Внутреннее сопротивление — амперметр
Внутреннее сопротивление амперметра 1 мОм ( миллиОм), устанавливаемое по умолчанию, в большинстве случаев оказывает пренебрежимо малое влияние на работу схемы. Можно снизить это сопротивление, однако использование амперметра с очень низким сопротивлением в схемах с высоким выходным импедансом ( относительно выводов амперметра) может привести к математической ошибке во время моделирования работы схемы. [1]
Внутренние сопротивления амперметров составляют десятые сотые доли ома, миллиамперметров — единицы ом, вольтметров — сотни и тысячи ом, милливольтметров — десятки ом. [2]
Определить внутреннее сопротивление амперметра для задачи 7 — 32, если известно сопротивление резистора / ч10 Ом. [3]
Оценим внутренние сопротивления амперметра RA , вольтметра Ну и сопротивление jR исследуемой проволоки. [4]
В этом случае внутреннее сопротивление амперметра для разных пределов измерения приблизительно обратно пропорционально квадрату отношения пределов измерения. [5]
I б) внутреннее сопротивление амперметра f 1 йЧ U U Равно нулю. [6]
Эта поправка значительна при небольших значениях R, меньших внутреннего сопротивления амперметра или соизмеримых с ним. [8]
Падение напряжения, создаваемое током нагрузки на резисторе R14 и внутреннем сопротивлении амперметра РА1, приложено к эмиттерному переходу транзистора V22, причем полярность этого напряжения такова, что при его увеличении транзистор открывается. Последний, в свою очередь, еще более открывает V22 — процесс протекает лавинообразно. При этом регулирующий элемент ( V23V24) закрывается, и выходное напряжение блока становится близким к нулю. Одновременно включается сигнальная лампа Н2 Перегрузка. [9]
По схеме б) аналогично получим: & RX Ra, где Ra — внутреннее сопротивление амперметра . [10]
Если г УГА ГУ -, то ключ Кг ставится в положение 2, здесь ГА — внутреннее сопротивление амперметра ; г у — внутреннее сопротивление милливольтметра. [11]
Включенный в цепь прибор оказывает на ее режим определенное влияние, для уменьшения которого необходимо строго выполнять следующие условия: внутреннее сопротивление амперметра RA должно быть много меньше сопротивления нагрузки RH; внутреннее сопротивление вольтметра должно быть много больше сопротивления нагрузки. Невыполнение этих условий приводит к систематической методической погрешности, которая приблизительно совпадает со значениями отношений RA / R и RjRv Условие Rv J Ra особенно трудно выполнить при измерении напряжения на участках ( нагрузках) с большим сопротивлением в так называемых слаботочных цепях. Для этой цели применяют электронные вольтметры с входным сопротивлением до сотен мегаом. [12]
Появление этих погрешностей связано с тем, что при расчете по схеме а) из показаний вольтметра не вычитается падение напряжения на внутреннем сопротивлении амперметра , а при расчете по схеме б) из показаний амперметра не вычитается сила тока, ответвляющегося в вольтметр. [13]
Во втором случае, если внутреннее сопротивление амперметра имеет величину более 2 % измеренного сопротивления, то погрешность будет завышенной. [15]
Внутреннее сопротивление вольтметра
Вольтметр обладает внутренним сопротивлением. Чем больше величина внутреннего сопротивления, тем более точно прибор показывает измеряемую величину. В идеальном вольтметре эта величина должна равняться бесконечности.
Внутреннее сопротивление можно измерить с помощью чувствительного амперметра, источника питания и вольтметра. Подключив приборы к источнику питания, по показаниям приборов, используя закон Ома можно вычислить искомое значение сопротивления.
Также можно взять аккумуляторную батарею(RБ), сопротивление(R) и вольтметр. Измерить напряжение на вольтметре с включенным последовательно в цепь сопротивлением, записать показания U1. Измерить напряжение на вольтметре с закороченным сопротивлением, и также записать показания U2. Затем по формуле отыскать значение сопротивления. RВ=R/(U2/U1-1)-RБ. Чем выше величина R, тем точнее будут измерения.
Добавочное сопротивление вольтметра
Добавочное сопротивление используют для расширения величины измеряемого напряжения вольтметра. Оно подключается последовательно к прибору
Величина рассчитывается по формуле Rдоб=RВ(n-1)
Где Rдоб — добавочное сопротивление вольтметра, RВ – внутреннее сопротивление вольтметра, n – отношение величины желаемого измеряемого напряжения к реально измеряемому напряжению.
