольшой момент времени шунтирующий резистор фактически отключается от измерителя. Таким образом, весь измеряемый ток в цепи отводится через подвижную катушку измерителя, что может или не может повредить его.

Одним из способов решения этой проблемы является использование более дорогостоящего переключателя «замыкание перед размыканием» (MB) или настройка подключения шунтирующих резисторов таким образом, чтобы при повороте селекторного переключателя они все еще оставались подключенными. в цепи, тем самым защищая хрупкое движение счетчика. Один из способов добиться этого — использовать метод непрямого амперметра постоянного тока.

Конфигурация многодиапазонного амперметра косвенного действия

Более практичной конструкцией является конфигурация непрямого амперметра, в которой одно или несколько шунтирующих сопротивлений соединены последовательно через измеритель для получения желаемого диапазона тока.Преимущество здесь состоит в том, что наряду с использованием стандартных предпочтительных значений для шунтирующих резисторов, в любой момент времени деликатное движение измерителя шунтируется значением сопротивления. Итак, если мы снова возьмем наш измеритель FSD на 50 мВ и диапазоны тока 1 мА, 10 мА, 100 мА и 1 А, как и раньше, тогда требуемые значения резисторов будут пересчитаны как:

Давая цепь многодиапазонного амперметра непрямого действия из:

В этой конфигурации 5-позиционного аналогового амперметра непрямого действия мы увидели, что чем выше измеряемый ток, тем ниже значение сопротивления шунта, выбираемого переключателем.Общее сопротивление, подключенное параллельно измерителю PMMC, будет суммой сопротивлений, так как R _ИТОГО = R _S1 + R _S2 + R _S3 + R _S4 . Очевидно, что в то время как две схемы, прямая и непрямая конфигурация амперметра могут считывать одинаковые силы тока, конфигурация непрямого амперметра предпочтительна, поскольку она защищает измеритель PMMC от состояния перегрузки по току при вращении селекторного переключателя.

Аналоговые амперметры

обеспечивают быстрое и точное считывание ампер, протекающих по цепи, и то же движение гальванометра можно использовать для отображения диапазона значений силы тока, просто изменив значение сопротивления шунта.Амперметры с нулевым центром доступны и полезны, чтобы показать направление потока тока, то есть они могут указывать либо «положительный» ток, либо «отрицательный» ток.

Выбор значений шунтирующего резистора в конечном итоге будет зависеть от полной шкалы гальванометра, используемого в качестве амперметра, а также от измеряемых уровней тока, независимо от того, откалибрована ли шкала измерителя в амперах, миллиампер или микроампер. Но что, если мы захотим измерить 10 или даже 100 ампер. Что ж, применяются те же принципы, за исключением того, что токовый шунт должен быть резистором с очень низким сопротивлением, обычно в миллиом (мОм) или меньше.

Сильноточные амперметры постоянного тока

доступны в комплекте с калиброванными шунтами для обеспечения необходимого падения напряжения на шунте для питания измерителя PMMC. Падение напряжения до 10 мВ или 20 мВ доступно для обеспечения точного преобразования первичного постоянного тока, отображаемого измерителем с полноразмерными показаниями в сотни ампер. Помните также, что при выборе шунтирующего резистора амперметра для пропускания большого тока необходимо учитывать его рассеиваемую мощность I ² R, иначе они могут перегреться и получить повреждения.

Для измерения больших токов переменного тока требуется трансформатор тока. Как мы обсуждали в нашем руководстве о трансформаторах тока, полномасштабный амперметр на 5 А можно использовать с соответствующим трансформатором тока и калибровать с помощью выбранного трансформатора.

Вольтметры и амперметры постоянного тока | Физика II

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объясните, почему вольтметр нужно подключать параллельно цепи.
• Нарисуйте схему, показывающую правильно подключенный амперметр в цепь.
• Опишите, как гальванометр можно использовать как вольтметр или амперметр.
• Найдите сопротивление, которое необходимо подключить последовательно с гальванометром, чтобы его можно было использовать в качестве вольтметра с заданными показаниями.
• Объясните, почему измерение напряжения или тока в цепи никогда не может быть точным.

Вольтметры измеряют напряжение, а амперметры измеряют ток.Некоторые измерители в автомобильных приборных панелях, цифровых камерах, сотовых телефонах и тюнерах-усилителях являются вольтметрами или амперметрами. (См. Рис. 1.) Внутренняя конструкция простейшего из этих счетчиков и то, как они подключены к системе, которую они контролируют, позволяют лучше понять применение последовательного и параллельного подключения.

Рис. 1. Датчики топлива и температуры (крайний правый и крайний левый соответственно) в этом Volkswagen 1996 года представляют собой вольтметры, которые регистрируют выходное напряжение «передающих» устройств, которое, как мы надеемся, пропорционально количеству бензина в баке и двигателе. температура.(Источник: Кристиан Гирсинг)

Вольтметры подключаются параллельно к любому измеряемому напряжению устройства. Параллельное соединение используется потому, что параллельные объекты испытывают одинаковую разность потенциалов. (См. Рис. 2, где вольтметр обозначен символом V.) Амперметры подключаются последовательно к любому измеряемому току устройства. Последовательное соединение используется потому, что последовательно соединенные объекты имеют одинаковый ток, проходящий через них. (См. Рисунок 3, где амперметр обозначен символом A.)

Рис. 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 напрямую к ЭДС без учета ее внутреннего сопротивления, r . (b) Используемый цифровой вольтметр. (Источник: Messtechniker, Wikimedia Commons)

Рис. 3. Амперметр (A) включен последовательно для измерения тока.Весь ток в этой цепи протекает через счетчик. Амперметр будет иметь такие же показания, если он расположен между точками d и e или между точками f и a, как и в показанном положении. (Обратите внимание, что заглавная буква E обозначает ЭДС, а r обозначает внутреннее сопротивление источника разности потенциалов.)

Аналоговые приборы: гальванометры

Аналоговые счетчики имеют стрелку, которая поворачивается, чтобы указывать на числа на шкале, в отличие от цифровых счетчиков , которые имеют числовые показания, подобные портативному калькулятору.Сердцем большинства аналоговых счетчиков является устройство, называемое гальванометром , обозначенное буквой G. Ток, протекающий через гальванометр, I _G , вызывает пропорциональное отклонение стрелки. (Это отклонение происходит из-за силы магнитного поля на провод с током.)

Двумя важнейшими характеристиками данного гальванометра являются его сопротивление и чувствительность по току. Чувствительность по току — это ток, который дает полного отклонения стрелки гальванометра, максимальный ток, который может измерить прибор.Например, гальванометр с токовой чувствительностью 50 мкА имеет максимальное отклонение стрелки при протекании через него 50 мкА, считывает половину шкалы при протекании через него 25 мкА и т. Д. Если такой гальванометр имеет сопротивление 25 Ом, то только напряжение В = IR = (50 мкА) (25 Ом) = 1,25 мВ дает показания полной шкалы. Подключив 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 рисунке 4 показано, как гальванометр можно использовать в качестве вольтметра, подключив его последовательно с большим сопротивлением, R . Значение сопротивления R определяется максимальным измеряемым напряжением. Предположим, вам нужно 10 В для полного отклонения вольтметра, содержащего гальванометр с сопротивлением 25 Ом и чувствительностью 50 мкА. Тогда приложенное к измерителю напряжение 10 В должно давать ток 50 мкА. Общее сопротивление должно быть

.

[латекс] {R} _ {\ text {tot}} = R + r = \ frac {V} {I} = \ frac {10 \ text {V}} {50 \ text {} \ mu \ text { A}} = 200 \ text {k} \ Omega \\ [/ latex] или

[латекс] R = {R} _ {\ text {tot}} — r = 200 \ text {k} \ Omega-25 \ text {} \ Omega \ приблизительно 200 \ text {k} \ Omega \\ [/ латекс].

( R настолько велико, что сопротивление гальванометра, r , почти ничтожно.) Обратите внимание, что 5 В, приложенное к этому вольтметру, вызывает отклонение на половину шкалы, создавая ток 25 мкА через измеритель, и поэтому Показание вольтметра пропорционально желаемому напряжению. Этот вольтметр не будет полезен для напряжений менее примерно половины вольта, потому что отклонение измерителя будет небольшим и его трудно будет точно прочитать. Для других диапазонов напряжения другие сопротивления устанавливаются последовательно с гальванометром.У многих метров есть выбор шкалы. Этот выбор включает последовательное включение соответствующего сопротивления с гальванометром.

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

Тот же гальванометр можно превратить в амперметр, разместив его параллельно небольшому сопротивлению R , часто называемому шунтирующим сопротивлением , как показано на рисунке 5.Поскольку сопротивление шунта невелико, большая часть тока проходит через него, что позволяет амперметру измерять токи, намного превышающие токи, вызывающие полное отклонение гальванометра. Предположим, например, что необходим амперметр, который дает полное отклонение на 1,0 А и содержит тот же гальванометр на 25 Ом с чувствительностью 50 мкА. Поскольку R и R подключены параллельно, напряжение на них одинаковое. Эти капли IR : IR = I _G r , так что [latex] IR = \ frac {{I} _ {\ text {G}}} {I} = \ frac {R} {r }\\[/латекс].{-3} \ text {} \ Omega \\ [/ latex].

Рис. 5. Небольшое сопротивление шунта R , помещенное параллельно гальванометру G, дает амперметр, отклонение которого на полную шкалу зависит от выбора R . Чем больше измеряемый ток, тем меньше должно 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 применения. Различные шкалы достигаются путем переключения различных шунтирующих сопротивлений параллельно гальванометру — чем больше максимальный измеряемый ток, тем меньше должно быть шунтирующее сопротивление.

