Как сделать из вольтметра амперметр схема: схема, способы подключения, в цепь постоянного тока

Содержание

Все своими руками Цифровой амперметр и вольтметр для блока питания • Все своими руками

Опубликовал admin | Дата 23 декабря, 2013

     На рисунке 1 представлена схема цифрового амперметра и вольтметра, которая может быть использована, как дополнение к схемам блоков питания, преобразователей, зарядных устройств и т.д. Цифровая часть схемы выполнена на микроконтроллере PIC16F873A. Программа обеспечивает измерение напряжения 0… 50 В, измеряемый ток — 0… 5 А.


      Для отображения информации используются светодиодные индикаторы с общим катодом. Один из операционных усилителей микросхемы LM358 используется в качестве повторителя напряжения и служит для защиты контроллера при внештатных ситуациях. Все-таки цена контроллера не так уж и мала. Измерение тока производится косвенным образом, при помощи преобразователя ток-напряжение, выполненного операционном усилителе DA1.2 микросхемы LM358 и транзисторе VT1 – КТ515В. Почитать о таком преобразователе еще можно здесь и здесь.

Датчиком тока в этой схеме служит резистор R3. Преимуществом такой схемы измерения тока состоит в том, что здесь отпадает необходимость точной подгонки миллиомного резистора. Скорректировать показания амперметра можно просто триммером R1 и в довольно широких пределах. Сигнал тока нагрузки для дальнейшей оцифровки снимается с нагрузочного резистора преобразователя R2. Напряжение на конденсаторе фильтра стоящем после выпрямителя вашего блока (вход стабилизатора, точка 3 на схеме)питания не должно быть более 32 вольт, это обусловлено максимальным напряжением питания ОУ. Максимальное входное напряжение микросхемного стабилизатора КР142ЕН12А – тридцать семь вольт.

     Регулировка вольтамперметра заключается в следующем. После всех процедур — сборки, программирования, проверки на соответствие на собранное вами произведение подают напряжение питания. Резистором R8 выставляют на выходе стабилизатора КР142ЕН12А напряжение 5,12 В. После этого вставляют в панельку запрограммированный микроконтроллер.

Измеряют напряжение в точке 2 мультиметром, которому вы доверяете, и резистором R7 добиваются одинаковых показаний. После этого к выходу (точка 2) подключают нагрузку с контрольным амперметром. Равенства показаний обоих приборов в данном случае добиваются при помощи резистора R1.

     Резистор-датчик тока можно изготовить самому, используя для этого, например, стальную проволоку. Для расчета параметров этого резистора можно использовать программу «Программа для работы с проволокой» Программу скачали? Открыли? Значит так, нам нужен резистор номиналом в 0,05 Ом. Для его изготовления выберем стальную проволоку диаметром 0,7мм – у меня она такая, да еще и не ржавеющая. С помощью программы вычисляем необходимую длину отрезка, имеющего такое сопротивление. Смотрим скрин окна данной программы.

     И так нам нужен отрезок стальной нержавеющей проволоки диаметром 0,7мм и длиной всего 11 сантиметров. Не надо этот отрезок свивать в спираль и концентрировать все тепло в одной точке.

Вроде все. Что не понятно, прошу на форум. Успехов. К.В.Ю. Чуть не забыл про файлы.

Скачать “Цифровой амперметр и вольтметр для блока питания” Ism_U_I_873.rar – Загружено 2060 раз – 26 КБ

Скачать “Ism_U_I_873_dly-toka-50A” Ism_U_I_873_dly-toka-50A.rar – Загружено 1 раз – 807 Б

Просмотров:61 552


Почему вольтметр параллельно, а амперметр последовательно? | ЭТМ для профессионалов

Для измерения малых токов и напряжений используют высокочувствительный прибор гальванометр — это основа и прообраз любых стрелочных измерительных приборов. Если последовательно с гальванометром подключить добавочное сопротивление – получится вольтметр, а если параллельно подключить шунт – амперметр.

Несмотря на то, что цифровые измерители в последние десятилетия стали очень распространёнными, всё равно остаются сферы применения, в которых нужны достоинства именно стрелочных приборов, например, для наблюдения динамики изменяющейся величины при каких-то переходных процессах, для измерения изменяющихся сигналов и прочего.

В этой статье мы поговорим о подключении вольтметров и амперметров для измерения напряжений и токов.

Подключение вольтметра

Вольтметр измеряет напряжение – разность потенциалов между двумя точками электрической цепи.

Так как напряжение получается между двумя точками, то и вольтметр подключается параллельно источнику питания или какому-нибудь элементу цепи. Как бы это странно или смешно ни звучало, но подключить вольтметр в цепь последовательно нельзя, потому что напряжение нельзя измерить в одной точке — обязательно нужны две точки.

Схема подключения вольтметра

Схема подключения вольтметра

Как известно, постоянный ток не изменяет своего направления с течением времени, значит, напряжение и полярность источника постоянного тока тоже не изменяются.

Поэтому при измерении постоянного напряжения нужно соблюдать полярность – плюс вольтметра к плюсу цепи, а минус к минусу. Если перепутать полярность, то стрелка будет отклоняться в обратную сторону (в сторону нуля за шкалу). Обычно это не приводит к страшным последствиям и при отключении прибора от цепи стрелка вернётся в исходное положение, но в некоторых случаях это может повредить прибор.