Добавочное сопротивление состоит из проволоки, намотанной на каркас и располагают внутри прибора или вне прибора. Для измерения больших напряжений вольтметр включают через измерительный трансформатор напряжения.
Вольтметр (вольт + гр. μετρεω измеряю) — измерительный прибор непосредственного отсчёта для определениянапряжения или ЭДС в электрических цепях. Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии.
Идеальный вольтметр должен обладать бесконечным внутренним сопротивлением. В реальном вольтметре, чем выше внутреннее сопротивление, тем меньше влияния прибор будет оказывать на измеряемый объект и, следовательно, тем выше будет точность и разнообразнее области применения.
Содержание
· 1 Классификация и принцип действия
o 1.1 Классификация
o 1.2 Аналоговые электромеханические вольтметры
o 1.3 Аналоговые электронные вольтметры общего назначения
o 1.4 Цифровые электронные вольтметры общего назначения
o 1.5 Диодно-компенсационные вольтметры переменного тока
o 1.6 Импульсные вольтметры
o 1.7 Фазочувствительные вольтметры
o 1.8 Селективные вольтметры
· 2 Наименования и обозначения
o 2.1 Видовые наименования
o 2.2 Обозначения
· 3 Основные нормируемые характеристики
o 5.1 Другие средства измерения напряжений и ЭДС
o 5.2 Прочие ссылки
· 6 Литература и документация
o 6.1 Литература
o 6.2 Нормативно-техническая документация
Классификация и принцип действия[править | править вики-текст]
Классификация[править | править вики-текст]
· По принципу действия вольтметры разделяются на:
· электромеханические — магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические, выпрямительные, термоэлектрические;
· электронные — аналоговые и цифровые
· По конструкции и способу применения:
Аналоговые электромеханические вольтметры[править | править вики-текст]
· Магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические и электростатические вольтметры представляют собойизмерительные механизмы соответствующих типов с показывающими устройствами. Для увеличения предела измерений используются добавочные сопротивления. Технические характеристики аналогового вольтметра во многом определяются чувствительностью магнитоэлектрического измерительного прибора. Чем меньше его ток полного отклонения, тем более высокоомные добавочные резисторы можно применить. А значит, входное сопротивление вольтметра будет более высоким. Тем не менее, даже при использовании микроамперметра с током полного отклонения 50 мкА (типичные значения 50..200 мкА), входное сопротивление вольтметра составляет всего 20 кОм/В (20 кОм на пределе измерения 1 В, 200 кОм на пределе 10 В). Это приводит к большим погрешностям измерения в высокоомных цепях (результаты получаются заниженными), например при измерении напряжений на выводах транзисторов и микросхем, и маломощных источников высокого напряжения.
· ПРИМЕРЫ: М4265, М42305, Э4204, Э4205, Д151, Д5055, С502, С700М
· Выпрямительный вольтметр представляет собой сочетание измерительного прибора, чувствительного к постоянному току (обычно магнитоэлектрического), и выпрямительного устройства.
· ПРИМЕРЫ: Ц215, Ц1611, Ц4204, Ц4281
· Термоэлектрический вольтметр — прибор, использующий ЭДС одной или более термопар, нагреваемых током входного сигнала.
· ПРИМЕРЫ: Т16, Т218
Аналоговые электронные вольтметры общего назначения[править | править вики-текст]
 | Этот раздел не завершён. Вы поможете проекту, исправив и дополнив его. |
Аналоговые электронные вольтметры содержат, помимо магнитоэлектрического измерительного прибора и добавочных сопротивлений, измерительный усилитель(постоянного или переменного тока), который позволяет иметь более низкие пределы измерения (до десятков — единиц милливольт и ниже), существенно повысить входное сопротивление прибора, получить линейную шкалу на малых пределах измерения переменного напряжения.
Цифровые электронные вольтметры общего назначения[править | править вики-текст]
Дополнительные сведения: [[Цифровой мультиметр]]
Принцип работы вольтметров дискретного действия состоит в преобразовании измеряемого постоянного или медленно меняющегося напряжения в электрический код с помощью аналого-цифрового преобразователя, который отображается на табло в цифровой форме.