Проведение измерений изменяет схему

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 схему, но полезно изучить обстоятельства, при которых они влияют или не влияют.Сначала рассмотрим вольтметр, который всегда ставят параллельно измеряемому устройству. Через вольтметр протекает очень небольшой ток, если его сопротивление на несколько порядков больше, чем сопротивление устройства, и поэтому на цепь это не оказывает заметного влияния. (См. Рисунок 6 (a).) (Большое сопротивление, параллельное малому сопротивлению, имеет общее сопротивление, по существу равное малому.) Однако, если сопротивление вольтметра сопоставимо с сопротивлением измеряемого устройства, тогда сопротивление два соединенных параллельно имеют меньшее сопротивление, что заметно влияет на схему.(См. Рисунок 6 (b).) Напряжение на устройстве не такое, как при отключении вольтметра от цепи.

Рис. 6. (a) Вольтметр, имеющий сопротивление намного больше, чем устройство (RVoltmeter >> R), с которым он включен параллельно, создает параллельное сопротивление, по существу такое же, как и устройство, и не оказывает заметного влияния на измеряемую цепь. (b) Здесь вольтметр имеет такое же сопротивление, что и устройство (RVoltmeter≅R), так что параллельное сопротивление составляет половину от того, которое есть, когда вольтметр не подключен.Это пример значительного изменения схемы, которого следует избегать.

Амперметр подключается последовательно к ветви измеряемой цепи, так что его сопротивление добавляется к этой ветви. Обычно сопротивление амперметра очень мало по сравнению с сопротивлениями устройств в цепи, поэтому дополнительное сопротивление незначительно. (См. Рисунок 7 (a).) Однако, если задействованы очень малые сопротивления нагрузки или если сопротивление амперметра не такое низкое, как должно быть, то общее последовательное сопротивление значительно больше, а ток в ветви измеряется уменьшается.(См. Рисунок 7 (b).) На практике может возникнуть проблема, если амперметр подключен неправильно. Если его подключить параллельно с резистором для измерения тока в нем, вы можете повредить счетчик; низкое сопротивление амперметра позволит большей части тока в цепи проходить через гальванометр, и этот ток будет больше, поскольку эффективное сопротивление меньше.

Рис. 7. (a) Амперметр обычно имеет такое маленькое сопротивление, что общее последовательное сопротивление в измеряемой ветви существенно не увеличивается.Схема практически не изменилась по сравнению с отсутствием амперметра. (b) Здесь сопротивление амперметра такое же, как сопротивление ветви, так что общее сопротивление удваивается, а ток вдвое меньше, чем без амперметра. Этого существенного изменения схемы следует избегать.

Одним из решений проблемы вольтметров и амперметров, мешающих измеряемым цепям, 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, которые делают измерения с точностью до нескольких процентов. Обратите внимание, что неточность возникает из-за изменения схемы, а не из-за неисправности счетчика.

Подключения: границы знаний

Выполнение измерения изменяет измеряемую систему таким образом, что приводит к погрешности измерения. Для макроскопических систем, таких как схемы, обсуждаемые в этом модуле, изменение обычно можно сделать пренебрежимо малым, но полностью исключить его нельзя.Для субмикроскопических систем, таких как атомы, ядра и более мелкие частицы, измерение изменяет систему таким образом, что невозможно сделать сколь угодно малым. Это фактически ограничивает знание системы — даже ограничивает то, что природа может знать о самой себе. Мы увидим глубокие последствия этого, когда принцип неопределенности Гейзенберга будет обсуждаться в модулях по квантовой механике.

Существует еще один метод измерения, основанный на полном отсутствии тока и, следовательно, без изменения схемы.Они называются нулевыми измерениями и являются темой нулевых измерений. Цифровые измерители, которые используют твердотельную электронику и нулевые измерения, могут достигать точности одной части из 10 ⁶ .

Проверьте свое понимание

Цифровые счетчики способны обнаруживать меньшие токи, чем аналоговые счетчики, использующие гальванометры. Как это объясняет их способность измерять напряжение и ток более точно, чем аналоговые измерители?

Решение

Поскольку цифровые счетчики требуют меньшего тока, чем аналоговые счетчики, они изменяют схему меньше, чем аналоговые счетчики.Их сопротивление в качестве вольтметра может быть намного больше, чем у аналогового измерителя, а их сопротивление в качестве амперметра может быть намного меньше, чем у аналогового измерителя. См. Рис. 2 и рис. 3 и их обсуждение в тексте.

Исследования PhET: комплект для конструирования цепей (только для постоянного тока), виртуальная лаборатория

Стимулируйте нейрон и следите за тем, что происходит. Сделайте паузу, перемотайте назад и двигайтесь вперед во времени, чтобы наблюдать за перемещением ионов через мембрану нейрона.

Щелкните, чтобы загрузить симуляцию.Запускать на Java.

Сводка раздела

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

Концептуальные вопросы

1. Почему не следует подключать амперметр непосредственно к источнику напряжения, как показано на рисунке 9? (Обратите внимание, что скрипт E на рисунке означает ЭДС.)

Рисунок 9.

2. Предположим, вы используете мультиметр (предназначенный для измерения диапазона напряжений, токов и сопротивлений) для измерения тока в цепи, и вы случайно оставляете его в режиме вольтметра.Как измеритель повлияет на схему? Что бы произошло, если бы вы измеряли напряжение, но случайно перевели измеритель в режим амперметра?

3. Укажите точки, к которым вы можете подключить вольтметр для измерения следующих разностей потенциалов на Рисунке 10: (a) разность потенциалов источника напряжения; (b) разность потенциалов на R ₁ ; (c) по R ₂ ; (г) по R ₃ ; (e) по R ₂ и R ₃ .Обратите внимание, что на каждую часть может быть несколько ответов.

Рисунок 10.

4. Чтобы измерить токи на Рисунке 10, вы замените провод между двумя точками на амперметр. Укажите точки, между которыми вы разместите амперметр, чтобы измерить следующее: (a) общий ток; (б) ток, протекающий через R ₁ ; (c) через R ₂ ; (d) через R ₃ . Обратите внимание, что на каждую часть может быть несколько ответов.

Задачи и упражнения

1. Какова чувствительность гальванометра (то есть, какой ток дает полное отклонение) внутри вольтметра с сопротивлением 1,00 МОм на шкале 30,0 В?

2. Какова чувствительность гальванометра (то есть какой ток дает полное отклонение) внутри вольтметра с сопротивлением 25,0 кОм на шкале 100 В?

3. Найдите сопротивление, которое необходимо включить последовательно с гальванометром на 25,0 Ом, имеющим 50.Чувствительность 0 мкА (такая же, как у обсуждаемой в тексте), позволяющая использовать его в качестве вольтметра с показаниями полной шкалы 0,100 В.

4. Найдите сопротивление, которое должно быть подключено последовательно с гальванометром 25,0 Ом с чувствительностью 50,0 мкА (такой же, как тот, который обсуждается в тексте), чтобы его можно было использовать в качестве вольтметра с полным напряжением 3000 В. шкала чтения. Включите принципиальную схему в свое решение.

5. Найдите сопротивление, которое нужно поставить параллельно 25.Гальванометр с сопротивлением 0 Ом, имеющий чувствительность 50,0 мкА (такую ​​же, как тот, который обсуждается в тексте), что позволяет использовать его в качестве амперметра с показаниями полной шкалы 10,0 А. Включите принципиальную схему в свое решение.

6. Найдите сопротивление, которое должно быть подключено параллельно гальванометру 25,0 Ом с чувствительностью 50,0 мкА (такой же, как тот, который обсуждается в тексте), чтобы его можно было использовать в качестве амперметра с полным током 300 мА. шкала чтения.

7. Найдите сопротивление, которое нужно поставить последовательно с 10.Гальванометр с сопротивлением 0 Ом, имеющий чувствительность 100 мкА, позволяющий использовать его в качестве вольтметра с: (а) показаниями полной шкалы 300 В и (b) показаниями полной шкалы 0,300 В.

8. Найдите сопротивление, которое должно быть подключено параллельно гальванометру 10,0 Ом, имеющему чувствительность 100 мкА, чтобы его можно было использовать в качестве амперметра с: (a) показанием полной шкалы 20,0-A и (b ) показание полной шкалы 100 мА.

9. Предположим, вы измеряете напряжение на клеммах щелочного элемента 1,585 В с внутренним сопротивлением 0.100 Ом, поместив на его клеммы вольтметр 1,00 кОм. (См. Рис. 11.) (а) Какой ток течет? (b) Найдите напряжение на клеммах. (c) Чтобы увидеть, насколько близко измеренное напряжение на клеммах к ЭДС, рассчитайте их отношение.

Рисунок 11.

10. Предположим, вы измеряете напряжение на выводах литиевого элемента на 3.200 В, имеющего внутреннее сопротивление 5,00 Ом, поместив вольтметр на 1,00 кОм на его выводы. а) Какой ток течет? (b) Найдите напряжение на клеммах. (c) Чтобы увидеть, насколько близко измеренное напряжение на клеммах к ЭДС, рассчитайте их отношение.

11. Определенный амперметр имеет сопротивление 5,00 × 10 ⁻⁵ Ом по шкале 3,00 А и содержит гальванометр 10,0 Ом. Какая чувствительность у гальванометра?

12. Вольтметр на 1,00 МОм включается в цепь параллельно резистору 75,0 кОм. (а) Нарисуйте принципиальную схему подключения. б) Каково сопротивление комбинации? (c) Если напряжение на комбинации остается таким же, как на резисторе 75,0 кОм, каков процент увеличения тока? (d) Если ток через комбинацию остается таким же, как через 75.Только резистор 0 кОм, каков процент снижения напряжения? (e) Являются ли изменения, обнаруженные в частях (c) и (d), значительными? Обсуждать.

13. Амперметр 0,0200 Ом включается последовательно с резистором 10,00 Ом в цепь. (а) Нарисуйте принципиальную схему подключения. (b) Рассчитайте сопротивление комбинации. (c) Если напряжение в комбинации остается таким же, как и только через резистор 10,00 Ом, каков процент уменьшения тока? (d) Если ток остается таким же, как и через 10.Только резистор 00 Ом, каков процент увеличения напряжения? (e) Являются ли изменения, обнаруженные в частях (c) и (d), значительными? Обсуждать.

14. Необоснованные результаты Предположим, у вас есть гальванометр с сопротивлением 40,0 Ом и чувствительностью 25,0 мкА. (a) Какое сопротивление вы бы включили последовательно, чтобы его можно было использовать в качестве вольтметра с полным отклонением на 0,500 мВ? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какие допущения ответственны?

15. Необоснованные результаты (a) Какое сопротивление вы бы поставили параллельно с 40.Гальванометр 0 Ом с чувствительностью 25,0 мкА, позволяющий использовать его в качестве амперметра с полным отклонением 10,0 мкА? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какие допущения ответственны?

Глоссарий

вольтметр:

прибор для измерения напряжения

амперметр:

прибор для измерения силы тока

аналоговый счетчик:

измерительный прибор, дающий показания в виде движения стрелки над отмеченным датчиком

цифровой счетчик:

Измерительный прибор, выдающий показания в цифровом виде

гальванометр:

аналоговое измерительное устройство, обозначенное G, которое измеряет ток, используя отклонение стрелки, вызванное силой магнитного поля, действующей на токопроводящий провод

чувствительность по току:

максимальный ток, который может прочитать гальванометр

полное отклонение:

максимальное отклонение стрелки гальванометра, также известное как чувствительность по току; гальванометр с полным отклонением 50 мкА имеет максимальное отклонение стрелки при протекании через него 50 мкА

шунтирующее сопротивление:

малое сопротивление R , установленное параллельно гальванометру G для получения амперметра; чем больше измеряемый ток, тем меньше должно быть R ; большая часть тока, протекающего через счетчик, шунтируется через R для защиты гальванометра

Избранные решения проблем и упражнения

1.30 мкА

3. 1.98 кОм

5. 1,25 × 10 ⁻⁴ Ом

7. (а) 3,00 МОм (б) 2,99 кОм

9. (a) 1,58 мА (b) 1,5848 В (необходимо четыре цифры, чтобы увидеть разницу) (c) 0,99990 (необходимо пять цифр, чтобы увидеть разницу от единицы)

11. 15,0 мкА

12.

Рисунок 12.

(а)

(б) 10,02 Ом

(c) 0,9980, или 2,0 × 10 ^–1 % уменьшения

(d) 1,002, или 2,0 × 10 ^–1 % прирост

(e) Не имеет значения.

15. (a) −66,7 Ω (b) У вас не может быть отрицательного сопротивления. (c) Неразумно, что I _G больше, чем I _— (см. рисунок 5). Вы не можете добиться полного отклонения, используя ток, меньший, чем чувствительность гальванометра.

Что такое амперметр, вольтметр и гальванометр?

Гальванометр, амперметр и вольтметр. Руководство лаборатории физики NCERT Solutions Class 12 Physics Sample Papers. Гальванометр Гальванометр — это устройство (прибор), используемое для определения слабого электрического напряжения, токов в цепи.Он имеет катушку, повернутую (или подвешенную) между вогнутыми полюсными поверхностями прочного многослойного магнита для подковы.

Что такое амперметр, вольтметр и гальванометр? Ключевые моменты. Вольтметр подключается параллельно к устройству для измерения его напряжения, а амперметр подключается последовательно с устройством для измерения его тока. В основе большинства аналоговых счетчиков лежит гальванометр, прибор, который измеряет ток, используя движение или отклонение иглы.

Что измеряет гальванометр?

Гальванометр — электромеханический прибор для обнаружения и измерения электрического тока.Чаще всего гальванометры использовались в качестве аналоговых измерительных приборов, называемых амперметрами, для измерения постоянного тока (потока электрического заряда) через электрическую цепь.

Где используется гальванометр?

Гальванометр. Определение: гальванометр — это устройство, используемое для обнаружения наличия слабого тока и напряжения или для измерения их величины. Гальванометр в основном используется в мостах и ​​потенциометрах, где они показывают нулевое отклонение или нулевой ток.

Что такое цифровой амперметр?

Цифровой амперметр — это устройство, которое вставляется в цепь для измерения электрического тока в амперах (А). Некоторые модели работают от электричества, но большинство из них работает от батарей и может использоваться для измерений на открытом воздухе.

Гальванометр, амперметр и вольтметр

Гальванометр Амперметр Вольтметр Это прибор, используемый для определения протекания тока в цепи. Это инструмент, используемый для отображения силы тока в цепи.Это инструмент, используемый для отображения разности потенциалов в двух точках цепи. Он сообщает направление тока в цепи.

Амперметр — это любой прибор для измерения тока. Вольтметр — это любой прибор для измерения разности электрических потенциалов или ЭДС. Гальванометр — это особый тип аналогового амперметра, использующий индукцию в катушке для отклонения иглы от сопротивления пружины. Их часто использовали в качестве одного из компонентов при создании амперметров и вольтметров более широкого диапазона.

Вольтметр подключен параллельно к устройству для измерения его напряжения, а амперметр подключен последовательно к устройству для измерения его тока. В основе большинства аналоговых счетчиков лежит гальванометр, прибор, который измеряет ток, используя движение или отклонение иглы.

Говорят, что гальванометр можно преобразовать в амперметр, подключив сопротивление параллельно цепи. И если сопротивление подключено последовательно с гальванометром, то оно используется как вольтметр.Амперметр еще называют амперметром.

Гальванометр — очень чувствительный прибор для определения тока. Его легко превратить в амперметр и вольтметр. Гальванометр к амперметру. Амперметр — это прибор, используемый для измерения тока, протекающего в электрической цепи. Амперметр должен иметь низкое сопротивление, чтобы не изменять ток, проходящий через него. Таким образом, амперметр подключается последовательно для измерения тока в цепи.

Вольтметры и амперметры

Гальванометр и амперметр являются измерительными приборами.Амперметр — это реализация гальванометра, который также показывает точное значение тока, проходящего через него в небольших единицах. Часто задаваемые вопросы об амперметре и гальванометре: Q.1: Амперметр всегда следует подключать последовательно. Почему? Решение: Амперметр всегда следует подключать последовательно.

Амперметр — это измерительное устройство, используемое для измерения электрического тока в цепи. Вольтметр подключается параллельно к устройству для измерения его напряжения, а амперметр подключается последовательно с устройством для измерения его тока.

Амперметр — это электронное устройство, которое последовательно подключено к цепи для измерения тока, протекающего через него. Конструкция гальванометра такая же, как и у амперметра, с той лишь разницей, что амперметр имеет дополнительное сопротивление, подключенное параллельно цепи.

Разница между гальванометром и вольтметром Что он делает. Гальванометр — это устройство, которое перемещается под действием электрического тока. Вольтметр — это прибор, который используется для измерения разности потенциалов (напряжения) в электрических цепях.Как измерительный прибор. Гальванометр можно откалибровать для измерения тока и напряжения.

Гальванометр — очень чувствительный прибор, и его нельзя использовать при большой разнице потенциалов. Следовательно, гальванометр следует соответствующим образом модифицировать, чтобы преобразовать его в вольтметр, пригодный для измерения высоких напряжений.

Знайте о разнице между амперметром и гальванометром

Электрическая схема амперметра, гальванометра и вольтметра показана ниже: (i) Амперметр.⇒ R e q (A) = R s R G R G + R s. (i) Гальванометр. ⇒ R e q (G) = R G. (i i i) Вольтметр. ⇒ R e q (v) = R G + R V. Отсюда порядок сопротивлений. R e q (v)> R r e q (G)> R e q (A)

Амперметр имеет самое низкое сопротивление. Гальванометр преобразуется в амперметр с помощью подходящего шунта с низким сопротивлением, подключенного параллельно гальванометру. Следовательно, сопротивление амперметра меньше, чем у гальванометра. Вольтметр создается путем последовательного подключения подходящего высокого сопротивления к гальванометру.

Гальванометр преобразуется в амперметр путем параллельного подключения к низкоомному сопротивлению, называемому шунтирующим сопротивлением. Подходящее сопротивление шунта выбирается в зависимости от диапазона амперметра. В данной схеме

Отв. Амперметр и вольтметр В. 4. Какое сопротивление у идеального вольтметра и амперметра? Ответ Идеальный вольтметр имеет бесконечное сопротивление, а идеальный амперметр — нулевое сопротивление. В. 5. Как преобразовать гальванометр в вольтметр? Ответ Гальванометр-метр имеет сопротивление порядка 60 или 70, в то время как вольтметр имеет очень высокое сопротивление.

Гальванометр и амперметр являются устройствами для измерения тока. Основное различие между гальванометром и амперметром заключается в том, что гальванометр используется для измерения очень небольшого тока, а амперметр используется для измерения очень большого тока до 10 А. Теперь!

Переделка гальванометра в амперметр и вольтметр

Гальванометр — это устройство, которое измеряет или обнаруживает небольшие токи с соответствующей модификацией. Его можно преобразовать в амперметр для измерения токов порядка ампера или миллиметра или в диапазоне миллиампер или микроамперметра для измерения тока в микроампер.Я м а г е т о б е и д д е д С о н.

Гальванометр действует как идеальный амперметр, включенный последовательно с умеренно малым сопротивлением. Полномасштабное считывание потребует относительно небольшого количества тока; когда через счетчик протекает такой большой ток, на нем падает определенное количество напряжения.