Если вольтметр цифровой, или вы измеряете напряжение мультиметром, то при неправильном подключении возможен один из вариантов:

  1. Прибор покажет измеренное значение, но со знаком «минус» перед ним. Знак минус говорит о неверной полярности или о том, что на плюсовом выводе вольтметра (на щупе) напряжение отрицательно относительно выбранной точки измерения (второго щупа).
  2. Прибор сам определит полярность и покажет измеренное значение.
  3. На экране не будет никаких значений или будут гореть «нули».

Причём первый вариант самый распространённый для большинства цифровых мультиметров.

Переменный ток изменяет своё направление с течением времени, например, в отечественной электросети, оно изменяется с частотой 50 герц. Простым языком плюс и минус на разноимённых проводах меняются местами 100 раз в секунду.

Поэтому при измерении переменного тока просто невозможно соблюдать полярность и выводы вольтметра подключаются к цепи произвольно.

ВАЖНО! При выборе вольтметра (и амперметра) учитывайте для измерения какого тока он предназначен, для переменного или постоянного. Есть приборы, которые могут измерять и постоянный, и переменный ток, а есть измеряющие только постоянный ток. На стрелочных приборах род измеряемой величины обозначается соответствующим знаком на шкале (см. таблицу ниже).
Некоторые обозначения на шкалах стрелочных электроизмерительных приборов

Некоторые обозначения на шкалах стрелочных электроизмерительных приборов

Особенности

Чтобы разобраться в особенностях подключения и работы вольтметра, нам нужно рассмотреть небольшую схему.

Упрощённая схема вольтметра

Упрощённая схема вольтметра

Стрелочный вольтметр состоит из двух основных частей:

  1. Измерительный механизм, в разных источниках его называют по-разному, например, измерительной головкой или гальванометром. В любом случае это устройство, состоящее из чувствительного элемента со стрелкой и шкалой. Стрелочные измерительные головки, как правило, универсальны и могут использоваться как для измерения тока, так и для измерения напряжения. В зависимости от принципа работы в устройстве измерительного механизма может быть рамка с катушкой и стрелкой, которая двигается в поле постоянного магнита (в магнитоэлектрических приборах) или катушка с подвижным сердечником, на котором закреплена стрелка (в электромагнитных приборах).
  2. Добавочный резистор — это резистор, который подключается последовательно с измерительным механизмом и ограничивает ток через него. Он нужен для установки предела измерения прибора — чем больше предел измерения, тем больше сопротивление.

Раз у катушки измерительного механизма есть какое-то сопротивление, ещё и последовательно есть добавочный резистор, то и сам вольтметр можно представить в виде резистора. А что происходит с общим сопротивлением цепи при параллельном подключении резисторов? Оно уменьшается.

Рассмотрим ещё одну схему, чтобы разобраться, на что это влияет.

Цепь с нагрузкой и с вольтметром

Цепь с нагрузкой и с вольтметром

Пусть напряжение источника Е 10 вольт, а сопротивление резисторов R1 и R2 по 10 Ом.

Тогда ток в цепи:

I = U/(R1+R2) = 10/(10+10) = 0,5А

А падение напряжения на каждом из резисторов будет по 5 вольт:

U1 = U2 = I×R = 10×0,5 = 5 вольт

То есть если подключить вольтметр к каждому из резисторов, он должен показать по 5 вольт.

А что будет при подключении вольтметра на самом деле? Представим, что сопротивление вольтметра Rв у нас тоже 10 Ом, тогда параметры цепи изменятся.

Общее сопротивление цепи у нас станет:

Rобщ = R1+(R2||Rв)

R2||Rв = (R2×Rв)/(R2+Rв) = (10×10)/(10+10) = 100/20 = 5 Ом

Тогда и ток в цепи изменится:

I = U/Rобщ = 10/(10+5) = 0,67 А

На первом резисторе будет напряжение:

U1 = 0,67×10 = 6,7 вольта

А на втором резисторе будет напряжение:

U2 = 0,67×5 = 3,3 вольта

Именно столько и покажет вольтметр. Как вы видите показания сильно отличаются от того, что мы посчитали выше, и нас интересует какое напряжение на резисторе будет без вольтметра, скажем, в «рабочем» режиме…

Теперь повторим расчёты, но представим, что внутреннее сопротивление вольтметра у нас не 10 Ом, а в 1000 раз больше — 10 кОм. Повторим расчёты для общего сопротивления R2 и вольтметра:

R2||Rв = (R2×Rв)/(R2+Rв) = (10×10 000)/(10+10 000) = 100 000/10 010 = 9,99 Ом

Тогда ток в цепи будет:

I = U/Rобщ = 10/(10+9,99) = 10/19,99 = 0,5002 ≈ 0.5 А

А напряжение на R2, которое покажет вольтметр:

U2 = I×R2 = 0,5002×9,99 = 4,995 В

Теперь показания на вольтметре очень близки к расчётному напряжению на резисторе. Какие выводы мы можем сделать?