Диодно-компенсационные вольтметры переменного тока[править | править вики-текст]
Принцип действия диодно-компенсационных вольтметров состоит в сравнении с помощью вакуумного диода пикового значения измеряемого напряжения с эталонным напряжением постоянного тока с внутреннего регулируемого источника вольтметра. Преимущество такого метода состоит в очень широком рабочем диапазоне частот (от единиц герц до сотен мегагерц), с весьма хорошей точностью измерения, недостатком является высокая критичность к отклонению формы сигнала от синусоиды.
· ПРИМЕРЫ: В3-49, В3-63 (используется пробник 20 мм)
В настоящее время разработаны новые типы вольтметров, такие как В7-83 (пробник 20 мм) и ВК3-78 (пробник 12 мм), с характеристиками аналогичными диодно-компенсационным. Последние в скором времени могут быть допущены к примирению в качестве рабочих эталонов. Из иностранных аналогов можно выделить вольтметры серии URV фирмы Rohde&Schwarz с пробниками диаметром 9 мм.
Импульсные вольтметры[править | править вики-текст]
1. Импульсные вольтметры предназначены для измерения амплитуд периодических импульсных сигналов с большой скважностью и амплитуд одиночных импульсов.
| | Этот раздел не завершён. Вы поможете проекту, исправив и дополнив его. |
Фазочувствительные вольтметры[править | править вики-текст]
Фазочувствительные вольтметры (векторметры) служат для измерения квадратурных составляющих комплексных напряжений первой гармоники. Их снабжают двумя индикаторами для отсчета действительной и мнимой составляющих комплексного напряжения. Таким образом, фазочувствительный вольтметр дает возможность определить комплексное напряжение, а также его составляющие, принимая за нуль начальную фазу некоторого опорного напряжения. Фазочувствительные вольтметры очень удобны для исследования амплитудно-фазовых характеристик четырехполюсников, например усилителей.
Селективные вольтметры[править | править вики-текст]
Селективный вольтметр способен выделять отдельные гармонические составляющие сигнала сложной формы и определять среднеквадратичное значение их напряжения. По устройству и принципу действия этот вольтметр аналогичен супергетеродинному радиоприёмнику без системы АРУ, в качестве низкочастотных цепей которого используется электронный вольтметр постоянного тока. В комплекте с измерительными антеннами селективный вольтметр можно применять какизмерительный приёмник.
· ПРИМЕРЫ: В6-4, В6-6, В6-9, В6-10, SMV 8.5, SMV 11, UNIPAN 233 (237), Селективный нановольтметр «СМАРТ»
Наименования и обозначения[править | править вики-текст]
Видовые наименования[править | править вики-текст]
· Нановольтметр — вольтметр с возможностью измерения очень малых напряжений (менее 1мкВ)
· Микровольтметр — вольтметр с возможностью измерения очень малых напряжений (менее 1мВ)
· Милливольтметр — вольтметр для измерения малых напряжений (единицы — сотни милливольт)
· Киловольтметр — вольтметр для измерения больших напряжений (более 1 кВ)
· Векторметр — фазочувствительный вольтметр
Обозначения[править | править вики-текст]
· Электроизмерительные вольтметры обозначаются в зависимости от их принципа действия
· Дxx — электродинамические вольтметры
· Мxx — магнитоэлектрические вольтметры
· Сxx — электростатические вольтметры
· Тxx — термоэлектрические вольтметры
· Фxx, Щxx — электронные вольтметры
· Цxx — вольтметры выпрямительного типа
· Эxx — электромагнитные вольтметры
· Радиоизмерительные вольтметры обозначаются в зависимости от их функционального назначения по ГОСТ 15094
· В2-xx — вольтметры постоянного тока
· В3-xx — вольтметры переменного тока
· В4-xx — вольтметры импульсного тока
· В5-xx — вольтметры фазочувствительные
· В6-xx — вольтметры селективные
· В7-xx — вольтметры универсальные
Основные нормируемые характеристики[править | править вики-текст]
· Диапазон измерения напряжений
· Допустимая погрешность или класс точности
· Диапазон рабочих частот
История[править | править вики-текст]
Первым в мире вольтметром был «указатель электрической силы» русского физика Г. В. Рихмана (1745). Принцип действия «указателя» используется в современном электростатическом вольтметре.
Каждый измерительный прибор имеет определенные ограничения, которые нужно принимать во внимание, чтобы при использовании этого прибора получить правильное значение измеряемой величины. Введение измерительного прибора в электрическую схему может нарушить ее нормальную работу. Поэтому первое правило использования измерительных устройств — обеспечение таких условий измерения, при которых это вмешательство незначительно и им можно пренебречь. Важнейшей характеристикой измерительного прибора является его собственное сопротивление, называемое внутренним сопротивлением (рис. 37.1).
Рис. 37.1. Базовый измерительный Рис. 37.2. Включение амперметра прибор. А для измерения тока I в цепи.
Чтобы измерить ток в цепи, нужно разомкнуть эту цепь в подходящем месте и в место разрыва последовательно включить амперметр А (рис. 37.2). Амперметр может быть включен в любом месте цепи при условии, что через него будет протекать весь измеряемый ток.
Высококачественные амперметры имеют малое внутреннее сопротивление, благодаря чему они оказывают очень слабое влияние на измеряемый электрический ток. Амперметры с большими внутренними сопротивлениями дают неточные показания.
Напряжение, или разность потенциалов, существует между двумя точками в цепи. Чтобы измерить напряжение, вольтметр включается между этими двумя точками, например между выводами резистора, без разрыва цепи. Как показано на рис. 37.3, вольтметр V1 измеряет падение напряжения на резисторе R1, а вольтметр V2 — на резисторе R2 .
Рис. 37.3. Измерение напряжения.
Рис. 37.4. Эффект нагрузки – часть общего тока,
ток I m , ответвляется в вольтметр.
Как видно из рис. 37.4, внутреннее сопротивление вольтметра шунтирует сопротивление участка цепи R, к которому подключается вольтметр. Часть тока, протекавшая до подключения вольтметра через R, теперь ответвляется к вольтметру. Другими словами, для полного тока I эффективное сопротивление резистора R, зашунтированного теперь внутренним сопротивлением вольтметра, уменьшается. Это так называемый эффект нагрузки вольтметра. Для ослабления этого эффекта внутреннее сопротивление вольтметра делают максимально большим, так чтобы оно, по меньшей мере, в 20 раз превышало сопротивление нагрузки. При таких соотношениях шунтирующим эффектом сопротивления измерительного прибора можно пренебречь.
Внутреннее сопротивление
Внутреннее сопротивление измерительного прибора зависит от его чувствительности и выбранного диапазона (предела) измерений. Его можно вычислить исходя из чувствительности, которую указывают в омах на вольт (Ом/В). Например, вольтметр с чувствительностью 1000 Ом/В имеет внутреннее сопротивление
1000 · 1 = 1000 Ом в диапазоне измерений до 1 В,
1000 · 3 = 3000 Ом в диапазоне измерений до 3 В,
1000 · 10 = 10000 Ом в диапазоне измерений до 10 В и т. д.
При заданной чувствительности, чем больший диапазон измерений выбирается, тем больше внутреннее сопротивление и больше точность.
Пример 1
На рис. 37.5 показаны два одинаковых вольтметра V 1 и V 2 с чувствительностью 20000 Ом/В. Какой вольтметр даст более точные показания, если оба прибора работают в диапазоне измерений 10В?
Рис. 37.5.
Внутреннее сопротивление каждого прибора равно 20000 · 10 = 200000 Ом, или 200 кОм. Вольтметр V1 шунтирует резистор R2 с сопротивлением 10 кОм, т е. сопротивление этого измерительного прибора в 20 раз превышает сопротивление резистора R2, следовательно, вольтметр V1 даст точное показание (т. е. 4,5 В). Вольтметр V2, шунтирует резистор R4, сопротивление которого равно внутреннему сопротивлению вольтметра 200 кОм. В результате эффект нагрузки для вольтметра V2 будет значительным, что приведет к ошибочному показанию (3 В).
Аналоговые измерительные приборы, такие, как магнитоэлектрические измерительные приборы с подвижной катушкой и осциллографы, обеспечивают непрерывную индикацию величин напряжения, тока и т. п. Цифровые измерительные приборы отображают показания дискретным образом. Они обеспечивают непосредственное считывание значений измеряемой величины, не зависящее от человеческих ошибок, не имеют движущихся частей, меньше по размерам и дешевле по сравнению с аналоговыми измерительными приборами.
Приборы с подвижной катушкой
Магнитоэлектрический измерительный прибор с подвижной катушкой указывает величину постоянного тока, протекающего через катушку. Его можно использовать и для проведения измерений на переменном токе, подключив ко входу выпрямитель. Приборы этого типа имеют чувствительность порядка 20 кОм/В для постоянного тока и 600 Ом/В для переменного тока, частотный диапазон измерений — до 2 кГц или немного больше.
Электронный вольтметр
Это, по существу, магнитоэлектрический измерительный прибор с подвижной катушкой, но с усилителем на входе. Чувствительность достигает порядка мегаом на вольт как для постоянного, так и для переменного токов, частотный диапазон измерений — 3 МГц и выше.
Цифровой вольтметр
Цифровой вольтметр имеет очень высокую чувствительность (измеряемую в мегаомах на вольт) и очень широкий частотный диапазон (свыше 2 МГц).
Электронно-лучевой осциллограф
Кроме того, что на экране электронно-лучевого осциллографа можно увидеть форму электрического сигнала, с его помощью можно также измерить самые различные электрические величины: напряжение (среднее и пиковое), период, разность фаз и время задержки. Входное сопротивление осциллографа порядка 1 МОм, чувствительность и частотный диапазон измерений такие же, как у электронного и цифрового вольтметров.
Универсальный измерительный прибор (мультиметр)
Это, по существу, тот же вольтметр, но сочетающий в себе несколько измерительных функций. Коммутирующее устройство переключает функции и позволяет использовать этот прибор как амперметр, вольтметр и омметр. Это может быть аналоговый (с подвижной катушкой) или цифровой прибор.
Осциллограф
Осциллограф можно использовать также для определения частоты. Период t отображаемого сигнала измеряется с помощью откалиброванной по длительности развертки, а затем частота вычисляется по формуле f = 1/t. Этот метод применим как для синусоидального, так и для периодического сигнала любой другой формы.
Более точный метод определения частоты синусоидального сигнала заключается в сравнении его частоты с известной эталонной частотой. Для этого выключается внутренний генератор развертки осциллографа, и сигнал известной частоты (вырабатываемый генератором эталонной частоты) подается на одну пару отклоняющих пластин, а сигнал измеряемой частоты — на другую. Плавно изменяя частоту эталонного генератора, добиваются появления на экране устойчивых изображений, называемых фигурами Лиссажу (рис. 37.6). Неизвестную частоту можно определить, подсчитывая число пиков (максимумов) на изображении. Если неизвестная частота fY подается на Y-пластины, а известная частота fX на X-пластины, то в тех случаях, когда возникают только горизонтальные пики, как на рис. 37.6, имеем
Неизвестная частота fY = Известная частота fX · Число пиков.
Рис. 37.6.
Рассмотренные в предыдущем разделе устройства измеряют аналоговые величины. Для проверки логического состояния контрольной точки нужен логический пробник (рис. 37.7). При касании щупом пробника контрольной точки (или узла) индицируется логическое состояние узла: «1», «0» или состояние разомкнутой цепи.
Рис. 37.7. TTL – ТТЛ; CMOS – КМОП; Н — высокий уровень; L — низкий уровень.
Индикация осуществляется с помощью индикатора на одном или двух светодиодах. Для изменения логического состояния узла используется логический импульсный генератор. При касании узла щупом генератора логическое состояние этого узла изменяется на противоположное. Если узел находился в состоянии логической 1, то он переключается в состояние логического 0, и наоборот. Логический импульсный генератор обычно применяется вместе с логическим пробником для контроля логических элементов, счетчиков, триггеров и других цифровых устройств.
Еще один очень полезный логический измерительный прибор — токовый детектор. Если токовый детектор поднести к проводнику на печатной плате, то он укажет наличие или отсутствие пульсирующего тока в проводнике. Электрический контакт с проводником не нужен. Токовый детектор применяется вместе с импульсным генератором для обнаружения короткого замыкания между проводником или выводом какого-либо элемента, с одной стороны, и землей или шиной источника питания — с другой. Этот детектор можно также применять для поиска коротких замыканий между проводниками или выводами элементов.
Логический пробник и другие приборы, определяющие логическое состояние схемы, практически не применяются при тестировании микропроцессорных систем. В системе с шинной организацией информация о логическом состоянии отдельной линии шины недостаточна для адекватного контроля системы. Необходима одновременная проверка логических уровней на всех линиях адресной шины или шины данных. Это можно сделать с помощью многоканального логического анализатора (индикатора логических состояний), который позволяет одновременно контролировать большое количество входов. Альтернативным методом тестирования микропроцессорной системы является регистрация последовательности битов, появляющихся в одной контрольной точке, с последующим сравнением этой последовательности с аналогичной последовательностью в хорошо работающей известной системе. Этот метод контроля основан на применении одновходового сигнатурного анализатора.
В данном видео рассказывается о стрелочном мультиметре: