Вольтметр подключается параллельно участку цепи, на котором мы хотим измерить напряжение (рис. 89), и поэтому в него поступает ток из основной цепи. При его включении и ток, и напряжение в основной цепи немного изменяются, поскольку теперь у нас есть цепь с другим проводником, состоящая из предыдущих проводников и вольтметра. Например, если мы подключим вольтметр с сопротивлением параллельно лампочке, сопротивление которой равно , мы найдем их общее сопротивление согласно уравнению (50.5):
Почему амперметр должен иметь низкое внутреннее сопротивление
Каждый вольтметр подключается параллельно к тому участку цепи, на котором мы хотим измерить напряжение (рис. 89), поэтому из основной цепи берется некоторый ток. При его включении и ток, и напряжение в основной цепи немного изменяются, поскольку теперь у нас есть еще одна проводниковая цепь, состоящая из предыдущих проводников и вольтметра. Например, если мы подключим вольтметр с сопротивлением параллельно лампочке, сопротивление которой равно , мы найдем их общее сопротивление согласно уравнению (50.5):
Чем больше сопротивление вольтметра по сравнению с сопротивлением лампочки, тем меньше разница между их общим сопротивлением и тем меньше искажения, вносимые вольтметром. Мы видим, что вольтметр должен иметь большое сопротивление. Для этого часто включают последовательно с измерительной частью (рамкой, нагретой нитью и т.д.) дополнительный резистор сопротивлением в несколько тысяч Ом (рис. 90).
Рис. 90. Дополнительный резистор, подключенный последовательно с вольтметром
В отличие от вольтметра, амперметр всегда подключается последовательно (§ 44). Если сопротивление амперметра равно , а сопротивление цепи равно , то при включении амперметра сопротивление цепи становится равным
Чтобы амперметр существенно не изменял общее сопротивление цепи, его собственное сопротивление, как показывает уравнение (54.2), должно быть небольшим по сравнению с сопротивлением цепи. Поэтому амперметры изготавливаются с очень низким сопротивлением (несколько десятых или сотых долей ома).
54.1. Сопротивление амперметра составляет 0,1 Ом. Каково напряжение амперметра, если он показывает ток 10 А?
54.2. Сопротивление вольтметра составляет 12 кОм. Какой ток протекает через вольтметр, если он показывает напряжение 120 В?
54.3. Вольтметр со шкалой 0-120 В имеет сопротивление 12 кОм. Какое сопротивление нужно подключить к этому вольтметру, чтобы он мог измерять напряжение до 240 В и как? Нарисуйте электрическую схему. Изменится ли чувствительность вольтметра в предыдущей задаче, если параллельно вольтметру подключить указанное сопротивление?
54.4. Вольтметр, подключенный к горящей лампочке, показывает 220 В, а амперметр, измеряющий ток в лампочке, показывает -0,5 А. Каково сопротивление лампочки? Нарисуйте схему вольтметра и амперметра.
© 2021 Научная библиотека
Информация с этой страницы не может быть скопирована без ссылки на эту страницу.
Подключив вольтметр, как показано на рис. 2, к потенциальным клеммам, расположенным между токовыми клеммами, получим показания вольтметра U” v меньше U “v на величину падения напряжения на контактном сопротивлении и, следовательно, найдем значение требуемого сопротивления r”’x = U” v/Ia = rx
Измерительные свойства малых и больших сопротивлений
Сопротивление – один из самых важных параметров электрической цепи, определяющий работу любой цепи или установки.
Получение определенных значений сопротивления при производстве электрических машин, аппаратов, приборов, при монтаже и эксплуатации электроустановок является необходимым условием для обеспечения нормальной работы.
Некоторые сопротивления сохраняют свое значение практически без изменений, в то время как другие подвержены очень большим изменениям под воздействием времени, температуры, влажности, механических сил и т.д. Поэтому измерение сопротивления неизбежно при изготовлении машин, аппаратов, электрооборудования, а также при монтаже и эксплуатации электроустановок.
Условия и требования для выполнения измерений сопротивления сильно отличаются. В некоторых случаях требуется высокая точность, в других, наоборот, достаточно найти приблизительное значение сопротивления.