  1. Чем больше сопротивление вольтметра, тем меньшее влияние он оказывает на работу цепи, соответственно, результат измерения будет точнее.
  2. Сопротивление вольтметра должно быть как можно больше чем сопротивление элемента цепи на котором измеряют напряжение — Rв >> Rн.

Что будет если вольтметр подключить в цепь последовательно? На самом деле ничего особенного, из-за высокого внутреннего сопротивления вольтметра ток в цепи будет очень низким, и она не сможет работать в нормальном режиме. Что касается показаний прибора: если его предел измерения низкий, то, может быть, даже стрелка оторвётся от нуля и что-то покажет, а если предел измерения высокий, то, скорее всего, стрелка совсем не сдвинется с места.

Измерение тока амперметром

Амперметр измеряет ток в цепи, через нагрузку или через отдельный её элемент. Поэтому для измерения тока амперметр подключается в цепь последовательно, в остальном аналогично вольтметру:

— При измерении силы постоянного тока нужно учитывать полярность, то есть плюс амперметра к плюсу источнику питания, а минус к нагрузке. Можно подключить наоборот — плюс амперметра к нагрузке, а минус к минусу источника питания.

— При измерении силы переменного тока не нужно учитывать полярность.

— При выборе прибора тоже важно обращать внимание на род измеряемой величины.

Схема подключения амперметра

Схема подключения амперметра

Сопротивление и измерения

С вольтметром разобрались, а каким должно быть сопротивление амперметра, чтобы он не влиял на работу цепи и показывал силу тока точно? Так как амперметр подключается в цепь последовательно, то его внутреннее сопротивление будет ограничивать ток в цепи.

Для примера посчитаем, какой ток протекает в цепи 1, если напряжение источника питания E 10В, а в качестве нагрузки используется резистор R1 сопротивлением 5 Ом.

Цепь с нагрузкой и с амперметром

Цепь с нагрузкой и с амперметром

I = U/R1 = 10/5 = 2А

Итак, ток в цепи должен быть 2 ампера, а теперь подключим в цепь условный амперметр, сопротивление Ra которого 1 Ом, тогда он покажет ток:

I = U/(R1+Ra) = 10/(5+1) = 1,67 А

Отличие измеренного амперметром тока от расчётного почти в четверть связано с высоким сопротивлением амперметра. То есть чем меньше сопротивление амперметра – тем меньше он влияет на ток в цепи. Соответственно сопротивление амперметра должно быть намного меньше, чем сопротивление нагрузки (Ra << Rн). В реальности же амперметр не будет показывать действительный ток в цепи, он в любом случае будет вносить в неё своё влияние в большей или меньшей степени.

Упрощённая схема амперметра

Упрощённая схема амперметра

Как и вольтметр, стрелочный амперметр состоит из двух основных частей:

  1. Измерительный механизм.
  2. Шунт. Он нужен чтобы пропускать «лишний» измеряемый ток, а через измерительный механизм будет протекать ток, соответствующий его пределу измерения (об этом позже).

Так как шунт подключается параллельно измеряемой головке, то и внутреннее сопротивление амперметра из-за шунта будет снижаться. При этом чем больше предел измерения, тем меньше сопротивление шунта и меньше внутреннее сопротивление амперметра.

Что будет если подключить амперметр параллельно? Так как у амперметра внутреннее сопротивление очень невысокое, то при параллельном подключении к цепи через него пойдёт очень большой ток. Из-за этого обмотка измерительной головки и проводники внутри прибора нагреются и перегорят. В некоторых случаях может сработать автоматический выключатель, питающий линию, а в худшем случае возможно возгорание прибора.

Амперметр нельзя подключать к цепи параллельно!

Изменение пределов измерения или зачем нужны добавочное сопротивление и шунт

В вольтметре резистор называется добавочным (Rд), а в амперметре — шунтирующим или просто шунтом (Rш). Разница в названиях этих элементов связана с их подключением. У каждого измерительного механизма есть какой-то предел измерения, обычно это сотни микро- или десятки миллиампер и определённое внутреннее сопротивление.

В вольтметре добавочный резистор ограничивает ток через измерительный механизм и увеличивает входное сопротивление прибора. Изменяя его сопротивление, можно с помощью одного и того же механизма измерять разные напряжения.

Например, есть измерительный механизм с такими характеристиками:

— ток полного отклонения 500 мкА;

— сопротивление 650 Ом.

Соответственно он может измерять ток до 500 микроампер (0,0005 ампера) или напряжение до:

U = IR = 0,0005×650 = 0,325 вольт

Чтобы измерять большее напряжение, нужно подключить последовательно измерительному механизму добавочное сопротивление, тогда часть напряжения упадёт на этом сопротивлении, а на измерительном механизме будут всё те же 0,325 вольта.

Попробуем посчитать сопротивление добавочного резистора. Допустим, мы хотим измерять напряжение до 5 вольт, общее сопротивление вольтметра равно сумме сопротивлений добавочного резистора Rд и измерительного механизма Rим:

Rобщ = Rд+Rим

Ток полного отклонения стрелки нам известен — 0,0005 А, будущий предел измерений 5 вольт, тогда общее сопротивление прибора должно быть:

R = U/Iизм = 5/0. 0005=10 000 Ом

Чтобы найти сопротивление добавочного резистора, нужно из общего сопротивления вычесть сопротивление измерительного механизма:

Rд = Rобщ-Rим = 10 000 – 650 = 9 350 Ом

Вывод — чтобы сделать вольтметр с пределом измерения 5 В нужно к измерительному механизму подключить добавочный резистор с сопротивлением 9350 Ом.

Можно найти сопротивление добавочного резистора немного по-другому:

Rд = Rизм×(Q-1)

Q = U/Uизм,

Где U – будущий предел измерений, Uизм – настоящий предел измерений

Q = 5/0,325 = 15,385

Rд = 650×(15,385-1) = 9350 Ом

Результат, как вы видите, совпал.

Теперь разберёмся с амперметром. Основная задача шунта пропустить себя ток превышающий предел измерительного механизма. Общее сопротивление амперметра находим по формуле сопротивления для соединённых параллельно резисторов.

Rобщ = (Rш×Rизм)/(Rш+Rизм)

Допустим, нам нужно измерять ток до 50А. Можно повторить подобные вышеизложенным расчёты, но можно сделать проще: сначала найдём соотношение между током шунта и током измерительного механизма, а после сопротивление шунта.

Токи через измерительный механизм и амперметр

Токи через измерительный механизм и амперметр

То есть, через измерительный механизм может протекать ток до 0,0005А, значит, через шунт будет протекать ток:

Iш = Iобщ-Iизм = 50–0,0005 = 49,9995 А

Тогда найдём отношение тока шунта к току измерительного механизма (Q):

Q = Iш/Iизм = 49,9995/0,0005 = 99 999

Теперь найдём сопротивление шунта по формуле:

Rш = Rизм/(Q-1) = 650/99 998 = 0,0065 Ома

Сопротивление шунта будет всего лишь 0,0065 Ома.

Примечание: расчёты шунта и добавочного сопротивления выполнены по книге Метрология, стандартизация и технические средства измерений авторов Тартаковского Д. Ф., Ястребова А.С., М.: Высшая Школа 2001 год.

Изменяя сопротивление шунта или добавочного резистора, можно изменять пределы измерения вольтметров или амперметров. При этом из стрелочного вольтметра можно сделать амперметр и наоборот. Для этого убирают «лишние» компоненты, оставляют измерительную головку и к ней подбирают резистор или шунт.

На практике в продаже можно найти шунты с необходимым сопротивлением и точностью измерения, самостоятельное изготовление точного шунта усложняется сложностью измерения столь малых сопротивлений.

Шунты заводского изготовления

Шунты заводского изготовления

Ещё нужно учитывать, что любой дополнительный элемент оказывает влияние на цепь, так как имеет своё сопротивление. Следовательно, при протекании через него тока он будет греться, то есть будут происходить потери мощности. Для более эффективного и безопасного измерения тока часто используют трансформаторы тока.

Для измерения высокого напряжения исходя из соображений электробезопасности и гальванической развязки используют измерительные трансформаторы напряжения. А при измерении очень низких напряжений описанные в статье вольтметры неизбежно внесут свои погрешности и повлияют на работу цепи. Поэтому используют электронные измерительные приборы с высоким входным сопротивлением. Электронный вольтметр необязательно будет с цифровым экраном, он может быть и стрелочным, но при этом на входе будет установлена электронная цепь, например, усилитель на транзисторах или другие решения.

В вольтметрах и амперметрах кроме шунта или добавочного резистора и измерительного механизма может быть и выпрямитель. Такое решение применяется в тех случаях, когда используется магнитоэлектрический измерительный механизм. Он может измерять только постоянный ток, поэтому для измерения переменный ток преобразовывают в постоянный (выпрямляют).

Заключение

На этом у меня всё. Целью статьи было рассказать об особенностях такой, казалось бы, простой задачи, как измерение основных электрических величин стрелочными приборами. В настоящее время большинству электриков для работы достаточно «копеечных» мультиметров типа легендарного DT830, а для тех, кто в практике сталкивается с электроникой или какими-нибудь цепями с отличными от синусоидального сигналами нужны мультиметры измеряющие действующие величины (True RMS).

РАДИО для ВСЕХ — А и V на ICL7107

Цифровой ВОЛЬТМЕТР и АМПЕРМЕТР для лабораторного блока питания (однополярного и двухполярного) на специализированной микросхеме ICL7107

Сложилось так, что возникла необходимость в изготовлении амперметра и вольтметра для лабораторных блоков питания. Чтобы решить проблему решил порыться в Интернете и найти легко повторяемую схему с оптимальным соотношением цена-качество. Были мысли с нуля изготовить амперметр и вольтметр на базе ЖКИ и микроконтроллера (МК). А сам себе думаю, если это будет микроконтроллер, то не каждый сможет повторить конструкцию — ведь необходим программатор, а покупать или делать программатор для программирования один-два раза даже мне не сильно хочется.