преобразование гальванометра в амперметр, преобразование гальванометра в вольтметр. преобразование гальванометра в амперметр, преобразование гальванометра в вольтметр.

Гальванометр в амперметр: — Амперметр Гальванометр преобразуется в амперметр путем подключения параллельно гальванометру низкоомного резистора.Это низкое сопротивление называется шунтирующим сопротивлением S. Теперь шкала откалибрована в амперах, а диапазон амперметра зависит от значений шунтирующего сопротивления.

Это связано с тем, что в этом случае сам амперметр будет противодействовать протеканию тока. У кого больше сопротивления, у гальванометра, вольтметра или амперметра? Для вольтметра сопротивление должно быть бесконечным. А для амперметра он должен быть нулевым. Как в цепь включены вольтметр и амперметр? Ответ очень простой.

Разница между амперметром и гальванометром в физике

Гальванометр преобразуется в амперметр путем подключения параллельно гальванометру низкоомного резистора.Это низкое сопротивление называется шунтирующим сопротивлением S. Теперь шкала откалибрована в амперах, а диапазон амперметра зависит от значений шунтирующего сопротивления.

Вольтметр: это гальванометр с высоким сопротивлением, используемый для измерения потенциала. Преобразование гальванометра в амперметр и вольтметр PDF — преобразование гальванометра в амперметр и вольтметр.

Гальванометр против амперметра. Амперметр и гальванометр — два прибора, которые используются в области электронных и электрических измерений.Гальванометр — очень важный прибор, который используется для разработки других измерительных приборов. Он также используется для измерения электрических токов. Амперметр — это еще и прибор, который используется для измерения электрического тока.

Ответов: 1 на вопрос: ПОЖАЛУЙСТА, ПОМОГИТЕ! Гальванометр, используемый как амперметр и вольтметр. Гальванометр имеет полное отклонение шкалы для тока 2 мА. Катушка имеет сопротивление 100 2. Модифицируйте прибор, чтобы получить следующее. а) амперметр, способный измерять до 5 А.б) вольтметр, способный измерять 10 В.

Гальванометр можно превратить в амперметр, подключив параллельно гальванометру низкоомный шунт. Вольтметр — это устройство, используемое для измерения разности потенциалов между двумя точками в цепи.

Разница между гальванометром и вольтметром

Вольтметр: это устройство, используемое для измерения разности потенциалов, которое всегда подключается параллельно с «элементом схемы», на котором должна измеряться разность потенциалов. большое сопротивление R последовательно с гальванометром.

Поскольку гальванометр — очень чувствительный прибор, он не может измерять большие токи. Чтобы преобразовать гальванометр в амперметр, параллельно гальванометру подключается очень низкое сопротивление, известное как «шунтирующее» сопротивление.

Гальванометр можно преобразовать в вольтметр, подключив к нему последовательно высокое сопротивление. Шкала откалибрована в вольтах. Значение сопротивления, подключенного последовательно, определяет диапазон вольтметра. Сопротивление гальванометра = G.Сила тока, необходимая для производства полной шкалы.

Гальванометр — это разновидность чувствительного амперметра: прибор для определения электрического тока. Это аналоговый электромеханический привод, который производит вращательное отклонение указателя определенного типа в ответ на электрический ток, проходящий через его катушку в магнитном поле.

Вольтметр и амперметр. Задача: а) преобразовать гальванометр в вольтметр, показывающий напряжение до вольт, и откалибровать его. б) преобразовать гальванометр в. Максимальный ток, который может измерить произведенный амперметр, составляет, скажем, I, а сопротивление шунта — Rs.

Вам выдаются амперметр, гальванометр и вольтметр. Fr

Амперметр. Вольтметр. Это гальванометр с подвижной катушкой с шунтом, то есть низким сопротивлением, включенным последовательно с катушкой. Это гальванометр с подвижной катушкой, сопротивление которого параллельно катушке имеет высокое сопротивление. Его сопротивление низкое. Его стойкость очень высока. Он включен последовательно со схемой.

а. Чтобы использовать M.C.G в качестве вольтметра, его сопротивление следует увеличить до желаемого значения и предусмотреть устройство для измерения большой разности потенциалов.Это достигается последовательным подключением высокого сопротивления к M.C.G. б. Пусть «G» — сопротивление катушки гальванометра, а «Ig» — максимальный ток

. Гальванометр

имеет умеренное сопротивление, в то время как идеальный амперметр должен иметь нулевое сопротивление, следовательно, сопротивление амперметра очень мало. Изучите дополнительную информацию: Разница между амперметром и вольтметром

Гальванометр можно преобразовать в амперметр и вольтметр для измерения тока и напряжения соответственно.Гальванометр Д’Арсонваля — самый популярный и широко используемый гальванометр для определения токов / напряжений, а также для целей измерения.

Гальванометр как амперметр / вольтметр — Гальванометр как амперметр / вольтметр Galvanometer_diagram.svg Использование правила правой руки Сила F разрабатывается, в то время как плотность потока B от постоянного магнита вместе с | Презентация PowerPoint PPT | бесплатно для просмотра.

Измерительные приборы: амперметр, вольтметр, омметр.

Гальванометр преобразуется в вольтметр путем последовательного подключения к нему резистора R с высоким сопротивлением.Гальванометр превращается в амперметр, если параллельно ему подключать небольшое сопротивление (называемое шунтом). Сопротивление вольтметра, R V = G + R. Сопротивление амперметра, \ (R_A = \ frac {Gr_s} {G + r_s} \)

Преобразование гальванометра в амперметр. При параллельном подключении гальванометра к низкоомному сопротивлению, известному как шунтирующее сопротивление, гальванометр можно преобразовать в амперметр. В зависимости от диапазона амперметра выбирается подходящее сопротивление шунта.

Объясните, почему вольтметр нужно подключать параллельно цепи.Нарисуйте схему, показывающую правильно включенный в цепь амперметр. Опишите, как гальванометр можно использовать как вольтметр или амперметр. Найдите сопротивление, которое необходимо подключить последовательно с гальванометром, чтобы его можно было использовать в качестве вольтметра с заданными показаниями.

Вольтметр: это гальванометр с высоким сопротивлением, используемый для измерения потенциала. Преобразование гальванометра в вольтметр и амперметр. 1. ИНСТРУМЕНТЫ КАМАЛЬДЖИТА. Эксперимент С. ГАЛЬВАНОМЕТР И ЕГО. КОНВЕРСИЯ. Вольтметр и амперметр.Задача: а) преобразовать гальванометр в вольтметр, показывающий напряжение до вольт, и откалибровать его.

Подготовка домашнего задания 3.1. Что такое ВОМ? 3.2. Что такое гальванометр и для чего мы его используем? 3.3. Что такое амперметр и для чего мы его используем? 3.4. Что такое вольтметр и для чего мы его используем? ГЛАВА 18 51 3.5. Какое внутреннее сопротивление у амперметра? Высокий или низкий 3.6.

Viva Voce от гальванометра к амперметру или вольтметру

Гальванометр. Амперметр. Гальванометр — это один из видов инструментов, используемых для определения направления и силы тока в цепи.Амперметр используется для определения величины протекающего в цепи тока. Это электромеханическое устройство: это механический или электрический инструмент. Гальванометр использует магнитное поле

Переделка гальванометра в амперметр и вольтметр. Вольтметр: это гальванометр с высоким сопротивлением, используемый для измерения потенциала. Преобразование гальванометра в вольтметр и амперметр. 1. ИНСТРУМЕНТЫ КАМАЛЬДЖИТА. Эксперимент С. ГАЛЬВАНОМЕТР И ЕГО. КОНВЕРСИЯ. Вольтметр и амперметр.

Гальванометр с подвижной катушкой имеет сопротивление 200 и дает полное отклонение при токе 10 мА. Объясните, как преобразовать его в (i) показания амперметра до 1 А, (ii) показания вольтметра до 10 В. Также вычислите сопротивление сформированных таким образом амперметра и вольтметра.

Основные сходства и различия между вольтметром и амперметром обсуждаются в следующих разделах. Сходства между вольтметром и амперметром. Вольтметр и амперметр являются электрическими приборами, и для отображения показаний требуется электричество, а также полная электрическая цепь.Гальванометр можно преобразовать в любой из них.

Гальванометр. Гальванометр также можно превратить в амперметр. Он используется для измерения больших токов. Когда это устройство используется для измерения напряжения, гальванометр превращается в вольтметр, подключенный параллельно области, которую он измеряет.

Разница между гальванометром и амперметром в табличной форме

В баллистическом гальванометре момент затухания практически равен нулю. По этой причине его называют баллистическим гальванометром.Его можно использовать как амперметр или вольтметр. Что такое баллистический гальванометр? Баллистический гальванометр — это измеритель тока с нулевым демпфирующим моментом. Его также называют гальванометром без трения и демпфирования.

Процедура симулятора

(выполняемая в интерактивных лабораториях): выберите диапазон амперметра (I) из раскрывающегося списка. Выберите сопротивление гальванометра (G) из раскрывающегося списка. Выберите диапазон гальванометра (n-общее количество делений на гальванометре) из раскрывающегося списка.Напряжение на ячейке установлено равным 2 В.

Гальванометр можно превратить в вольтметр определенного диапазона, подключив к нему последовательно сопротивление. Когда сопротивление подключено последовательно, диапазон уменьшается вдвое. Найдите сопротивление гальванометра. 12012360. 110,3 тыс. +.

Гальванометр Амперметр Показатель качества Шунтирующее сопротивление Как гальванометр можно преобразовать в амперметр. Преобразование гальванометра в амперметр Задайте вопрос. Для амперметра, рассчитанного на oc A, максимальное значение Ig будет достигнуто только при пропускании через амперметр 1 А.Опубликовать как гость Имя. cohversion

Что произойдет, если перевернуть амперметр? Амперметр всегда должен быть подключен правильно, так, чтобы ток входил с отрицательной стороны и выходил с положительной стороны, но если это соединение поменять местами, амперметр имеет очень низкое сопротивление и может вытягивать большой ток из источника напряжения.

Преобразование гальванометра в амперметр и вольтметр?

Обратите внимание, что какой бы ток ни протекал в измеряемой цепи, он всегда будет делиться 3: 1 из-за соотношения сопротивлений шунта и гальванометра.Если нам нужно измерить токи, в 100 раз превышающие максимальный рейтинг гальванометра, тогда нам понадобится шунт R S = 1 99 R G, чтобы отвести 99% тока от гальванометра.

Связанные

3 ловушки, которых следует избегать при измерении сопротивления.

Практические инструкции

Резюме

Различные условия испытаний могут по-разному влиять на измерения сопротивления. В этой статье мы обсудим некоторые распространенные ошибки, которые приводят к ошибкам измерения сопротивления, и способы их устранения.

Описание

Измеритель сопротивления обычно работает, пропуская небольшой точный ток через измеряемое сопротивление. Затем он измеряет падение напряжения. Как только измеритель знает ток и напряжение, он применяет закон Ома для определения сопротивления. Закон Ома гласит, что сопротивление — это напряжение, деленное на ток, или R = V / I .

Например, если через резистор проходит ток 10 мА (0,01 А) и на резисторе наблюдается падение напряжения на 1 В, то сопротивление резистора R = V / I = 1 В / 0.01 А = 100 Ом.

Различные условия испытаний могут по-разному влиять на измерения сопротивления. В этой статье мы обсудим некоторые распространенные ошибки, которые приводят к ошибкам измерения сопротивления, и способы их устранения.

Ловушка 1. Влияние температуры на сопротивление

Из уравнения R = V / I вы можете подумать, что точное измерение сопротивления на образце материала тривиально, но на самом деле это может быть неверно.Причина этого в том, что удельное сопротивление всех материалов зависит от температуры. Когда вы пытаетесь измерить сопротивление образца, вы неизбежно в какой-то степени нагреваете его. Это называется эффектом саморазогрева Джоуля.

Самонагревание

Джоуля делает измерения сопротивления сложным балансом между двумя факторами:

1. Чтобы резистор не нагревался и значение сопротивления не изменялось, необходимо поддерживать низкий ток (= мощность).

2.Малые токи означают, что нам нужно измерять меньшие напряжения, что, в свою очередь, требует более высокого разрешения измерения напряжения.

	V = I x R (T) Сопротивление зависит от температуры!

Какую мощность я могу применить к конструкции?

После понимания влияния температуры на измерение сопротивления, как установить взаимосвязь между температурой и сопротивлением? Мы только что узнали, что изменение температуры прямо пропорционально мощности, подаваемой на ИУ.Мы также знаем, что мощность = напряжение x ток. Выражение напряжения на резисторе через приложенную мощность и сопротивление показано в уравнении ниже.

Чтобы определить максимальную мощность, которую мы можем применить к конструкции без изменения ее сопротивления, нам нужно кое-что знать о ее тепловых характеристиках. Давайте посмотрим на пример меди. Мы знаем, что сопротивление меди изменяется примерно на 0,35% на каждый градус Цельсия при изменении температуры.Для образца размером 10 мм на 10 мм и допуска сопротивления 0,1% мы видим, что максимально допустимая мощность составляет около 0,04 мВт:

Подставляя это обратно в верхнее уравнение, мы видим, что такое количество мощности создает изменение напряжения примерно на один микровольт, что примерно говорит нам, какое разрешение измерения напряжения должно иметь прибор.

	Требуется разрешение измерения напряжения 1 мВ!

Ловушка 2.Термо-ЭДС в измерении сопротивления

Еще один фактор, который следует учитывать при проведении любого типа измерения (не только измерения сопротивления), — это термоэлектродвижущая сила (или ЭДС). Термо-ЭДС — это импульс переходного напряжения, который генерируется при размыкании или замыкании герконового реле. Поскольку практически все SMU используют герконовые реле, эффекты термо-ЭДС — это то, что необходимо учитывать при проведении чувствительных измерений низкого уровня.

Изображение, показанное на Рисунке 1, представляет собой схему реле коммерческого класса.Это НЕ характерно для реле, используемых в SMU, которые специально разработаны для минимизации ЭДС. Мы видим, что термо-ЭДС генерируется в течение периода времени, когда реле работает. Эта ЭДС может оказать значительное влияние на измерения низкого сопротивления; это исказит измеренное значение сопротивления.

Рис. 1. Пример термо-ЭДС обычного герконового реле.

Теперь давайте посмотрим, как выполнить модифицированное измерение Кельвина, которое может устранить эффекты термо-ЭДС, а также влияние любых напряжений смещения в вашей схеме.На рисунке 2 показано изображение стандартного измерения Кельвина на резисторе R с ЭДС и напряжениями смещения, смоделированными как источники напряжения.

Рис. 2. Модифицированное измерение сопротивления Кельвина.

Сначала настройте один SMU в качестве источника тока и источника тока через резистор, который вы хотите измерить. Затем используйте другой измерительный источник (вольтметр или дополнительный SMU), чтобы измерить напряжение на резисторе.После расчета сопротивления измените направление тока на противоположное и повторите измерение. Затем возьмите два измеренных вами значения сопротивления и усредните их.

Если вы проверите это, просмотрев уравнения KVL и KCL для этой схемы, вы увидите, что при двойном измерении как положительного, так и отрицательного тока, ЭДС и напряжения смещения компенсируются. Конечно, при проведении этого измерения вам также необходимо убедиться, что вы не прикладываете слишком большую мощность к резистору, чтобы тепловые эффекты не влияли на его значение сопротивления.

Ловушка 3. Измерения в плавающем и заземленном состоянии

В электрических цепях напряжение всегда измеряется между двумя точками: точкой с высоким потенциалом и точкой с низким или нулевым потенциалом.

Термин «контрольная точка» обозначает точку с низким потенциалом, потому что это точка, к которой относится напряжение. Плавающее измерение — это дифференциальное измерение, которое не привязано к земле (нулевой потенциал).Это может вызвать беспокойство, если кто-то по ошибке выполняет плавающее измерение, ожидая измерения на земле.

Давайте рассмотрим контрмеры для решения этой проблемы. Как видно из рисунка 3 ниже, конфигурация электрометра Keysight B2980A для этих двух случаев существенно различается.

Если вы плаваете свое ИУ относительно заземления (например, в верхнем левом углу рисунка 3), вы можете измерить сопротивление между клеммой высокого и низкого уровня.Паразитные сопротивления и емкости могут обеспечить «незаметный путь» к земле со стороны низкого напряжения. Вы можете уменьшить ошибки измерения, подключив отрицательную клемму источника Vs к клемме низкого уровня. Таким образом, амперметр и клемма низкого уровня тестируемого устройства имеют «общую» контрольную точку.

В нижнем левом углу показана принципиальная схема, соответствующая измерению с плавающим устройством. Тестовое устройство подключается между положительным выходом V _S и входом амперметра.Поскольку амперметр измеряет очень малые токи и очень чувствителен к шумам, его следует измерять близко к потенциалу земли, чтобы экранировать тестовое устройство для получения лучших результатов измерения.

В правом верхнем углу вы можете увидеть случай, когда ИУ заземлено. Поскольку сторона низкого напряжения заземлена, приложенное испытательное напряжение и измерение тока должны происходить на клемме высокого уровня тестируемого устройства. В правом нижнем углу показана принципиальная схема, соответствующая измерению с заземленным устройством.В этой конфигурации амперметр подключен к положительному выходу V _S , поскольку устройство заземлено с одной стороны.

Ни одна из этих конфигураций не обязательно «лучше», чем другая, и вы можете получить хорошие результаты измерения высокого сопротивления, используя любую из них.

Рис. 3. Измерение в плавающем и заземленном состоянии.

Заключение

Температура, термо-ЭДС и плавающее измерение влияют на ваши измерения сопротивления.Узнав больше об этих воздействиях, вы сможете получить более точные измерения в своей работе. Для получения дополнительных советов, связанных с измерением сопротивления, загрузите заметку по приложению «Измерение сопротивления».

Приспособления

Замечания по применению для измерения сопротивления

% PDF-1.4 % 437 0 obj> эндобдж xref 437 279 0000000016 00000 н. 0000015539 00000 п. 0000005876 00000 н. 0000015637 00000 п. 0000015680 00000 п. 0000015813 00000 п. 0000015974 00000 п. 0000016314 00000 п. 0000016614 00000 п. 0000016928 00000 п. 0000017252 00000 п. 0000017552 00000 п. 0000017838 00000 п. 0000018040 00000 п. 0000018196 00000 п. 0000018554 00000 п. 0000018837 00000 п. 0000019158 00000 п. 0000019410 00000 п. 0000019648 00000 п. 0000019934 00000 п. 0000020131 00000 п. 0000020461 00000 п. 0000020735 00000 п. 0000020917 00000 п. 0000021150 00000 п. 0000021365 00000 п. 0000021620 00000 н. 0000021850 00000 п. 0000022217 00000 п. 0000022452 00000 п. 0000022677 00000 п. 0000023122 00000 п. 0000023419 00000 п. 0000023874 00000 п. 0000024331 00000 п. 0000024498 00000 п. 0000024826 00000 п. 0000025419 00000 п. 0000025461 00000 п. 0000025782 00000 п. 0000026065 00000 п. 0000026298 00000 н. 0000026578 00000 п. 0000026862 00000 н. 0000027060 00000 п. 0000027243 00000 п. 0000027605 00000 п. 0000027881 00000 п. 0000028204 00000 п. 0000028381 00000 п. 0000028788 00000 п. 0000029073 00000 п. 0000029371 00000 п. 0000029647 00000 п. 0000029898 00000 н. 0000030109 00000 п. 0000030319 00000 п. 0000030555 00000 п. 0000030839 00000 п. 0000031120 00000 п. 0000031394 00000 п. 0000031615 00000 п. 0000031865 00000 п. 0000032113 00000 п. 0000032481 00000 п. 0000032955 00000 п. 0000033136 00000 п. 0000033377 00000 п. 0000033673 00000 п. 0000034122 00000 п. 0000034366 00000 п. 0000034559 00000 п. 0000034718 00000 п. 0000034977 00000 п. 0000035312 00000 п. 0000035754 00000 п. 0000035927 00000 н. 0000036248 00000 п. 0000037248 00000 п. 0000037531 00000 п. 0000037633 00000 п. 0000037920 00000 п. 0000038197 00000 п. 0000038531 00000 п. 0000038812 00000 п. 0000039183 00000 п. 0000039412 00000 п. 0000039702 00000 п. 0000039864 00000 н. 0000040155 00000 п. 0000040500 00000 н. 0000040793 00000 п. 0000041109 00000 п. 0000041407 00000 п. 0000041743 00000 п. 0000042076 00000 п. 0000042370 00000 п. 0000042723 00000 п. 0000043058 00000 п. 0000043291 00000 п. 0000043647 00000 п. 0000043997 00000 п. 0000044159 00000 п. 0000044423 00000 п. 0000044598 00000 п. 0000044800 00000 п. 0000045130 00000 п. 0000045339 00000 п. 0000045717 00000 п. 0000046013 00000 п. 0000046193 00000 п. 0000046453 00000 п. 0000046699 00000 н. 0000046954 00000 п. 0000047215 00000 п. 0000047445 00000 п. 0000047771 00000 п. 0000048071 00000 п. 0000048467 00000 п. 0000048772 00000 п. 0000049195 00000 п. 0000049441 00000 п. 0000049764 00000 н. 0000049946 00000 н. 0000050264 00000 п. 0000050660 00000 п. 0000050996 00000 н. 0000051354 00000 п. 0000051694 00000 п. 0000052079 00000 п. 0000052461 00000 п. 0000052775 00000 п. 0000053039 00000 п. 0000053369 00000 п. 0000053728 00000 п. 0000054421 00000 п. 0000054463 00000 п. 0000054651 00000 п. 0000054978 00000 п. 0000055223 00000 п. 0000055533 00000 п. 0000055832 00000 п. 0000056009 00000 п. 0000056319 00000 п. 0000056684 00000 п. 0000057005 00000 п. 0000057287 00000 п. 0000057662 00000 п. 0000058001 00000 п. 0000058349 00000 п. 0000058730 00000 п. 0000059076 00000 п. 0000059397 00000 п. 0000059609 00000 п. 0000060002 00000 п. 0000060262 00000 п. 0000060584 00000 п. 0000060807 00000 п. 0000061248 00000 п. 0000061569 00000 п. 0000061754 00000 п. 0000062034 00000 п. 0000062288 00000 п. 0000062563 00000 п. 0000062839 00000 п. 0000063328 00000 п. 0000063605 00000 п. 0000063852 00000 п. 0000064213 00000 п. 0000064554 00000 п. 0000064994 00000 н. 0000065330 00000 п. 0000065597 00000 п. 0000065963 00000 п. 0000066423 00000 п. 0000066795 00000 п. 0000067193 00000 п. 0000067561 00000 п. 0000067984 00000 п. 0000068428 00000 п. 0000068776 00000 п. 0000069257 00000 п. 0000069640 00000 п. 0000070167 00000 п. 0000070209 00000 п. 0000070613 00000 п. 0000070819 00000 п. 0000071183 00000 п. 0000071447 00000 п. 0000071786 00000 п. 0000072118 00000 п. 0000072318 00000 п. 0000072659 00000 п. 0000073074 00000 п. 0000073709 00000 п. 0000074075 00000 п. 0000074362 00000 п. 0000074660 00000 п. 0000075103 00000 п. 0000075582 00000 п. 0000075798 00000 п. 0000076164 00000 п. 0000076594 00000 п. 0000076975 00000 п. 0000077362 00000 п. 0000077782 00000 п. 0000078093 00000 п. 0000078449 00000 п. 0000080851 00000 п. 0000081010 00000 п. 0000081335 00000 п. 0000081648 00000 н. 0000082026 00000 п. 0000082310 00000 п. 0000082622 00000 п. 0000082934 00000 п. 0000083253 00000 п. 0000083519 00000 п. 0000083782 00000 п. 0000084127 00000 п. 0000084457 00000 п. 0000084779 00000 п. 0000085102 00000 п. 0000085264 00000 п. 0000085474 00000 п. 0000085866 00000 п. 0000086168 00000 п. 0000086456 00000 п. 0000086704 00000 п. 0000087165 00000 п. 0000087471 00000 п. 0000087513 00000 п. 0000087683 00000 п. 0000088019 00000 п. 0000088325 00000 п. 0000088601 00000 п. 0000088837 00000 п. 0000089193 00000 п. 0000089491 00000 п. 0000089871 00000 п. 00000 _{00000 п. 00000}

00000 п. 00000 00000 н. 00000

00000 п. 0000091572 00000 н. 0000091858 00000 п. 0000092197 00000 п. 0000092504 00000 п. 0000092838 00000 п. 0000093134 00000 п. 0000093411 00000 п. 0000093767 00000 п. 0000094019 00000 п. 0000094148 00000 п. 0000094190 00000 п. 0000094306 00000 п. 0000094699 00000 н. 0000095085 00000 п. 0000095573 00000 п. 0000095995 00000 п. 0000096476 00000 п. 0000096877 00000 п. 0000097212 00000 п. 0000097520 00000 п. 0000097936 00000 н. 0000098177 00000 п. 0000098674 00000 п. 0000099025 00000 н. 0000099215 00000 н. 0000099511 00000 н. 0000099790 00000 н. 0000100084 00000 н. 0000100385 00000 н. 0000100936 00000 н. 0000101232 00000 н. 0000101489 00000 н. 0000101899 00000 н. 0000102289 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 439 0 obj> поток х \ Х ֞ rnEiEϐ РжА))) 뜟 ԙa ^ Ͻyx, g {}

4.10 Вольтметры и амперметры постоянного тока — Douglas College Physics 1207

Сводка

• Объясните, почему вольтметр нужно подключать параллельно цепи.
• Нарисуйте схему, показывающую правильно подключенный амперметр в цепь.
• Опишите, как гальванометр можно использовать как вольтметр или амперметр.
• Найдите сопротивление, которое необходимо подключить последовательно с гальванометром, чтобы его можно было использовать в качестве вольтметра с заданными показаниями.
• Объясните, почему измерение напряжения или тока в цепи никогда не может быть точным.

Вольтметры измеряют напряжение, а амперметры измеряют ток. Некоторые измерители в автомобильных приборных панелях, цифровых камерах, сотовых телефонах и тюнерах-усилителях являются вольтметрами или амперметрами. (См. Рис. 1.) Внутренняя конструкция простейшего из этих счетчиков и то, как они подключены к системе, которую они контролируют, позволяют лучше понять применение последовательного и параллельного подключения.

Рисунок 1. Датчики топлива и температуры (крайний правый и крайний левый, соответственно) в этом Volkswagen 1996 года представляют собой вольтметры, которые регистрируют выходное напряжение «передающих» устройств, которое, как мы надеемся, пропорционально количеству бензина в баке и температура двигателя.(Фото: Christian Giersing)

Вольтметры подключаются параллельно к любому устройству, которое необходимо измерить. Параллельное соединение используется потому, что параллельные объекты испытывают одинаковую разность потенциалов. (См. Рисунок 2, где вольтметр обозначен символом V.)

Амперметры подключаются последовательно к любому измеряемому току устройства. Последовательное соединение используется потому, что последовательно соединенные объекты имеют одинаковый ток, проходящий через них. (См. Рисунок 3, где амперметр обозначен символом A.)

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 напрямую к ЭДС без учета его внутреннего сопротивления, r . (b) Используемый цифровой вольтметр. (предоставлено Messtechniker, Wikimedia Commons) Рис. 3. Амперметр (A) включен последовательно для измерения тока.Весь ток в этой цепи протекает через счетчик. Амперметр будет иметь такие же показания, если он расположен между точками d и e или между точками f и a, как и в показанном положении. (Обратите внимание, что заглавная буква E обозначает ЭДС, а r обозначает внутреннее сопротивление источника разности потенциалов.)

Аналоговые счетчики имеют стрелку, которая поворачивается, чтобы указывать на числа на шкале, в отличие от цифровых счетчиков , которые имеют числовые показания, подобные портативному калькулятору.Сердцем большинства аналоговых счетчиков является устройство под названием гальванометр , обозначенное буквой G. Ток, протекающий через гальванометр, I _G , вызывает пропорциональное отклонение стрелки. (Это отклонение происходит из-за силы магнитного поля на провод с током.)

Двумя важнейшими характеристиками данного гальванометра являются его сопротивление и чувствительность по току. Чувствительность по току — это ток, который дает полного отклонения стрелки гальванометра. — максимальный ток, который может измерить прибор.Например, гальванометр с токовой чувствительностью 50 мкА имеет максимальное отклонение стрелки при прохождении через него 50 мкА , считывает половину шкалы, когда через него протекает 25 мкА и т. Д.

Если такой гальванометр имеет сопротивление 25 Ом, то только напряжение V = IR = ( 50 мкА ) (25 Ом) = 1,25 мВ дает показания полной шкалы. Подключив 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 рисунке 4 показано, как гальванометр можно использовать в качестве вольтметра, подключив его последовательно с большим сопротивлением, R Значение сопротивления R определяется максимальным измеряемым напряжением. Предположим, вам нужно 10 В для полного отклонения вольтметра, содержащего гальванометр 25 Ом с чувствительностью 50 мкА, . Тогда напряжение 10 В, приложенное к измерителю, должно давать ток 50 мкА .Общее сопротивление должно быть

.

R настолько велик, что сопротивление гальванометра, r , почти ничтожно.) Обратите внимание, что 5 В, приложенное к этому вольтметру, вызывает отклонение на половину шкалы, создавая ток 25 мкА через измеритель, и поэтому Показание вольтметра пропорционально желаемому напряжению.

Этот вольтметр не годится для напряжений менее примерно половины вольта, потому что отклонение измерителя будет небольшим и его трудно будет точно прочитать.Для других диапазонов напряжения другие сопротивления устанавливаются последовательно с гальванометром. У многих метров есть выбор шкалы. Этот выбор включает последовательное включение соответствующего сопротивления с гальванометром.

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

как амперметр

Тот же гальванометр можно превратить в амперметр, разместив его параллельно с небольшим сопротивлением R , которое часто называют шунтирующим сопротивлением , как показано на рисунке 5. Поскольку сопротивление шунта невелико, большая часть тока проходит. через него, позволяя амперметру измерять токи, намного превышающие токи, вызывающие полное отклонение гальванометра.

Предположим, например, что необходим амперметр, который дает полное отклонение для 1,0 А и содержит тот же гальванометр 25 мкА с его чувствительностью 50 мкА . Поскольку R и R включены параллельно, напряжение на них одинаковое.

Эти IR капли имеют размер IR = I _g r , так что. Решив для R и отметив, что I _G равно 50 мкА и I равно 0.999950 А, у нас

Рисунок 5. Небольшое шунтирующее сопротивление R , помещенное параллельно гальванометру G, дает амперметр, отклонение которого на полную шкалу зависит от выбора R . Чем больше измеряемый ток, тем меньше должно быть R . Большая часть тока ( I ), протекающего через счетчик, шунтируется через R для защиты гальванометра.(Обратите внимание, что r представляет внутреннее сопротивление гальванометра.) Амперметры также могут иметь несколько шкал для большей гибкости в применении. Различные шкалы достигаются путем переключения различных шунтирующих сопротивлений параллельно гальванометру — 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 схему, но полезно изучить обстоятельства, при которых они влияют или не влияют.

Сначала рассмотрим вольтметр, который всегда размещается параллельно с измеряемым устройством. Через вольтметр протекает очень небольшой ток, если его сопротивление на несколько порядков больше, чем сопротивление устройства, и поэтому на цепь это не оказывает заметного влияния. (См. Рисунок 6 (a).) (Большое сопротивление, параллельное малому, имеет суммарное сопротивление, по существу равное малому.) Если, однако, сопротивление вольтметра сопоставимо с сопротивлением измеряемого устройства, то два параллельно подключенных устройства имеют меньшее сопротивление, что существенно влияет на цепь. (См. Рисунок 6 (b).) Напряжение на устройстве не такое, как при отключении вольтметра от цепи.

Рис. 6. (a) Вольтметр, имеющий сопротивление намного больше, чем устройство ( R _Voltmeter >> R ), с которым он подключен параллельно, создает параллельное сопротивление, по существу такое же, как и устройство, и не оказывает заметного влияния измеряемая цепь.(b) Здесь вольтметр имеет такое же сопротивление, как и устройство ( R, _Voltmeter, , R ), так что параллельное сопротивление составляет половину от того, которое есть, когда вольтметр не подключен. Это пример значительного изменения схемы, которого следует избегать.

Амперметр подключается последовательно к ветви измеряемой цепи, так что его сопротивление добавляется к этой ветви. Обычно сопротивление амперметра очень мало по сравнению с сопротивлениями устройств в цепи, поэтому дополнительное сопротивление незначительно.(См. Рисунок 7 (a).) Однако, если задействованы очень малые сопротивления нагрузки или если сопротивление амперметра не такое низкое, как должно быть, то общее последовательное сопротивление значительно больше, а ток в ветви измеряется уменьшается. (См. Рисунок 7 (b).)

Практическая проблема может возникнуть, если амперметр подключен неправильно. Если его подключить параллельно с резистором для измерения тока в нем, вы можете повредить счетчик; низкое сопротивление амперметра позволит большей части тока в цепи проходить через гальванометр, и этот ток будет больше, поскольку эффективное сопротивление меньше.

Рис. 7. (a) Амперметр обычно имеет такое маленькое сопротивление, что общее последовательное сопротивление в измеряемой ветви существенно не увеличивается. Схема практически не изменилась по сравнению с отсутствием амперметра. (b) Здесь сопротивление амперметра такое же, как сопротивление ветви, так что общее сопротивление удваивается, а ток вдвое меньше, чем без амперметра. Этого существенного изменения схемы следует избегать.

Одним из решений проблемы вольтметров и амперметров, мешающих измеряемым цепям, 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, которые делают измерения с точностью до нескольких процентов. Обратите внимание, что неточность возникает из-за изменения схемы, а не из-за неисправности счетчика.

Связи: границы знаний

Выполнение измерения изменяет измеряемую систему таким образом, что приводит к погрешности измерения.Для макроскопических систем, таких как схемы, обсуждаемые в этом модуле, изменение обычно можно сделать пренебрежимо малым, но полностью исключить его нельзя. Для субмикроскопических систем, таких как атомы, ядра и более мелкие частицы, измерение изменяет систему таким образом, что невозможно сделать сколь угодно малым. Это фактически ограничивает знание системы — даже ограничивает то, что природа может знать о самой себе. Мы увидим глубокие последствия этого, когда принцип неопределенности Гейзенберга будет обсуждаться в модулях по квантовой механике.

Существует еще один метод измерения, основанный на полном отсутствии тока и, следовательно, без изменения схемы. Они называются нулевыми измерениями и рассматриваются в главе 21.5 «Нулевые измерения». Цифровые измерители, использующие твердотельную электронику и нулевые измерения, могут достигать точности одной части 10 ⁶ .

Проверьте свое понимание

1: Цифровые счетчики способны обнаруживать меньшие токи, чем аналоговые счетчики, использующие гальванометры.Как это объясняет их способность измерять напряжение и ток более точно, чем аналоговые измерители?

Исследования PhET: комплект для конструирования цепей (только для постоянного тока), виртуальная лаборатория

Стимулируйте нейрон и следите за тем, что происходит. Сделайте паузу, перемотайте назад и двигайтесь вперед во времени, чтобы наблюдать за перемещением ионов через мембрану нейрона. Прямая ссылка: https://phet.colorado.edu/sims/html/circuit-construction-kit-dc/latest/circuit-construction-kit-dc_en.html

.

Рисунок 8. Circuit Construction Kit (только для постоянного тока), виртуальная лаборатория

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

Концептуальные вопросы

1: Почему не следует подключать амперметр непосредственно к источнику напряжения, как показано на рисунке 9? (Обратите внимание, что скрипт E на рисунке означает ЭДС.)

Рис. 9.

2: Предположим, вы используете мультиметр (предназначенный для измерения диапазона напряжений, токов и сопротивлений) для измерения тока в цепи и случайно оставляете его в режиме вольтметра.Как измеритель повлияет на схему? Что бы произошло, если бы вы измеряли напряжение, но случайно перевели измеритель в режим амперметра?

3: Укажите точки, к которым можно подключить вольтметр для измерения следующих разностей потенциалов на Рисунке 10: (a) разность потенциалов источника напряжения; (b) разность потенциалов на R ₁ ; (c) по R ₂ ; (d) по R ₃ ; (e) по R ₂ и ₃ R.Обратите внимание, что на каждую часть может быть несколько ответов.

Рисунок 10.

4: Для измерения токов на рисунке 10 вы замените провод между двумя точками на амперметр. Укажите точки, между которыми вы разместите амперметр, чтобы измерить следующее: (a) общий ток; (б) ток, протекающий через R ₁ ; (c) через R ₂ ; (d) через R ₃ . Обратите внимание, что на каждую часть может быть несколько ответов.

Проблемные упражнения

1: Какова чувствительность гальванометра (то есть, какой ток дает полное отклонение) внутри вольтметра с сопротивлением 1,00 МОм на шкале 30,0 В?

2: Какова чувствительность гальванометра (то есть, какой ток дает полное отклонение) внутри вольтметра с сопротивлением 25,0– Ом на шкале 100 В?

3: Найдите сопротивление, которое необходимо поставить последовательно с 25.0 — Ом Гальванометр с чувствительностью 50 мкА (такой же, как тот, который обсуждается в тексте), что позволяет использовать его в качестве вольтметра с показаниями полной шкалы 0,100 В.

4: Найдите сопротивление, которое необходимо подключить последовательно с гальванометром 525 мкА , имеющим чувствительность 50 мкА (такой же, как тот, который обсуждается в тексте), чтобы его можно было использовать в качестве вольтметра с Полномасштабное считывание 3000 В. Включите принципиальную схему в свое решение.

5: Найдите сопротивление, которое необходимо разместить параллельно с гальванометром 25 мкА с чувствительностью 50 мкА (такой же, как тот, который обсуждается в тексте), чтобы его можно было использовать в качестве амперметра с 10.0-Полномасштабное чтение. Включите принципиальную схему в свое решение.

6: Найдите сопротивление, которое необходимо разместить параллельно с гальванометром 25 мкА с чувствительностью 50 мкА (такой же, как тот, который обсуждается в тексте), чтобы его можно было использовать в качестве амперметра с Полномасштабное показание 300 мА.

7: Найдите сопротивление, которое должно быть подключено последовательно с гальванометром 10,0 Ом , имеющим чувствительность 100 мкА , чтобы его можно было использовать в качестве вольтметра с: (a) показаниями полной шкалы 300 В. , и (b) полномасштабное показание 0,300 В.

8: Найдите сопротивление, которое необходимо разместить параллельно гальванометру 10 мкА , имеющему чувствительность 100 мкА , чтобы его можно было использовать в качестве амперметра с: (a) показанием полной шкалы 20,0-А , и (b) показание полной шкалы 100 мА.

9: Предположим, вы измеряете напряжение на клеммах щелочного элемента на 1,585 В с внутренним сопротивлением 0,100 Ом , поместив вольтметр 1,00 — k Ом на его клеммы. (См. Рис. 11.) (а) Какой ток течет? (b) Найдите напряжение на клеммах. (c) 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 5.00 Ω , поместив на его клеммы вольтметр 1,00 — k Ω . а) Какой ток течет? (b) Найдите напряжение на клеммах. (c) Чтобы увидеть, насколько близко измеренное напряжение на клеммах к ЭДС, рассчитайте их отношение.

11: Определенный амперметр имеет сопротивление 5,00 x 10 ^-5 Ом по шкале 3,00 А и содержит гальванометр 10,0 Ом . Какая чувствительность у гальванометра?

12: Вольтметр 1,00 M Ω устанавливается параллельно с 75.0 — k Ом резистор в цепи. (а) Нарисуйте принципиальную схему подключения. б) Каково сопротивление комбинации? (c) Если напряжение на комбинации остается таким же, как и только на резисторе 75,0 — k Ом , каков процент увеличения тока? (d) Если ток через комбинацию остается таким же, как через только резистор 75,0 — k Ом , каков процент уменьшения напряжения? (e) Являются ли изменения, обнаруженные в частях (c) и (d), значительными? Обсуждать.

13: Амперметр 0,0200 Ом включен последовательно с резистором 10,00 Ом в цепь. (а) Нарисуйте принципиальную схему подключения. (b) Рассчитайте сопротивление комбинации. (c) Если напряжение в комбинации остается таким же, как и только через резистор 10,00 Ом , каков процент уменьшения тока? (d) Если ток сохраняется таким же посредством комбинации, как и только через резистор 10,00 — Ом, каков процент увеличения напряжения? (e) Являются ли изменения, обнаруженные в частях (c) и (d), значительными? Обсуждать.

14: Необоснованные результаты

Предположим, у вас есть гальванометр 40,0 Ом с чувствительностью 25,0 — мкА. (а) Какое сопротивление вы бы включили последовательно с ним, чтобы его можно было использовать в качестве вольтметра с полным отклонением для 0, 500 мВ ? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какие допущения ответственны?

15: Необоснованные результаты

(a) Какое сопротивление вы бы поставили параллельно с 40.0 Ом гальванометр с чувствительностью 25 мкА , что позволяет использовать его в качестве амперметра с полным отклонением для 10 мкА ? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какие допущения ответственны?

Глоссарий

вольтметр

прибор для измерения напряжения

амперметр

прибор для измерения силы тока

аналоговый счетчик

измерительный прибор, дающий показания в виде движения стрелки над отмеченным датчиком

цифровой счетчик

Измерительный прибор, выдающий показания в цифровом виде

гальванометр

аналоговое измерительное устройство, обозначенное G, которое измеряет ток, используя отклонение стрелки, вызванное силой магнитного поля, действующей на токопроводящий провод

чувствительность по току

максимальный ток, который может прочитать гальванометр

полное отклонение

максимальное отклонение стрелки гальванометра, также известное как чувствительность по току; гальванометр с полным отклонением шкалы 50 мкА имеет максимальное отклонение стрелки при протекании через него 50 мкА

шунтирующее сопротивление

— малое сопротивление IR , установленное параллельно гальванометру G для получения амперметра; чем больше измеряемый ток, тем меньше должно быть R ; большая часть тока, протекающего через счетчик, шунтируется через R для защиты гальванометра

Решения

Проверьте свое понимание

1: Поскольку цифровые счетчики требуют меньшего тока, чем аналоговые, они изменяют схему меньше, чем аналоговые счетчики.Их сопротивление в качестве вольтметра может быть намного больше, чем у аналогового измерителя, а их сопротивление в качестве амперметра может быть намного меньше, чем у аналогового измерителя. См. Рис. 2 и рис. 3 и их обсуждение в тексте.

Проблемные упражнения

1: 30 мкА

3: 1,98 кОм Ом

5: 1,25 x 10 ^-4 Ом

7: (a) 3,00 M Ом. (б) 2,99 кОм Ом

9: (а) 1.58 мА (б) 1,5848 В (нужно четыре цифры, чтобы увидеть разницу)

(c) 0,99990 (нужно пять цифр, чтобы увидеть разницу от единицы)

11: 15 мкА

13: (а)

Рисунок 12.

(b) 10,02 Ом

(c) 0,9980, или 2,0 x 10 ^-1 процентов

(d) 1,002, или 2,0 x 10 ^-1 процентов

(e) Не имеет значения.

15: (а) -66.7 Ом. (б) У вас не может быть отрицательного сопротивления.

(c) Неразумно, что I _G больше I _итого (см. Рисунок 5). Вы не можете добиться полного отклонения, используя ток, меньший, чем чувствительность гальванометра.

Как считывать миллиамперы с помощью цифрового измерителя

Цифровые мультиметры используются для определения тока, напряжения и сопротивления в электрической цепи, и они являются обязательными устройствами для всех, кто занимается электроникой.Ток измеряется в амперах, и одна тысячная часть ампера называется миллиампер. Мультиметры могут работать как амперметры (измерители тока), и вы можете использовать его для считывания количества миллиампер, протекающих через цепь. Этот процесс обычно требует подключения зондов к соответствующим портам, разрыва цепи, чтобы ток мог течь к мультиметру, выбора подходящей настройки на измерителе, а затем подключения зондов к цепи.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Подключите черный разъем к порту мультиметра с пометкой «COM», подключите красный разъем к порту с буквой «A» или «мА», а затем выберите соответствующий максимальный ток на главной шкале.Отключите цепь, которую вы собираетесь измерять, сделайте в ней разрыв, а затем прикоснитесь щупами к проводам или компонентам с обеих сторон разрыва. Теперь снова включите ток, чтобы узнать количество миллиампер, проходящих через цепь.

Что такое цифровой мультиметр?

Мультиметр измеряет ключевые электронные характеристики цепи: напряжение, ток и сопротивление. Две точки в разных местах цепи имеют разницу в электрическом потенциале между ними, которая описывается как разность напряжений или просто напряжение между точками.Напряжение «проталкивает» ток по цепи, а ток описывает электрический ток по цепи. Таким образом, более высокий ток означает, что больше электричества проходит через данную точку в секунду, точно так же, как более высокий ток воды означает, что больше воды проходит через точку в секунду. Сопротивление показывает, насколько трудно току течь по цепи. При том же напряжении более высокое сопротивление означает меньший ток.

Мультиметры используют соотношение между этими величинами, описанное законом Ома, для их измерения для любой цепи.Название «мультиметр» относится к нескольким функциям одного и того же устройства. Вольтметры, амперметры и омметры — это однофункциональные устройства для измерения напряжения, тока и сопротивления соответственно. Аналоговые мультиметры существуют, но их сложнее использовать, чем более распространенные цифровые устройства, которые обычно имеют четкие дисплеи. Вы используете два пробника для измерения частей схемы, порты для вставки пробников и обычно циферблат или набор кнопок для выбора режима.

Префиксы и единицы СИ

Мультиметры возвращают результат в единицах СИ (стандартные научные) для напряжения, тока и сопротивления, которые представляют собой вольты (В), амперы (А) и омы (Ом), соответственно.Это дает вам большую часть информации, необходимой для интерпретации показаний, но мультиметры также используют стандартные префиксы для важных дробей и кратных этих величин.

Префикс «микро» означает одну миллионную и имеет символ μ. Это означает, что 400 мкВ составляет 400 миллионных долей вольта или 400 микровольт.

Префикс «милли» относится к одной тысячной и имеет символ m. Таким образом, 35 ​​мА — это 35 миллиампер или 35 тысячных ампер.

«Кило» относится к тысячам и имеет символ k.Итак, 50 кОм — это 50 тысяч Ом или 50 кОм.

Префикс «мега» означает миллионы, и ученые используют для этого заглавную букву M. Таким образом, 1 МОм равен 1 МОм или 1 миллион Ом.

Считывание миллиампер с помощью цифрового мультиметра

Процесс считывания тока на цифровом мультиметре зависит от вашего конкретного мультиметра, но для большинства устройств он аналогичен. Включите глюкометр и вставьте зонды в соответствующие места. Гнездо от черного провода входит в порт с надписью «COM», а красный разъем — в соответствующий порт для ожидаемого уровня тока.Многие мультиметры имеют порт мА (миллиампер), который в некоторых случаях совмещен с портом напряжения и сопротивления, а также порт на 10 или 20 А для более высокого тока. Если вы измеряете низкий ток в миллиамперах — ниже количества миллиампер, указанного рядом с портом, часто это 200 мА, — вставьте красный провод в порт, помеченный как «мА».

Используйте главный селекторный переключатель, чтобы указать, что вы измеряете ток, и выберите соответствующую настройку. Настройки дают вам максимум для ожидаемого диапазона тока, но лучше сначала выбрать слишком высокий, например 10 А, а затем уменьшить его по мере необходимости для более точного результата.

Выключите цепь, которую вы измеряете, и прервите ее в соответствующем месте. Вам нужно разорвать цепь, чтобы весь ток шел на счетчик. Коснитесь щупами двух точек, в которых вы разорвали цепь, и снова включите цепь.

No related posts.