Электрические резисторы делятся на три группы в зависимости от их величины:
- 1 Ом и меньше – малые сопротивления,
- От 1 Ом до 0,1 МОм – средние сопротивления,
- 0,1 МОм и выше – высокие сопротивления.
При измерении малых сопротивлений следует обратить внимание на устранение влияния соединительных проводов, контактов и термоэлектричества на результат измерения.
При измерении средних сопротивлений можно пренебречь сопротивлением соединительных проводов и контактов, а также влиянием сопротивления изоляции.
При измерении больших сопротивлений, объемных и поверхностных сопротивлений, необходимо учитывать температуру, влажность и другие факторы.
Особенности измерения малых сопротивлений
К группе малых сопротивлений относятся: обмотки якоря электрических машин, сопротивления амперметров, шунты, сопротивления обмоток трансформаторов тока, сопротивления коротких рельсовых кабелей и др.
При измерении малых сопротивлений всегда учитывайте возможность того, что сопротивление соединительных проводов и переходные сопротивления могут повлиять на результат измерения.
Измерительные сопротивления токоподводящих проводов имеют значения от 1 x 10 4 до 1 x 10 2 Ом, а переходные сопротивления – от 1 x 10 5 до 1 x 10 2 Ом.
Сопротивления перехода или контактные сопротивления – это сопротивления, с которыми сталкивается электрический ток при переходе от одного проводника к другому.
Сопротивление перехода зависит от размера контактной поверхности, ее типа и состояния – гладкая или шероховатая, чистая или грязная, а также от плотности прилегания, силы контакта и т.д. Рассмотрим на примере влияния контактного сопротивления и сопротивления соединительных проводов на результат измерения.
На рис. 1 показана схема измерения сопротивления с использованием амперметра и вольтметра в качестве эталонных приборов.
Рис. 1. Неправильная схема цепи для измерения малых сопротивлений с помощью амперметра и вольтметра.
Предположим, что сопротивление r x равно 0,1 Ом, а сопротивление вольтметра rv = 500 Ом. Поскольку они соединены параллельно, r x /rv = Iv/Ix = 0,1/500 = 0,0002, т.е. ток в вольтметре составляет 0,02% от тока в искомом сопротивлении. Таким образом, с точностью до 0,02% ток в амперметре можно считать равным току в искомом сопротивлении.
Разделив показания вольтметра, подключенного к точкам 1, 1′, на показания амперметра, получим: U’v /Ia = r’x = r x + 2r pr + 2r k, где r’x – найденное значение искомого сопротивления; r pr – сопротивление соединительного провода; gk – сопротивление контакта.
Принимая r пр = r к = 0,01 Ом, получаем результат измерения rx = 0,14 Ом, где погрешность измерения из-за сопротивления соединительного провода и сопротивления контакта составляет 40% – ((0,14 – 0,1)/0,1))x 100%.
Следует отметить, что при уменьшении измеряемого сопротивления погрешность измерения, обусловленная вышеупомянутыми причинами, возрастает.
Подключите вольтметр к токовым клеммам – точки 2 – 2 на рис. 1, т.е. к тем клеммам с сопротивлением r x, к которым подключены провода цепи тока, мы получим показания вольтметра U ”v меньше U’v на величину падения напряжения на соединительных проводах, и, следовательно, значение искомого сопротивления r x’= U”v /I a = rx + 2 r k будет содержать ошибку, вызванную только сопротивлением на контактах.
Подключив вольтметр, как показано на рис. 2, к потенциальным клеммам, расположенным между токовыми клеммами, получим показания вольтметра U”v меньше U”v на величину падения напряжения на контактном сопротивлении, а значит, найденное значение искомого сопротивления r”x = U”v/Ia = rx
Рисунок 2: Правильная схема цепи для измерения малых сопротивлений с помощью амперметра и вольтметра
Таким образом, найденное значение будет равно фактическому значению искомого сопротивления, поскольку вольтметр будет измерять фактическое напряжение на искомом сопротивлении rx между его потенциальными клеммами.
Использование двух пар клемм, токовой и потенциальной, является основным методом устранения влияния сопротивления подводящего провода и переходного сопротивления на результат измерения малого сопротивления.
Особенности измерения высокого сопротивления
Плохие проводники и изоляторы имеют высокое сопротивление. При измерении сопротивления низкопроводящих проводников, изоляционных материалов и изделий из них необходимо учитывать факторы, которые могут влиять на их сопротивление.
В первую очередь это температура, например, проводимость картона при 20°C составляет 1,64 x 10 -13 1/Ом, а при 40°C – 21,3 x 10 -13 1/Ом. Таким образом, изменение температуры на 20° C вызвало изменение сопротивления (проводимости) в 13 раз!
Эти цифры ясно показывают, насколько опасно недооценивать влияние температуры на результаты измерений. Аналогичным образом, содержание влаги как в тестируемом материале, так и в воздухе является очень важным фактором, влияющим на величину сопротивления.
Кроме того, на величину сопротивления может влиять тип испытываемого тока, испытываемое напряжение, длительность напряжения и т.д.
При измерении сопротивления изоляционных материалов и изделий из них необходимо также учитывать возможность протекания тока по двум путям:
1) через объем исследуемого материала,
2) через поверхность испытуемого материала.
Способность материала проводить электрический ток тем или иным способом определяется величиной сопротивления, которое ток встречает на этом пути.
Соответственно, существует два понятия: объемное сопротивление, относящееся к 1 см3 материала, и поверхностное сопротивление, относящееся к 1 см2 поверхности материала.
Чтобы проиллюстрировать это, давайте рассмотрим пример.
При измерении сопротивления изоляции кабеля с помощью гальванометра возможны большие погрешности, так как гальванометр может измерять (рис. 3)
a) ток Iv , протекающий от жилы кабеля к его металлической оболочке через объем изоляции (ток Iv , возникающий из-за сопротивления объема изоляции кабеля, характеризует сопротивление изоляции кабеля),
б) ток течет от жилы кабеля к ее оболочке по поверхности изоляционного слоя (это связано с поверхностным сопротивлением, оно зависит не только от свойств изоляционного материала, но и от состояния его поверхности).
Рисунок 3: Поверхностный и объемный ток в кабеле
Чтобы исключить влияние проводящих поверхностей при измерении сопротивления изоляции, катушку проволоки (защитное кольцо) помещают поверх изоляционного слоя и подключают, как показано на рисунке 4.
Рисунок 4: Схема измерения объемного тока в кабеле
Тогда ток Is пройдет мимо гальванометра и не внесет погрешность в результаты измерения.
Рис. На рис. 5 показана принципиальная схема определения объемного сопротивления изоляционного материала – пластины А. Здесь ВВ – электроды, к которым приложено напряжение U, Г – гальванометр, который измеряет ток, возникающий в результате объемного сопротивления пластины А, С – защитное кольцо.
Рис. 5. Измерение объемного удельного сопротивления твердого диэлектрика
На рисунке 6 показана схема определения поверхностного удельного сопротивления изоляционного материала (пластина A).
Рисунок 6 Измерение поверхностного удельного сопротивления твердого диэлектрика
При измерении больших сопротивлений следует также обратить внимание на изоляцию самой измерительной установки, так как в противном случае через гальванометр будет протекать ток из-за сопротивления изоляции самой установки, что приведет к соответствующей ошибке измерения.
Перед измерением рекомендуется экранировать или проверить изоляцию измерительной системы.
Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею в социальных сетях. Это очень поможет в развитии нашего сайта!
Содержание отчета:
Измерение сопротивления с помощью амперметра и вольтметра
Цель работы: Научить студентов собирать электрическую цепь, использовать амперметр и вольтметр и измерять напряжение и ток. Измерить напряжение и ток на участке цепи, научиться измерять сопротивление проводника с помощью амперметра и вольтметра.
Рабочий процесс:
– Ознакомиться с основными понятиями и определениями;
– Для выполнения расчетов схемы;
Основные теоретические соображения
Измерение физической величины – это совокупность операций по применению технических средств, имеющих единицу физической величины, которые обеспечивают нахождение связи (явной или неявной) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины.
Прямое измерение – Измерение, при котором непосредственно задается желаемое значение физической величины. Строго говоря, измерение всегда является прямым и рассматривается как сравнение величины с ее единицей. В этом случае лучше использовать термин метод прямого измерения. Например, измерение тока с помощью амперметра.
Косвенное измерение – Определение величины на основе прямых измерений других физических величин, которые функционально связаны с данной величиной.
Чтобы измерить ток, протекающий через компонент электрической цепи, подключите амперметр последовательно с компонентом.
Чтобы измерить ЭДС и напряжение в электрической цепи, вольтметр подключается параллельно цепи.
Под напряжение на клеммах источника тока всегда понимается как работа электрического поля по перемещению единичного положительного заряда по пути, лежащему вне источника; в этом случае напряжение равно разности потенциалов на клеммах источника и определяется законом Ома: U = IR-E.
Интенсивность тока – это отношение электрического заряда q, прошедшего через сечение проводника, ко времени его прохождения t, т.е. F = q / t )
Напряжение на концах последовательной электрической цепи равна сумме напряжений на ее концах.
Вспомните закон Ома: Ток в цепи прямо пропорционален напряжению на концах цепи и обратно пропорционален ее сопротивлению: I = U / R . Из этого следует, что мы выражаем сопротивление: R = U / I . Чтобы узнать сопротивление проводника, измерьте ток, протекающий через него, и напряжение на его концах и подставьте эти значения в формулу. Чтобы проверить, что сопротивление проводника не зависит от напряжения на его концах и протекающего в нем тока, рассчитайте сопротивление, изменяя ток в цепи несколько раз с помощью реостата.
Приборы для измерения тока и напряжения, амперметры и вольтметры, имеют одинаковые измерительные механизмы, но отличаются параметрами измерительных цепей и способом подключения к проверяемой цепи. Амперметр должен иметь низкое сопротивление, чтобы он не влиял на ток в цепи и потери мощности в приборе были минимальными. Сопротивление вольтметра должно быть настолько высоким, чтобы его включение не изменяло работу схемы, а потери в приборе были минимальными.
Практическая часть:
Была проведена серия экспериментов по измерению тока и напряжения в цепи. Результаты приведены в таблице 1. Вычислите значение активного сопротивления для всех измерений и в заключение напишите, зависит ли сопротивление от напряжения на концах цепи и протекающего в ней тока.
Обзорные вопросы:
1. что такое напряжение?
2 Что такое сила тока?
2. что является единицей измерения напряжения, тока и сопротивления?
3. какой метод измерения сопротивления показан в практическом разделе?
Содержание отчета:
1. название и номер лабораторной работы.
2. цель и ход работы.
3. Произвести расчеты практической части на основе графика.
4. ответьте на контрольные вопросы.
5. сформулируйте вывод по данной работе.
Если вы считаете, что материал нарушает авторские права или должен быть иным образом удален с сайта, вы можете оставить жалобу на материал.
Слабые токи обычно измеряются амперметрами магнитоэлектрической системы, которые обладают высокой чувствительностью. Они называются миллиамперами (до 10-3 A) и микроамперами (до 10-6 A).
Тип амперметра
В зависимости от типа амперметры делятся на несколько типов:
- с индикатором
- с ярким индикатором
- письменным прибором;
- электронные устройства.
Амперметры классифицируются по принципу действия
- Электромагнитный– Предназначен для использования в цепях постоянного и переменного тока. Обычно используется в обычных электроустановках переменного тока 50 Гц.
- Магнитоэлектрический– Используется для измерения силы небольшого количества постоянного тока. Они имеют магнитоэлектрическое измерительное устройство и градуированную шкалу.
- Термоэлектрическийиспользуются для измерения тока в высокочастотных цепях. Они состоят из магнитоэлектрического механизма в виде проводника, к которому приварена термопара.
Шунт необходим, когда нужно измерить ток, превышающий максимальный ток, измеряемый амперметром. В этом случае сопротивление шунта рассчитывается по формуле.
Использование амперметра
Амперметр используется для измерения электрического тока, как постоянного, так и переменного, в диапазоне от мкА до кА. Амперметр следует использовать для тока, не превышающего максимальный ток шкалы, с учетом схемы подключения. В зависимости от верхнего предела измерения амперметры делятся на микроамперметры (10 -6 ), миллиамперметры (10 -3 ), амперметры, килоамперметры (10 +3 ).
Как правильно подключить амперметр?
Амперметр подключен в разомкнутую цепь, последовательно. 
Схема подключения шунтирующего амперметра
Расчеты шунта для амперметра
Шунт необходим, если измеряется ток, превышающий максимальный номинальный ток амперметра. В этом случае сопротивление шунта должно быть рассчитано по формуле.
- Rш – необходимое сопротивление шунта, Ом
- RA – внутреннее сопротивление амперметра, Ом
- IA – максимальное значение тока, измеренное амперметром, A
- IШ – значение измеренного тока (с шунтом).
Внутреннее сопротивление амперметра
Внутреннее сопротивление амперметра должно быть на порядок ниже сопротивления измеряемой цепи. Если внутреннее сопротивление амперметра неизвестно, его можно измерить. Подключите амперметр и нагрузочный резистор последовательно к источнику питания, а параллельно амперметру установите чувствительный вольтметр. Разделите показания чувствительного вольтметра на показания амперметра, чтобы получить значение внутреннего сопротивления амперметра.
Соединение:
- Прежде всего, мы хотели бы предупредить вас, что шунт для амперметра должен поставляться вместе с прибором. Использование другого прибора может привести к неправильным показаниям. В чем причина этого? Прежде всего, потому, что даже индикаторы разных марок с одинаковым общим размахом тока могут иметь разное внутреннее сопротивление.
- Теперь необходимо выбрать шунт для амперметра, предельный ток которого меньше измеряемого тока. Например, если ток в цепи должен изменяться в пределах от 5А до 8А, выберите шунт на 10А.
- На каждом из винтов устройства имеется по две гайки. Выкрутите первый винт из каждого, но не выкручивайте второй винт, который находится ближе к корпусу, иначе винт провалится внутрь, и амперметр придется открывать.
- Теперь наденьте шунты на винты и закрепите их гайками. Между шунтом и другой гайкой на каждом из этих винтов должны быть две шайбы, не забудьте об этом.
- Схема подключения амперметра выглядит следующим образом: обесточьте устройство, в котором вы хотите измерить потребляемый ток. Просто разорвите его цепь питания, а затем, соблюдая полярность, подключите амперметр к цепи шунта. Зажмите провода между колодками. После этого можно снова включить питание, снять показания, затем отключить напряжение в цепи, снять амперметр и снова подключить его.
- Умножьте показания на коэффициент, указанный на шунте. Если эти данные отсутствуют, вы можете самостоятельно рассчитать цену деления. Как это сделать? Вот пример – если ток при полном размахе индикатора составляет 100 мкА, а шунт рассчитан на 10 А, то каждый микроампер на шкале будет соответствовать 0,1 А тока в цепи.
- В качестве альтернативы можно использовать немаркированный шунт или любой магнитоэлектрический индикатор. Подключите последовательно контрольный и образцовый амперметр, а затем смело подключайте их к регулятору тока. Постепенно увеличивайте ток от нуля, добиваясь полного смещения стрелки контрольно-измерительного прибора. Это поможет вам узнать значение тока в цепи с помощью эталонного амперметра. Разделите это значение на количество делений на шкале, это поможет вам рассчитать цену за одно деление.
Теперь вы знаете, как подключить амперметр, и, надеюсь, сможете применить эти инструкции на практике.
Сопротивление шунта rs=ga x Ia/(I-Ia ).
Регулировка измерительной системы
В изделиях заводского изготовления используются материалы, которые не меняют своих свойств в широком диапазоне температур. Поэтому лучшим решением является выбор шунта и его адаптация к вашим потребностям путем уменьшения сечения и длины проводника до соответствия расчетному значению. Для изготовления шунта амперметра можно также использовать подручные материалы: медную или стальную проволоку или даже канцелярские скрепки.
Теперь вам нужен источник питания с регулятором напряжения для обеспечения необходимого тока. В качестве нагрузки можно использовать подходящий резистор или лампу накаливания.
Первым шагом является согласование полного хода стрелки прибора с максимальным измеренным значением. В этот момент мы регулируем сопротивление нашего устройства DIY так, чтобы оно максимально совпадало с конечным гребнем на шкале.
Затем мы проверяем соответствие промежуточных ободов соответствующим значениям. Если нет, разберите амперметр и перерисуйте шкалу.
И когда вы это сделаете, установите готовое устройство на место.
Читайте также: Брошенная третья рука для пайки
Концепции и формулы
Шунт – это резистор, который подключается параллельно к клеммам амперметра (параллельно внутреннему сопротивлению прибора) для увеличения диапазона измерения. Измеренный ток I делится между шунтом (rs, Ih) и амперметром (ha, Ia) обратно пропорционально их сопротивлению.
Сопротивление шунта gh=ga x Ia/(I-Ia ).
Чтобы увеличить диапазон измерения в n раз, сопротивление шунта должно быть hh=(n-1)/ha
1) Электромагнитный амперметр с внутренним сопротивлением Ga=10 Ом и диапазоном измерения до 1 А. Рассчитайте сопротивление шунта hh, чтобы амперметр мог измерять ток до 20 А (рис. 1).
Измеренный ток 20 А разветвится на ток Ia=1 A, который будет протекать через амперметр, и ток Iш, который будет протекать через шунт:
Следовательно, ток, протекающий через шунт, Iш=I-Ia=20-1=19 А.
Измеренный ток I=20 A должен быть разделен в соотношении Ia:Iш=1:19.
Из этого следует, что сопротивления ветвей должны быть обратно пропорциональны токам: Ia:Ish=1/ha : 1/hh;
Сопротивление шунта rs=10/19=0,526 Ом.
Сопротивление шунта должно быть в 19 раз меньше сопротивления амперметра га, чтобы ток Iш, протекающий через него, был в 19 раз больше тока Ia=1A, протекающего через амперметр.
(2) Магнитоэлектрический амперметр имеет диапазон измерения 10 мА без шунта и внутреннее сопротивление 100 Ом. Какое сопротивление должен иметь шунт, если прибор должен измерять ток до 1 А (рис. 2)?
При полном отклонении иглы через катушку миллиамперметра протекает ток Ia=0,01 А, а через катушку миллиамперметра протекает ток Ih=I-I-I
Поэтому Ish=I-I-Ia=1-0,99 A=990 мА.
Ток силой 1 А будет делиться обратно пропорционально сопротивлению: Иа:иш=гш:ха.
Из этого соотношения мы получаем сопротивление шунта:
10:990= тире:100; тире=(10х100)/990=1000/990=1,010 Ом.
При полном отклонении стрелки через прибор будет протекать ток Ia=0,01 А, через шунт – ток Ih=0,99 А, а через общую цепь – ток I=1 А.
При измерении I=0,5 A через шунт будет протекать ток Ih=0,492 A, а через амперметр – ток Ia=0,05 A. Стрелка отклонится на половину шкалы.
При любом токе от 0 до 1 А (при выбранном шунте) токи в ветвях делятся в соотношении ha:hs, т.е. 100:1.01.
Амперметр (рис. 3) имеет внутреннее сопротивление Ga=9,9 Ом и шунтирующее сопротивление 0,1 Ом. Каково отношение измеренного тока 300 А в приборе и шунте?
Решите задачу, используя первый закон Кирхгофа: I=Ia+Iш.
Кроме того, Иа:иш=гш:ха.
Из второго уравнения получите ток Ia и подставьте его в первое уравнение:
Ток устройства Ia=I-I-Iш=300-297=3 А.
Из общего измеренного тока через амперметр будет протекать ток Ia=3 A, а через шунт – ток Iash=297 A.
Шунт к амперметру
4 Амперметр с внутренним сопротивлением 1,98 Ом дает полное отклонение стрелки при силе тока 2 А. Измеряется ток до 200 А. Каково сопротивление шунта, подключенного параллельно к клеммам?
В этой задаче диапазон измерения увеличен в 100 раз: n=200/2=100.
Необходимое сопротивление шунта rs=ga/(n-1).
В нашем случае сопротивление шунта составит: rn=1,98/(100-1)=1,98/99=0,02 Ом.
Читайте далее:- Измерительный инструмент – это инструмент для измерения. Что такое измерительный инструмент?.
- Расчет сопротивления шунта амперметра.
- Пример проблемы с шунтирующим сопротивлением.
- Подключение китайского амперметра-вольтметра.
- Амперметр: конструкция и типы приборов, принцип действия, параметры измерения.
- Прибор для измерения напряжения в электрической цепи.
- Типы контактных соединений.