Да и людям, наверное, тоже не захочется. Кроме того, все микроконтроллеры (с которыми я имел дело) измеряют входной сигнал положительной полярности относительно общего провода. Если нужно мерять отрицательные значения, то придётся иметь дело с дополнительными операционными усилителями. Как-то напрягло всё это! Глаз упал на широко распространенную и доступную микросхему ICL7107. Её стоимость оказалась в два раза меньше стоимости МК. Стоимость ЖКИ 2х8 символов оказалась в три раза больше стоимости необходимого количества семисегментных светодиодных индикаторов. Да и свечение светодиодных индикаторов мне нравится больше чем ЖКИ. Можно использовать и аналогичную ещё более дешевую м/сх отечественного производства КР572ПВ2. Нашёл в Интернете схемы и вперёд проверять работоспособность! Ошибка в схеме была, но исправил. Оказалось, что при проведении калибровки показаний АЦП м/сх довольно точно работает и точность показаний вполне удовлетворит даже самого придирчивого пользователя. Главное подстроечный резистор взять многооборотный хорошего качества.
Счёт очень быстрый — без тормозов. Есть существенный недостаток — двухполярное питание ±5В, но этот вопрос легко решаем при помощи отдельного сетевого блока питания на маломощном трансформаторе с положительным и отрицательным стабилизаторами (схему приведу позже). Для получения -5В можно применить специализированную микросхему ICL7660 (видна на фото вверху страницы) — классная штука! Но у неё адекватная цена только в SMD корпусе, а в обычном DIP мне показалась дороговатой, да и купить её гораздо сложнее нежели обычные линейные стабилизаторы — проще минусовой стабилизатор сделать. Оказалось, что ICL7107 прекрасно измеряет и положительные и отрицательные напряжения относительно общего провода, да ещё и знак минус при этом высвечивается в первом разряде. Вообще то в первом разряде используется только знак «минус» и цифра «1» для индикации полярности и значения сотни Вольт. Если для лабораторного блока питания индикация напряжения 100В не нужна и полярность напряжения индицировать не нужно, поскольку на лицевой панели БП и так всё должно быть написано, то первый индикатор можно вообще не устанавливать. Для амперметра ситуация таже, но только «1» в первом разряде будет указывать на достижение тока в десять Ампер. Если БП на ток 2…5А, то первый индикатор можно не ставить и сэкономить. Короче говоря, это только мои личные рассуждения. Схемы очень простые и начинают работать сразу. Нужно только по контрольному вольтметру выставить правильные показания при помощи подстроечного резистора. Для калибровки амперметра придётся подключить к БП нагрузку и по контрольному амперметру выставить правильные показания на индикаторах и всё! Для питания амперметров в схеме двухполярных блоков питания оказалось, что лучше всего использовать отдельный небольшой сетевой трансформатор и стабилизаторы с общим проводом изолированным от общего провода самого блока питания. При этом входа амперметров можно подключать к измерительным шунтам «как попало» — м/сх будет измерять как «положительные», так и «отрицательные» падения напряжения на измерительных шунтах установленных в любом участке схемы БП. Особенно это важно тогда, когда оба стабилизатора в двухполярном блоке питания уже объединены по общему проводу без измерительных шунтов. Почему я хочу сделать отдельный такой себе маломощный блок питания для измерителей? Ну ещё потому, что если питать измерители от трансформатора самого блока питания, то при получении напряжения 5 В из 35 В нужно будет устанавливать дополнительный радиатор который будет тоже выделять много тепла, поэтому пускай лучше небольшие герметичные трансформаторы на небольшой платке. А в случае БП на напряжение больше чем 35 В, скажем 50 В, придётся дополнительные меры принимать, чтобы обеспечить для пяти Вольтовых стабилизаторов на входе напряжение не более 35 В. Можно применить высоковольтные импульсные стабилизаторы с низким тепловыделением, но при этом возрастает стоимость. Короче говоря, как не одно, так другое 😉 

Схема вольтметра:

Схема амперметра:

Фотовид печатной платы вольтметра и амперметра (размер платы 122х41 мм) со светодиодными семисегментными индикаторами типа E10561 с цифрами высотой 14,2 мм. Питание вольтметра и амперметра раздельное! Это необходимо для обеспечения возможности измерения токов в двухполярном источнике питания. Шунт амперметра устанавливается отдельно — цементный резистор 0,1 Ом/5 Вт.

Схема самого простого сетевого блока питания для совместного и раздельного питания вольтметров и каждого из амперметров (может быть идея ерундовая, но рабочая):

И фотовид печатных плат с применением компактных герметичных трансформаторов 1,2…2 Вт (размер платы 85х68 мм):

 

Схема преобразователя полярности напряжения (как вариант получения -5 В из +5 В):  

Видео работы вольтметра 

Видео работы амперметра

Наборы и платы делать не буду, но если кого-нибудь заинтересовала данная конструкция, то чертежи печатных плат можете скачать здесь>>>.

Всем спасибо за уделённое внимание! Удачи, мира и добра Вашему дому! 73!

4.4 Вольтметры и амперметры постоянного тока

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 размещается параллельно с измеряемым устройством.Через вольтметр протекает очень небольшой ток, если его сопротивление на несколько порядков больше, чем сопротивление устройства, поэтому это не оказывает заметного влияния на цепь (см. Рисунок 4.34 (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 схему (см. Рисунок 4.34 (b)). Напряжение на приборе не такое, как при отключенном вольтметре от цепи.

Рисунок 4.34 (a) Вольтметр, имеющий сопротивление намного больше, чем устройство (RVoltmeter >> RRVoltmeter >> R, размер 12 {V «>>» R} {}), с которым он подключен параллельно, создает параллельное сопротивление, по существу такое же, как и прибора и не оказывает заметного влияния на измеряемую цепь. (b) Здесь вольтметр имеет такое же сопротивление, как и устройство (RVoltmeter≅RRVoltmeter≅R size 12 {V simeq 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 4.35 (a)). Однако, если задействованы очень малые сопротивления нагрузки или если сопротивление амперметра не такое низкое, как должно быть, то общее последовательное сопротивление значительно больше, и ток в измеряемой ветви уменьшается (см. Рисунок 4.35 (б)).

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

Одним из решений проблемы вольтметров и амперметров, мешающих измерению цепей, 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 измерителя.

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 знания о системе — 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 106.106. размер 12 {«10» rSup {размер 8 {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. 4.30 и рис. 4.31 и их обсуждение в тексте.

Как преобразовать миллиамперметр в вольтметр и амперметр

Закон

Ома позволяет нам использовать миллиамперметр в качестве вольтметра. Предположим, что у нас есть прибор с подвижной катушкой, которому требуется 5 миллиампер для полного отклонения (f.s.d.). Предположим, что сопротивление его катушки r составляет 20 Ом

В = rl

= 20 x 5 x 10 -3 = 100 x 10 -3 В

= 0.1 вольт.

Поскольку катушка подчиняется закону Ома, ток через нее пропорционален разности потенциалов на ней; и поскольку отклонение указателя пропорционально току, оно, следовательно, также пропорционально разности потенциалов. Таким образом, прибор можно использовать как вольтметр, дающий полное отклонение при разности потенциалов 0,1 вольт или 100 милливольт. Его масштаб может быть выгравирован, как показано ниже

Однако разность потенциалов, которую необходимо измерить в лаборатории, обычно превышает 100 милливольт.Чтобы измерить такую ​​разность потенциалов, мы вставляем резистор R последовательно с катушкой, как показано на схеме ниже. Если мы хотим измерить напряжение до 10 вольт, мы должны выбрать сопротивление R так, чтобы при подаче 10 вольт между клеммами CD через подвижную катушку протекал ток 5 миллиампер. По закону Ома

Сопротивление R называется множителем. Многие вольтметры содержат серию умножителей с разным сопротивлением, которые могут быть выбраны переключателем или клеммной колодкой.

Преобразование миллиамперметра в амперметр

Преобразовывая миллиамперметр в вольтметр, мы должны сначала понять, что приборы с подвижной катушкой дают отклонение на полную шкалу для токов, меньших, чем те, которые обычно встречаются в лаборатории. Если мы хотим измерить ток порядка ампера или более, мы подключаем низкое сопротивление S, называемое шунтом, к клеммам измерителя с подвижной катушкой. Шунт отводит большую часть измеряемого тока, I, от катушки — отсюда и его название.Предположим, что, как и раньше, катушка измерителя имеет сопротивление r, равное 20 Ом, и полностью отклоняется током I, равным 5 мА. И давайте предположим, что мы хотим его шунтировать так, чтобы он давал f.s.d. для измерения 5 ампер. Тогда ток через шунт = 4.995 ампер

Это соотношение одинаково для всех значений тока I , потому что оно зависит только от сопротивлений S и r; читатель может легко показать, что его значение равно (S + r) / S.

Таким образом, отклонение катушки пропорционально измеренному току, как показано на диаграмме выше, и считается, что шунт имеет «мощность» 1000 при использовании с этим прибором.

Сопротивление шунтов и умножителей всегда указывается с четырехзначной точностью. Сам прибор с подвижной катушкой имеет погрешность порядка 1 процента. аналогичная погрешность шунта или умножителя, следовательно, удвоит погрешность прибора в целом. С другой стороны, если погрешность шунта меньше примерно 0, то ничего не получится.1 процент, потому что при этом значении он перекрывается ошибкой движущейся системы.

Переделка гальванометра в амперметр и вольтметр

Переделка из гальванометра в амперметр и вольтметр

Гальванометр очень чувствительный инструмент для обнаружения тока. Его легко преобразовать в амперметр и вольтметр.

Гальванометр к амперметру

Амперметр — прибор используется для измерения тока, протекающего в электрической цепи.Амперметр должен предложить низкое сопротивление, так что это не изменит ток, проходящий через Это. Таким образом, амперметр подключается последовательно для измерения тока в цепи.

Гальванометр преобразован в амперметр путем подключения низкого сопротивления параллельно гальванометр. Это низкое сопротивление называется шунтирующим сопротивлением S. Шкала теперь откалиброван в амперах, а диапазон амперметра зависит от значений шунтирующее сопротивление.


Пусть я текущий проходя через цепь, как показано на рисунке 3.69. Когда ток I достигает соединение A, оно делится на две составляющие. Пусть I g будет текущим проходящий через гальванометр сопротивления R g через дорожку AGE а оставшийся ток (I — I г ) проходит по пути ACDE через сопротивление шунта S. Значение сопротивления шунта настраивается таким образом, чтобы ток I g вызывает полное отклонение шкалы гальванометра. В разность потенциалов на гальванометре такая же, как разность потенциалов через сопротивление шунта.


Так как прогиб в гальванометр пропорционален проходящему через него току.


Итак, прогиб в гальванометр измеряет ток I, проходящий через цепь (амперметр).

Шунтирующее сопротивление равно подключен параллельно гальванометру. Следовательно, сопротивление амперметра может быть определяется путем вычисления эффективного сопротивления, которое составляет


Т.к., шунт сопротивление очень низкое, и отношение S / R g составляет тоже маленький.Это означает, что R g тоже маленький, т.е. сопротивление, предлагаемое амперметром, невелико. Итак, когда мы подключаем амперметр в серии, амперметр не изменит заметно сопротивление, а также ток в цепи. Для идеального амперметра сопротивление должно быть равно нуль. Следовательно, показание амперметра всегда меньше, чем фактический ток в схема. Пусть I ideal будет током, измеренным с помощью идеального амперметра, а I actual быть фактическим током, измеренным в цепи амперметром.

Тогда процент погрешность измерения тока через амперметр


Ключевые моменты

1. Амперметр низкий прибор сопротивления, и он всегда подключается последовательно к цепи

2. Идеальный амперметр имеет нулевое сопротивление

3. В целях увеличения диапазон амперметра n раз, значение подключаемого сопротивления шунта параллельно S = G / n-1


Гальванометр к вольтметру

Вольтметр — это прибор, используемый для измерения разности потенциалов в любых двух точках электрического схемы.Он не должен потреблять ток из цепи, иначе значение измеряемой разности потенциалов изменится.

Вольтметр должен иметь высокий сопротивление, и когда он подключен параллельно, он не будет заметно ток, чтобы он указывал на истинную разность потенциалов.


Гальванометр преобразован в вольтметр путем подключения высокого сопротивления R х в серии с гальванометром, как показано на рисунке 3.74. Теперь шкала откалибрована. в вольтах и ​​диапазон вольтметра зависит от значений сопротивления соединены последовательно, т. е. значение сопротивления настроено таким образом, чтобы только ток I g вызывает полное отклонение шкалы гальванометра.

Пусть R g будет сопротивление гальванометра и I g — ток, с которым гальванометр производит отклонение на полную шкалу. Поскольку гальванометр соединены последовательно с высоким сопротивлением, ток в электрической цепи такой же, как ток, проходящий через гальванометр.


С гальванометра и высокое сопротивление соединены последовательно, полное сопротивление или эффективное сопротивление дает сопротивление вольтметра. Сопротивление вольтметра

R v = R г + R h

Следовательно,


Обратите внимание, что I г V

Прогиб в гальванометр пропорционален току I г .Но ток I г пропорциональна разности потенциалов. Отсюда прогиб в гальванометр пропорционален разности потенциалов. Поскольку сопротивление вольтметр очень большой, подключенный в электрическую цепь вольтметр будет потреблять наименьший ток в цепи. Идеальный вольтметр — это тот, у которого есть бесконечное сопротивление.

Ключевые моменты

1. Вольтметр высокий прибор сопротивления, и он всегда подключается параллельно цепи элемент, на котором рассчитывается разность потенциалов

2.Идеальный вольтметр имеет бесконечное сопротивление

3. В целях увеличения диапазон вольтметра, умноженный на значение сопротивления, подключаемого к серия с гальванометром R = (n-1) G

Порядок калибровки вольтметра и амперметра

Изучите процедуру калибровки вольтметра и амперметра с использованием эталонных инструментов, таких как многофункциональные калибраторы.

Что такое вольтметр?

Вольтметр также известен как измеритель напряжения, это прибор, используемый для измерения разности потенциалов или напряжения между двумя точками в электрической или электронной цепи.Их можно использовать в цепях переменного / постоянного тока.

Символическое представление:

Что такое амперметр?

Амперметр также известен как амперметр, это инструмент, используемый для измерения силы тока. Диапазон измерения амперметра зависит от сопротивления (CT) внутри амперметра.

Символическое представление:

Мастер-инструменты с вспомогательными устройствами:

Многофункциональный калибратор (5 ½ MFC)

Многофункциональный калибратор (MFC) — это прибор, используемый в качестве источника переменного / постоянного напряжения и тока для калибровки всех связанных с электричеством устройств.

Провода

Булавки из крокодиловой кожи

Настройка для вольтметра

Процедура калибровки вольтметра

Проведем индивидуальную калибровку вольтметра и амперметра.

1. Подключите провод с помощью булавки крокодила к вольтметру одним концом, а другим — к измерителю 5 ½ MFC, как показано на рисунке выше.

2. Здесь мы сохраним измеритель источника, то есть измеритель 5 ½ MFC в качестве поставщика фиксированного напряжения, и будем видеть показания на UUC (устройство при калибровке — вольтметр)

3.Допустим, у нас есть вольтметр со спецификацией.

  • Марка — Selec
  • Диапазон от-0 до 400 В переменного тока
  • Наименьшее количество — 0,1 В переменного тока

4. Мы будем подавать напряжение переменного тока с помощью ручки, предусмотренной на счетчике 5 ½ MFC, с шагом 50 В переменного тока. т.е. 50,100,150,200,250 В переменного тока и т. д.

5. И будет записывать, что прибор UUC отображает на своем дисплее.

6. Повторяйте 4-й шаг, пока не будет достигнут максимальный предел диапазона вольтметра.

Свидетельство о поверке вольтметра

Настройка для амперметра

Процедура калибровки амперметра

1.Подсоедините провод с помощью булавки крокодила к одному концу амперметра, а другой к измерителю 5 ½ MFC, как показано на рисунке выше.

2. Здесь мы сохраним измеритель источника, то есть измеритель 5 ½ MFC в качестве фиксированного поставщика ампер, и будем видеть показания на UUC (устройство при калибровке)

3. Предположим, у нас есть амперметр со спецификацией.

  • Марка — Selec
  • Диапазон от -0 до 10 А постоянного тока
  • наименьшее количество — 1 ампер постоянного тока

4. Мы будем подавать постоянный ток с помощью ручки на измерителе 5 ½ MFC с шагом приращения, как i.е. 2, 4, 6, 8, 10.

5. И запишет, что прибор UUC (амперметр) отображает на своем дисплее.

6. Повторяйте 4-й шаг, пока не будет достигнут максимальный предел диапазона амперметра.

Свидетельство о поверке амперметра

Автор: Jadhav Amit R

Читать дальше:

Как подключить цифровой вольтметр Амперметр

После экспериментов с парой синтезаторных модулей, которые я недавно построил, стало очевидно, что мой самодельный блок питания не совсем подходит для этой работы.О том, как я его построил, можно прочитать здесь. Если вы хотите купить готовое устройство, у меня есть статья о том, какие сделки можно заключить в настоящий момент.

Главное, чего не хватало в моем домашнем блоке питания, — это счетчики, показывающие мне, какой ток используется. Это полезный индикатор неисправности, если недавно построенная плата потребляет слишком большой ток при включении. Если вы достаточно быстро выключите его, вы можете сэкономить немало урона.

Осмотрев Amazon, чтобы увидеть, что было в наличии, я нашел эти HeroNeo® DC 100V 10A вольтметр, амперметр, синий + красный светодиодный усилитель, двойной цифровой вольтметр.Кажется, существует довольно много разных поставщиков, но все они кажутся очень похожими. Они казались идеальными для обновления моего источника питания. Если вы заинтересованы в покупке того же самого, я поместил несколько ссылок на Amazon ниже.

Когда я получил их, я был очень рад узнать, что они точно такого же размера, как и только измерители напряжения, которые я заменял.

Это были счетчики, которые подлежали замене. Просто показав напряжение, было довольно легко понять, как их подключить!

Они удерживаются пластиковыми выступами по бокам корпуса счетчика, которые сжимаются, когда вы вставляете счетчик в прямоугольное отверстие, а затем отжимаете его, крепко удерживая его на передней панели.

На этом снимке вы можете увидеть вырез в панели и пластиковые стороны счетчика, которые удерживают ее на месте.

Это были хорошие новости. Плохая новость заключалась в том, что не было абсолютно никакой документации или каких-либо заметок. Вернитесь на веб-сайт, и там не было никакого упоминания о подключении их или других ссылок или чего-либо вообще. В то время как на предыдущих счетчиках были только черные и красные провода, это было достаточно просто, но у них были тонкие черные и красные и толстые черные, красные и синие. Возможно, я говорю о толстых, потому что инстинктивно не знаю, как они должны быть связаны.Если вы похожи на меня, может быть, я помогу вам подключить ваш.

В комплект поставки счетчика входят вилки с проводами, которые можно подключать только к двум розеткам. Пока достаточно просто!

После небольших экспериментов я подумал, что получил, но не совсем. В конце концов я понял, что тонкие черный и красный провода предназначены для питания измерителя напряжения и тока. Для моего приложения я обнаружил, что синий провод предназначен для нагрузки, но отрицательной нагрузки, а не положительной, как я сначала думал.

Поскольку счетчики должны были питаться от выхода источника питания, я подключил их, как показано ниже.

  • Соединяет тонкий черный и толстый черный.
  • Соединял вместе тонкий красный и толстый красный провода.
  • Поместите выход моего источника питания в счетчик. Красный вывод питания на два красных на счетчике. Черный вывод питания на два черных провода на счетчике.

Новый выход источника питания становится красным положительным выходом и синим (нагрузка) отрицательным выходом. Вы можете увидеть это на картинке ниже.

Как видите, я использовал клеммную колодку, чтобы связать толстый красный с тонким красным и тонкий черный с толстым черным.Красная и черная плата вывода источника питания подключаются к красному и черному счетчикам, а выход источника питания теперь красный и синий.

Теперь при подключении вы можете видеть, какой ток используется.

Выполнена разводка вольтметра амперметра с блоком питания. Здесь вы можете увидеть, что источник питания установлен на 12 В, а проект, к которому он подключен, потребляет 0,12 А.

Когда я впервые попробовал его, я подумал, что он не считывает ток, поэтому имейте в виду, что он будет читать только до.01 усилителя, поэтому, если ваша схема использует только несколько миллиампер, счетчик не будет показывать ток.

Учитывая цену, я очень доволен счетчиками, и они, безусловно, помогают мне в моем хобби. Надеюсь, эта статья покажет вам, как подключить цифровой вольтметр-амперметр.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *