Как рассчитать номинальное напряжение в вольтметре

Как рассчитать номинальное напряжение в вольтметре

Шкала гальванометра имеет `N=100` делений, цена деления $$ \delta =1\mathrm<мкА>.$$. Внутреннее сопротивление гальванометра $$ _=\mathrm <1,0>\mathrm<кОм>.$$. Как из этого прибора сделать вольтметр для измерения напряжений до $$ U=100 \mathrm<В>$$ или амперметр для измерения токов силой до $$ I=1\mathrm$$?

Максимально допустимый ток `I_max` через гальванометр равен цене деления, умноженной на число делений: `I_max=delta*N=1*100=100` мкА. При максимальном токе напряжение на приборе максимально и по закону Ома (8) равно

Для использования этого гальванометра в качестве амперметра для измерения токов силой до `I=1` А необходимо параллельно с ним включить шунт, сопротивление которого найдём по формуле (15):

В этом случае максимальному отклонению стрелки на шкале гальванометра соответствует ток в цепи силой `I=1` А.

Для использования этого гальванометра в качестве вольтметра для измерения напряжений до `U=100` В необходимо последовательно с ним включить добавочное сопротивление, величину которого найдём из (16):

`R_»д»=(U/U_max -1)R_G=((100)/(0,1)-1)*10^3=999` кОм.

В этом случае максимальному отклонению стрелки на шкале гальванометра соответствует напряжение между точками подключения `U=100` В.

Для измерения сопротивления `R` проводника собрана электрическая цепь, показанная на рис. 11. Вольтметр `V` показывает напряжение `U_V=5` В. Показание амперметра `A` равно `I_A=25` мА. Найдите величину `R` сопротивления проводника. Внутренне сопротивление вольтметра `R_V=1,0` кОм. Внутреннее сопротивление амперметра `R_A=2,0` Ом.

Ток `I_A`, протекающий через амперметр, равен сумме токов `I_V` и `I_R`, протекающих через вольтметр и амперметр соответственно. Напряжения на резисторе `U_R=I_R*R` и вольтметре `U_V=I_V*R_V` одинаковы и равны показанию `U_V` вольтметра. Таким образом, приходим к системе уравнений

определяет величину `R` сопротивления проводника по результатам измерений. Заметим, что для приведённой схемы величина внутреннего сопротивления амперметра оказалась несущественной: `R_A` не входит в ответ.

Источник

Расчет параметров вольтметров
план-конспект занятия

Теоретический материал к практической работе «Расчет параметров вольтметров», выполняемой в рамках изучения дисциплины «Электрорадиоизмерения»

Скачать:

Предварительный просмотр:

Краткие теоретические сведения

Информация об основных характеристиках электронных вольтметров указывается на их лицевой панели.

Вольтметры классифицируются по различным признакам.

Различают вольтметры электромеханические и электронные .

Электронные вольтметры, в свою очередь, классифицируются по виду индикации, назначению и частотному диапазону.

По виду индикации различают аналоговые и цифровые электронные вольтметры

По частотному диапазону — низкочастотные и высокочастотные.

1. образцовые (В1)
2. постоянного тока (В2)
3. переменного синусоидального тока (ВЗ)
4. импульсного тока (В4)
5. фазо-чувствительные (В5)
6. селективные (В6)
7. универсальные (В7) .

При выполнении измерений важно правильно выбрать тип аналогового вольтметра исходя из следующих основных метрологических характеристик:

• измеряемые параметры;
• диапазон измерения напряжения;
• частотный диапазон;
• приведенная погрешность;
• чувствительность;
• цена деления шкалы в выбранном пределе.

Все электронные аналоговые вольтметры, измеряющие напряжение переменного синусоидального тока, строятся по двум схемам:

Вольтметры, построенные по такой схеме обладают высокой чувствительностью , что определяется наличием в ней дополнительного усилителя переменного тока. Поэтому по этой схеме строятся все микро- и милливольтметры . Данные приборы не универсальны (измеряют только напряжение переменного тока) и за редким исключением имеют узкий частотный диапазон. По назначению они относятся к третьей подгруппе — ВЗ .

Вольтметры такого типа имеют широкий частотный диапазон (до 1 ГГц), они универсальны (применяются в цепях постоянного и переменного тока) и имеют низкую чувствительность. По назначению их относят к седьмой подгруппе – В7.

Рассмотренные вольтметры содержат входное устройство, детектор, усилитель постоянного тока (УПТ) и индикатор магнитоэлектрической системы (МЭС).

Шкала индикатора аналоговых вольтметров имеет градуировку на два значения напряжения: 10 и 30 и кратна пределам измерения прибора. Кроме того, такие вольтметры дополнительную шкалу в децибелах (dB).

При выполнении измерений в пределах 0,1 мВ; 1 мВ; 10 мВ; 100 мВ и 0,1 В; 1 В; 10 В; 100 В отсчет результата производится по шкале максимальным значением 10 , учитывая при этом соответствующий коэффициент шкалы.

Где – выбранный предел измерения

-номинальное значение шкалы

Таким образом, при нахождении переключателя пределов измерения в позициях 0,1 мВ; 1 мВ; 10 мВ; 100 мВ и 0,1 В; 1 В; 10 В; 100 В номинальное значение шкалы будет равно

При использовании пределов 0,3; 3; 30; 300 мВ и 3; 30; 300 В используют шкалу с максимальным значением 30, также учитывая коэффициент шкалы ).

Например, если вольтметром измеряют напряжение при установке переключателя пределов измерения в положение 300 мВ, то показания индикатора на шкале с максимальным значением 30 следует умножить на коэффициент шкалы:

где — показание стрелки (в данном случае по шкале от 0 до 30).

Помимо переключателя пределов на лицевую панель вольтметра для уменьшения погрешности измерения, в зависимости от его типа и модели могут быть выведены следующие органы регулировки:

• механический корректор (с регулировочным винтом под шлицевую отвертку), обеспечивающий установку стрелки индикатора на нуль ( выполняется до включений тумблера «Сеть» );
• электронная установка стрелки индикатора на нуль ( выполняется при включенном приборе и закороченном входе ). Обозначается на приборе ►О◄ (Уст. 0).
• калибровка вольтметра ( выполняется при включенном вольтметре в целях проверки его работоспособности ). Обозначается на приборе ▼ (Калибр.).

В ряде случаев для количественной оценки передаваемых принимаемых напряжений (токов, мощностей) используют не абсолютную единицу измерения (В, мВ), а относительную логарифмическую единицу — децибел . Поэтому большинство современных стрелочных вольтметров (как автономных, так и вмонтированных в другие приборы — генераторы сигналов, измерители нелинейных искажений и др.) помимо обычных шкал имеют и шкалу измерения в децибелах, которая отличается четко выраженной неравномерностью и по которой можно получать результат сразу, не прибегая к отсчетам в вольтах.

Чаще всего нуль шкалы в децибелах в этих приборах соответствует входному напряжению 0,775 В. При этом, если напряжение больше условного нулевого уровня, оно положительное, а если меньше этого уровня – отрицательное.

Шкала децибелов короче других шкал, и начинается она на некотором расстоянии от нулевой риски шкалы напряжений, так как нулю вольт соответствует ∞ дБ.

Каждый поддиапазон измерения, указанный на переключателе пределов, отличается от соседнего на 10 дБ, что соответствуй изменению напряжения в 3,16 раз.

Для получения результата измерения показания, снятые со шкалы децибелов, алгебраически складываются с значением, установленным на переключателе пределов измерения (а не перемножаются, как в случае отсчета напряжений). Например, если ручка переключателя пределов установлена на значении -20 дБ, а стрелка прибора находится на отметке -1,5 дБ, результат измерения составит -20 + (-1,5) = -21,5 дБ.

Шкала децибелов в электронных вольтметрах проградуирована в значениях абсолютных уровней напряжения и предназначена для измерения отношения напряжений на входе и выходе фильтров, усилителей, аттенюаторов и определения ослабления.

Формула для расчёта абсолютного уровня напряжения:

где U – измеренное значение напряжения, [В]

Единица измерения уровней — Бел — слишком крупная единица, поэтому на практике пользуют десятую часть бела — децибел.

Пример 1. Требуется определить полное название прибора, представленного на рисунке 1.

Рисунок 1. Лицевая панель (а) и шкала индикатора (б) прибора В3-38.

Решение. В соответствии с приведенной ранее классификацией вольтметров маркировка B3 означает, что это вольтметр электронный переменного тока, а 38 — номер модели.

По виду лицевой панели устанавливаем, что прибор аналоговый.

Полное название: Вольтметр переменного тока, электронный аналоговый, 38-ой модели.

Пример 2. Требуется определить диапазон измеряемых напряжений ( ) вольтметром B3-38 по его шкале, показанной на рис. 1 б.

Решение. Минимальное напряжение, измеряемое прибором, рассчитывается при установке переключателя пределов в наложение 1 mV.

Расчет выполняем по верхней шкале, кратной 1 мВ (с цифрой 10).

Минимальное напряжение, которое вольтметр измерит с допустимой (оговоренной в паспорте) погрешностью, будет равно:

Максимальное значение измеряемого напряжения совпадает с значением т.е. равно 300 В.

Следовательно, диапазон измеряемых напряжений вольтметром B3-38 .

Пример 3 . Требуется определить параметры, измеряемые прибором B3-38.

Решение. В соответствии с маркировкой B3 этот вольтметр предназначен для измерения напряжения переменного тока .

Пример 4. Требуется определить чувствительность вольтметра B3-38.

Решение. Чувствительность многопредельного прибора определяется в самом малом пределе измерения прибора — 1 мВ, и её значение обратно пропорционально цене деления в этом пределе.

Цена деления вольтметра с учетом коэффициента шкалы:

Тогда его чувствительность

Пример 5. Требуется определить частотный диапазон ( ) вольтметра B3-38.

Решение. Под шкалами прибора находим граничные частоты прибора:

минимальная — 20 Гц и максимальная — 5 МГц.

Следовательно, диапазон частот измеряемых напряжений вольтметра B3-38 .

Пример 6 . Требуется определить погрешность измерения напряжения 1,5В с частотой 100 кГц прибором B3-38.

Решение. Так как частота измеряемого напряжения входит в частотный диапазон прибора, его относительная действительная погрешность рассчитывается по формуле 2.4:

Относительная приведенная погрешность прибора указана под его шкалой и имеет два значения, из которых необходимо выбрать одно, соответствующее данному измерению (напряжение 1,5В с частотой 100 кГц):

Предел измерения выбираем равным 3В, так как в больших пределах погрешность возрастет, а в меньших — стрелка индикатора «зашкалит ».

Пример 7. Требуется определить, скольким децибелам соответствует значение напряжения 5 В).

Решение. Решим данную задачу двумя способами:

1. Для измерения напряжения 5В выбираем предел в 10 В, что соответствует положению переключателя пределов +20 dB.

Так как выбран предел 10В, отсчёт измеренного значения ведется по шкале от 0 до 10. Взяв линейку и установив один ее конец в механический корректор, а второй — на цифру 5 верхней шкалы вольтметра увидим, что линейка на шкале децибел лежит после шестого деления слева от 0 децибел:

Рассчитаем цену деления шкалы на участке от 0 до -5 дБ:

Подставим измеренное значение напряжения 5В в формулу

Рассчитаем погрешности полученного измерения:

Пример 5.8. Требуется определить, скольким вольтам соответствует -12 дБ.

Решение. Для решения этой задачи необходимо найти также положения переключателя пределов и стрелки индикатора по децибелам, при сложении которых в результате получится -12 дБ.

Выбираем положение -10 dB переключателя пределов, что соответствует пределу измерения 300 мВ.

Соответственно, для отсчёта измеренного значения напряжения используется шкала от 0 до 30. Стрелку индикатора (линейку) устанавливаем по шкале децибел на отметку -2. При этом, о шкале сот 0 до 30 стрелка индикатора (линейка) покажет 18,5:

Источник

Как измерять напряжение вольтметром

Вольтметр – это измерительный прибор, который предназначен для измерения напряжения постоянного или переменного тока в электрических цепях.

Вольтметр подключается параллельно к выводам источника напряжения с помощью выносных щупов. По способу отображения результатов измерений вольтметры бывают стрелочные и цифровые.

Величина напряжения измеряется в Вольтах, обозначается на приборах буквой В (в русском языке) или латинской буквой V (международное обозначение).

На электрических схемах вольтметр обозначается латинской буквой V, обведенной окружностью, как показано на фотографии.

Напряжение тока бывает постоянное и переменное. Если напряжение источника тока переменное, то перед значением ставится знак «

Например, переменное напряжение бытовой сети 220 Вольт кратко обозначается так:

220 V. На батарейках и аккумуляторах при их маркировке знак «–» часто опускается, просто нанесено число. Напряжение бортовой сети автомобиля или аккумулятора обозначается так: 12 В или 12 V, а батарейки для фонарика или фотоаппарата: 1,5 В или 1,5 V. На корпусе в обязательном порядке наносится маркировка возле положительного вывода в виде знака «+«.

Полярность переменного напряжения изменяется во времени. Например, напряжение в бытовой электропроводке изменяет полярность 50 раз в секунду (частота изменения измеряется в Герцах, один Герц равен одному изменению полярности напряжения в одну секунду).

Полярность постоянного напряжения во времени не меняется. Поэтому для измерения напряжения переменного и постоянного тока требуются разные измерительные приборы.

Существуют универсальные вольтметры, с помощью которых можно измерять как переменное, так и постоянное напряжение без переключения режимов работы, например, вольтметр типа Э533.

Как измерять напряжение в электропроводке бытовой сети

Внимание! При измерении напряжения величиной выше 36 В недопустимо прикосновение к оголенным провода,так как это может привести к поражению электрическим током!

Согласно требованиям ГОСТ 13109-97 действующее значение напряжения в электрической сети должно быть 220 В ±10%, то есть может изменяться в пределах от 198 В до 242 В. Если в квартире стали тускло гореть лампочки или часто перегорать, стала нестабильно работать бытовая техника, то для принятия мер, требуется сначала измерять значение напряжения в электропроводке.

Приступая к измерениям, необходимо подготовить прибор: – проверить надежность изоляции проводников с наконечниками и щупов; – установить переключатель пределов измерений в положение измерения переменного напряжения не менее 250 В;

– вставить разъемы проводников в гнезда прибора ориентируясь по надписям возле них;

– включить измерительный прибор (если необходимо).

Как видно на картинке, в тестере выбран предел измерения переменного напряжения 300 В, а в мультиметре 700 В. Во многих моделях тестеров, нужно установить в требуемое положение сразу несколько переключателей. Род тока (

или –), вид измерений (В, А или Омы) и еще вставить концы щупов в нужные гнезда.

В мультиметре конец щупа черного цвета вставлен в гнездо COM (общее для всех измерений), а красного в V, общий для изменения постоянного и переменного напряжения, тока, сопротивления и частоты. Гнездо, обозначенное ma , используются для измерения малых токов, 10 А при измерении тока достигающего 10 А.

Внимание! Измерение напряжения, когда штекер вставлен в гнездо 10 А выведет прибор из строя. В лучшем случае перегорит вставленный внутри прибора предохранитель, в худшем придется покупать новый мультиметр. Особенно часто допускают ошибки при использовании приборов для измерения сопротивления, и, забыв переключить режим, измеряют напряжение. Встречал не один десяток таких неисправных приборов, с горелыми резисторами внутри.

После проведения всех подготовительных работ можно приступать к измерению. Если Вы включили мультиметр, а на индикаторе не появились цифры, значит, либо в прибор не установлена батарейка или она уже выработала свой ресурс. Обычно в мультиметрах применяется батарейка типа «Крона», напряжением 9 В, срок годности которой один год. Поэтому, даже если прибор не использовался долгое время, батарейка может быть неработоспособна. При эксплуатации мультиметра в стационарных условиях целесообразно вместо кроны использовать адаптер

Вставляете концы щупов в розетку или прикасаетесь ними к проводам электропроводки.

Мультиметр сразу покажет напряжение в сети, а вот в стрелочном тестере показания надо еще уметь прочитать. На первый взгляд, кажется, что сложно, так как много шкал. Но если присмотреться, то становится ясно, по какой шкале считывать показания прибора. На рассматриваемом приборе типа ТЛ-4 (который безотказно мне служит более 40 лет!) есть 5 шкал.

Верхняя шкала используется для снятия показаний, когда переключатель стоит в положениях кратных 1 (0,1, 1, 10, 100, 1000). Шкала, расположенная чуть ниже, кратных 3 (0,3, 3, 30, 300). При измерениях напряжения переменного тока величиной 1 В и 3 В, нанесены еще 2 дополнительные шкалы. Для измерения сопротивления имеется отдельная шкала. Аналогичную градуировку имеют все тестеры, но кратность может быть любая.

Так как предел измерений был выставлен

300 В, значит, отсчет нужно производить по второй шкале с пределом 3, умножив показания на 100. Цена маленького деления равна 0,1, следовательно, получается 2,3 + стрелка стоит посередине между штрихами, значит, берем значение показаний 2,35×100=235 В.

Получилось, что измеренное значение напряжения составляет 235 В, что в пределах допустимого. Если в процессе измерений наблюдается постоянное изменение значения цифр младшего разряда, а у тестера стрелка постоянно колеблется, значит, имеются плохие контакты в соединениях электропроводки и необходимо провести ее ревизию.

Как измерять напряжение батарейки
аккумулятора или блока питания

Так как напряжение источников постоянного тока обычно не превышает 24 В, то прикосновение к клеммам и оголенным проводам не опасно для человека и особых мер безопасности соблюдать не требуется.

Для того, чтобы оценить годность батарейки, аккумулятора или исправность блока питания требуется измерять напряжение на их выводах. Выводы у круглых батареек находятся по торцам цилиндрического корпуса, положительный вывод обозначен знаком «+».

Измерение напряжения постоянного тока практически мало чем отличается от измерения переменного. Нужно просто переключить прибор в соответствующий режим измерения и соблюдать полярность подключения.

Величина напряжения, которое создает батарейка обычно нанесена на ее корпусе. Но даже если результат измерений показал достаточное напряжение, это еще не говорит о том, что батарейка хорошая, так как измерена ЭДС (электро движущая сила), а не емкость батарейки, от которой зависит продолжительность работы изделия, в которое она будет установлена.

Для более точной оценки емкости батарейки нужно напряжение измерять, подсоединив к ее полюсам нагрузку. В качестве нагрузки для батарейки 1,5 В хорошо подходит лампочка накаливания для фонарика, рассчитанная на напряжение 1,5 В. Для удобства работы нужно припаять к ее цоколю проводники.

Если напряжение под нагрузкой снижается менее, чем на 15%, то батарейка или аккумулятор вполне пригодны для эксплуатации. Если нет измерительного прибора, то можно судить о годности к дальнейшей эксплуатации батарейки по яркости свечения лампочки. Но такая проверка не может гарантировать продолжительность работы батарейки в устройстве. Она лишь свидетельствует, что в настоящее время батарейка еще пригодна к эксплуатации.

Источник