Какое постоянное напряжение приблизительно покажут оба вольтметра?

Измерение напряжения

В радиолюбительской практике это наиболее распространенный вид измерений. Например, при ремонте телевизора измеряются напряжения в характерных точках устройства, а именно на выводах транзисторов и микросхем. Если есть под рукой принципиальная схема, и на ней указаны режимы транзисторов и микросхем, то найти неисправность опытному мастеру не составит труда.

При налаживании конструкций, собранных своими руками, без измерения напряжений обойтись нельзя. Исключения составляют лишь классические схемы, про которые пишут примерно так: «Если конструкция собрана из исправных деталей, то наладки не требуется, заработает сразу».

Как правило, это классические схемы электроники, например, мультивибратор. Такой же подход может получиться даже к усилителю звуковой частоты, если он собран на специализированной микросхеме. Как наглядный пример TDA 7294 и еще много микросхем этой серии. Но качество «интегральных» усилителей невелико, и истинные ценители строят свои усилители на дискретных транзисторах, а порою на электронных лампах. И вот тут-то без налаживания и связанных с этим измерений напряжений просто не обойтись.

Как и что предстоит измерять

Показано на рисунке 1.

Возможно, кто-то скажет, мол, что тут можно измерять? И какой смысл собирать подобную цепь? Да, практического применения для такой схемы найти, наверно, трудно. А для познавательных целей она вполне подойдет.

Прежде всего, следует обратить внимание на то, как подключается вольтметр. Поскольку на рисунке показана цепь постоянного тока, то и вольтметр подключается с соблюдением полярности, указанной на приборе в виде знаков «плюс» и «минус». В основном это замечание справедливо для стрелочного прибора: при несоблюдении полярности стрелка отклонится в обратную сторону, по направлению к нулевому делению шкалы. Так что получится какой-то отрицательный ноль.

Цифровые приборы, мультиметры, в этом плане более демократичны. Даже если измерительные щупы подключены в обратной полярности, напряжение все равно будет измерено, только на шкале перед результатом появится знак «минус».

Еще на что следует обратить внимание при измерении напряжений это диапазон измерений прибора. Если предполагаемое напряжение находится в пределах, например, 10…200 милливольт, то такому диапазону соответствует шкала прибора 200 милливольт, а измерение упомянутого напряжения по шкале 1000 вольт вряд ли даст вразумительный результат.

Так же следует выбирать диапазон измерений и в других случаях. Для измеряемого напряжения 100 вольт вполне подойдет диапазон 200В и даже 1000В. Результат будет один и тот же. Это что касается современного мультиметра.

Если же измерения производятся старым добрым стрелочным прибором, то для измерения напряжения 100В следует выбрать диапазон измерений, когда показания находятся в середине шкалы, что позволяет осуществить более точный отсчет.

И еще одна классическая рекомендация по использованию вольтметра, а именно: если величина измеряемого напряжения неизвестна, то измерения следует начинать, установив вольтметр на самый большой диапазон. Ведь если измеряемое напряжение будет 1В, а диапазон будет 1000В, самая большая опасность в неверных показаниях прибора. Если же получится наоборот, — диапазон измерений 1В, а измеряемое напряжение 1000, покупки нового прибора просто не избежать.

Что покажет вольтметр

Но, пожалуй, вернемся к рисунку 1, и попробуем определить, что, же покажут оба вольтметра. Для того, чтобы это определить, придется воспользоваться законом Ома. Задачу можно решить за несколько шагов.

Во-первых, рассчитать ток в цепи. Для этого надо напряжение источника (на рисунке это гальваническая батарея с напряжением 1,5 В) разделить на сопротивление цепи. При последовательном соединении резисторов это будет просто сумма их сопротивлений. В виде формулы это выглядит примерно так: I = U / (R1 + R2) = 4,5 / (100 + 150) = 0,018 (А) = 180 (мА).

Маленькое замечание: если выражение 4,5 / (100 + 150) скопировать в буфер обмена, затем вставить в окно виндоус-калькулятора, то после нажатия клавиши «равно» будет получен результат вычислений. На практике вычисляются еще более сложные выражения, содержащие квадратные и фигурные скобки, степени и функции.

Во-вторых, получить результаты измерений, как падение напряжения на каждом резисторе:

U1 = I * R1 = 0,018 * 100 = 1,8 (В),

U2 = I * R2 = 0,018 * 150 = 2,7 (В),

Для проверки правильности вычислений достаточно сложить оба получившиеся значения падения напряжений. Сумма должна быть равна напряжению батареи.

Возможно, у кого-то может возникнуть вопрос: «А если делитель будет не из двух резисторов, а из трех или даже из десяти? Как определить падение напряжения на каждом из них?». Точно так же, как и в описанном случае. Сначала надо определить общее сопротивление цепи и рассчитать общий ток.

После чего этот уже известный ток просто умножить на сопротивление соответствующего резистора. Иногда такие вычисления делать приходится, но тут тоже есть одно но. Чтобы не сомневаться в полученных результатах ток в формулы следует подставлять в Амперах, а сопротивление в Омах. Тогда, вне всяких сомнений, результат получится в Вольтах.

Входное сопротивление вольтметра

Сейчас все привыкли пользоваться приборами китайского производства. Но это не говорит о том, что качество у них никудышное. Просто в отечестве никто не додумался до производства собственных мультиметров, а стрелочные тестеры делать, видимо, разучились. Просто обидно за державу.

Рис. 2. Мультиметр DT838

Когда-то в инструкциях к приборам указывались их технические характеристики. В частности для вольтметров и стрелочных тестеров это было входное сопротивление, и указывалось оно в Килоомах/Вольт. Были приборы с сопротивлением 10 К/В и 20 К/В. Последние считались более точными, поскольку меньше подсаживали измеряемое напряжение и показывали более точный результат. Сказанное можно подтвердить рисунком 3.

На рисунке показан делитель напряжения из двух резисторов. Сопротивление каждого резистора 1КОм, напряжение питания 3В. Нетрудно догадаться, даже считать ничего не надо, что на каждом резисторе будет ровно половина напряжения.

Теперь представим, что измерения проводятся прибором ТЛ4, который в режиме измерения напряжений имеет входное сопротивление 10КОм/В. При указанном на схеме напряжении вполне подходит предел измерений 3В, на котором полное сопротивление вольтметра составит 10*3 = 30(КОм).

Таким образом, получается, что параллельно резистору сопротивлением в 1КОм подключено еще 30КОм. Тогда общее сопротивление при параллельном включении составит 999,999Ом. Хотя и несколько меньше меньшего, но не намного. Поэтому погрешность результата измерения напряжения будет незначительна.

В случае, если оба резистора делителя имеют номинал 1 мегаом, то результаты расчета будут выглядеть примерно так:

Суммарное сопротивление параллельно соединенного вольтметра и резистора R1 будет меньше меньшего, а по расчету составит 29,126КОм. Кто не верит, может для практики пересчитать по формулам для параллельного соединения сопротивлений.

Общий ток в цепи делителя: I = U / (R1 + R2) = 3 / (1000 + 29,126) = 0,0029150949446423470012418304464176 (мА).

Значения сопротивлений подставлены в килоомах, поэтому ток получился в миллиамперах. Тогда получается, что вольтметр покажет

0,0029150949446423470012418304464176 * 29,126 ≈ 0,085 В.

А ожидалась половина, т.е. полтора вольта! Если ток в миллиамперах, сопротивление в килоомах, то результат получается в вольтах. Хотя и не по системе СИ, но иногда поступают и так.

Конечно, такой делитель несколько не реален: зачем на напряжение всего 3В ставить резисторы сопротивлением 1 мегаом? А может где-нибудь такой делитель и применяется, вот только напряжение на нем надо мерить совсем другим прибором.

Например, один из самых дешевых китайских мультиметров DT838, на всех диапазонах измерения напряжений обладает входным сопротивлением 1 мегаом, намного выше, чем прибор в предыдущем примере. Но это вовсе не говорит о том, что стрелочные авометры отжили свой век. В некоторых случаях они просто незаменимы.

Измерение переменных напряжений

Все методы и рекомендации, касающиеся измерения постоянных напряжений, справедливы и для переменных: вольтметр включается параллельно участку цепи, входное сопротивление вольтметра должно быть по возможности большим, диапазон измерений должен соответствовать измеряемому напряжению. Но при измерении переменных напряжений следует учитывать еще два фактора, которых постоянное напряжение не имеет. Это частота напряжения и его форма.

Измерения могут проводиться двумя типами приборов: либо современным цифровым мультиметром, либо «допотопным» стрелочным тестером. Естественно, что оба прибора при таком измерении включаются в режим измерения переменных напряжений. Оба прибора рассчитаны на измерение напряжений синусоидальной формы, и при этом будут показывать действующее значение напряжения.

Действующее напряжение U составляет 0,707 амплитудного напряжения Uм.

U = Uм/√2 = 0,707 * Uм, откуда можно сделать вывод, что Uм = U * √2 = 1,41 * U

Здесь уместно привести широко распространенный пример. При измерении переменного напряжения прибор показал 220В, значит, амплитудное значение по формуле получится

Uм = U * √2 = 1,41 * U = 220 * 1,41 = 310В.

Этот расчет подтверждается каждый раз, когда сетевое напряжение выпрямляется диодным мостом после которого стоит хотя бы один электролитический конденсатор: если померить постоянное напряжение на выходе моста, то прибор покажет как раз 310В. Эту цифру следует запомнить, она может пригодиться при разработке и ремонте импульсных блоков питания.

Указанная формула справедлива для всех напряжений, если они будут иметь синусоидальную форму. Например, после понижающего трансформатора имеется 12В переменки. Тогда после выпрямления и сглаживания на конденсаторе получится

12 * 1,41 = 16,92 почти 17В. Но это если не подключена нагрузка. При подключенной нагрузке постоянное напряжение подсядет почти до 12В. В случае, когда форма напряжения иная, чем синусоида эти формулы не работают, приборы показывают не то, что от них ожидалось. На этих напряжениях измерения производятся другими приборами, например, осциллографом.

Еще один фактор, влияющий на показания вольтметра это частота. Например, цифровой мультиметр DT838 согласно своих характеристик меряет переменные напряжения в диапазоне частот 45…450Гц. Несколько лучше в этом плане выглядит старенький стрелочный тестер ТЛ4.

В диапазоне напряжений до 30В его частотный диапазон составляет 40…15000Гц (почти весь звуковой диапазон, можно пользоваться при настройке усилителей), но с увеличением напряжения допустимая частота падает. В диапазоне 100В это 40…4000Гц, 300В 40…2000Гц, а в диапазоне 1000В всего 40…700Гц. Вот тут уже бесспорная победа над цифровым прибором. Эти цифры также справедливы лишь для напряжений синусоидальной формы.

Хотя иногда и не требуется никаких данных о форме, частоте и амплитуде переменных напряжений. Например, как определить работает гетеродин коротковолнового приемника или нет? Почему приемник ничего не «ловит»?

Оказывается, все очень просто, если воспользоваться стрелочным прибором. Надо включить его на любой предел измерения переменных напряжений и одним щупом (!) коснуться выводов транзистора гетеродина. Если есть высокочастотные колебания, то они продетектируются диодами внутри прибора, и стрелка отклонится на некоторую часть шкалы.

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте сеть умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-университет от GeekBrains:

Изучить C, механизмы отладки и программирования микроконтроллеров;

Получить опыт работы с реальными проектами, в команде и самостоятельно;

Получить удостоверение и сертификат, подтверждающие полученные знания.

Starter box для первых экспериментов в подарок!

После прохождения курса в вашем портфолио будет: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная сеть устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-регулятор), устройство контроля влажности воздуха, система умного полива растений, устройство контроля протечки воды.

Вы получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный сертификат, которые можно добавить в портфолио и показать работодателю.

Встраиваемые миниатюрные цифровые вольтметры из Китая: обзор и тонкости применения

Для контроля работы аппаратуры бывают полезны постоянно работающие приборы — вольтметры, амперметры и т.п. Постоянный контроль параметров поможет понять пользователю: всё ли в порядке с аппаратурой, или «что-то пошло не так».
В этом обзоре будут представлены два миниатюрных цифровых вольтметра: на 30 Вольт и на 100 Вольт. Они — похожи, но не одинаковы.

Вольтметры предназначены для измерения постоянного напряжения положительной полярности.

Куплены вольтметры были на Алиэкспресс у этого продавца, цена (на дату обзора) — смешная: от $0.76 за 30-вольтовый прибор и до $1.35 — за 100-вольтовый.

Конструкция цифровых вольтметров

Оба вольтметра — бескорпусные; и из-за очень малых размеров платы с электроникой сначала может показаться, что они состоят только из индикаторов:

На этом фото сразу видно различие между вольтметром на 100 В ( слева) и на 30 В (справа): вольтметр на 100 В имеет 3-проводное подключение, а вольтметр на 30 В — двухпроводное.

Почему так сделано?

Всё очень просто: в вольтметрах применяется линейный стабилизатор с максимальным входным напряжением 30 В. Поэтому «младший» вольтметр может питаться прямо от измеряемого напряжения, а «старший» при использовании для измерения напряжений свыше 30 В требует для своего питания отдельный источник.

Если же 100-вольтовый вольтметр применять для измерения напряжений до 30 В, то можно замкнуть красный и желтый провода между собой и тоже запитать от измеряемого напряжения.

Но, как обычно, есть нюанс. Если запитывать прибор от измеряемого напряжения, то оно должно быть не ниже, чем необходимо для питания стабилизатора напряжения в приборе, а это — 5 В (рекомендовано продавцом). То есть, в этом случае и измеряемое напряжение должно быть не менее 5 В (испытания показали работоспособность и при 4 В, но это не гарантируется для всего температурного диапазона; да и разброс параметров элементов на плате вольтметра никто не отменял).

Несколько слов о габаритах вольтметров.

Если говорить о размерах кратко, то габариты приборов 30.2 x 11 x 8.6 мм.

С разбивкой по деталям размеры будут такие: длина платы — 30.2 мм, ширина платы — 11 мм, длина блока индикации — 22.6 мм, ширина блока индикации — 10.4 мм, высота блока индикации (от уровня платы) — 6.2 мм, высота всего прибора (от низа платы до верха индикатора) — 8.6 мм.

Высота цифр на индикаторе — 7.1 мм (0.28 дюйма).

Посмотрим на обратную сторону вольтметров, т.е. на платы с электроникой:

Платы вольтметров — абсолютно одинаковые, и различаются только расположением двух элементов (эти места указаны стрелочками на фото).

То есть, при желании и наличии «прямых рук» можно один из них преобразовать в другой и обратно. Но экономического смысла в этом нет, лучше сразу купить, какой надо (или, при сомнениях — оба сразу).

Назначение проводов — очевидное: чёрный — земля, красный — питание (оно же — измеряемое напряжение для 30-вольтового прибора), желтый — измеряемое напряжение.

На платах вольтметров расположено очень мало деталей.

Основа вольтметров — аналого-цифровой микроконтроллер, увы, без маркировки. Впрочем, никаких претензий к его работе не возникло.

Микроконтроллер осуществляет аналого-цифровое преобразование сигнала; затем, вероятно, какую-то нехитрую вычислительную обработку (возможно, усреднение нескольких замеров); а затем отправляет результат на 3-значный светодиодный индикатор.

Питанием микроконтроллер обеспечивают стабилизаторы с маркировкой «7533-1 E1125D» и «6513 TA502H».

Оба стабилизатора выдают на выходе напряжение 3.3 В, и, скорее всего, являются клонами популярных стабилизаторов AMS1117.

Для калибровки вольтметров имеется подстроечный резистор.

Вот, собственно, и всё.

Испытания цифровых вольтметров

Сразу надо сказать о главном: в испытаниях проверялась точность настройки вольтметров в том виде, в каком они пришли из Китая. Проверять точность просто «как таковую» смысла нет, поскольку в приборах есть калибровочные подстроечники, позволяющие скорректировать настройку вольтметров, если погрешность показаний окажется высокой.

Программа испытаний такая: сначала проверяем точность 100-вольтового вольтметра, а затем — синхронность показаний вольтметров при измерениях одного и того же напряжения.

Также проверим ток потребления приборов и входное сопротивление для 100-вольтового прибора.

Проверка точности заводской настройки, напряжение — 5 Вольт:

Всё хорошо, ошибка — менее 1%.

Напряжение — 12 В:

Здесь формально ошибки совсем нет, но это означает, скорее всего, что ошибаются оба прибора. 🙂

Обратите внимание: после 10 Вольт на тестируемом вольтметре запятая перескочила на 1 знак, и теперь прибор сотые доли Вольта не показывает.

Напряжение — 30.1 В:

Аналогично, ошибки как будто нет.

Дальше надо бы проверить на напряжении 100 В, но такого блока питания у меня не нашлось. Максимум, что нашлось — напряжение — 49.4 В:

Здесь обнаружилась небольшая погрешность на 0.1 В.

Вольтметр на 100 В позволяет измерять напряжения и меньшие, чем его напряжение питания. Но точность при этом будет падать по банальной причине: из-за слишком большого «веса» ошибки на единицу младшего разряда.

Можно измерить, например, напряжение на батарейке:

Теперь проверим совпадение (или несовпадение) показаний вольтметров между собой для двух напряжений — 4 В и 30 В:

Совпадение показаний вольтметров между собой оказалось на очень хорошем уровне.

Теперь — пример практического применения одного из этих вольтметров.

Младший вольтметр (на 30 В) я пристроил к QC-триггеру, предназначенному для получения напряжения 9 и 12 Вольт от павербанков и QC-зарядок (обзор QC-триггера вместе с павербанком).

Этот триггер посылает в подключенное устройство команду на выдачу 9 или 12 В, но не проверяет её исполнение.

Теперь проверка есть:

На этой фотографии оказалась хорошо заметна ещё одна особенность вольтметра: цифра «1» на индикаторе светится ярче других цифр.

Вероятно, вольтметр питает каждый из 3-х разрядов индикатора одним и тем же током, и для подсветки обходит их поочерёдно; в результате чего чем меньше число активных сегментов в цифре, тем ярче они светятся.

Нельзя назвать это существенной проблемой, но обратить внимание на неё следует.

Теперь — о потреблении тока вольтметрами.

Вольтметр на 30 В (с красным индикатором) потребляет 11 мА, вольтметр на 100 В (с жёлтым индикатором) — заметно больше, почти 16 мА.

При питании вольтметра на 100 В от источника с напряжением 30 В нагрев стабилизатора на плате прибора был весьма ощутимым (получилось 0.4 Вт рассеиваемой мощности на стабилизаторе).

Отсюда следует рекомендация: запитывать 100-вольтовый прибор напряжением не свыше 20 В. Самый лучший вариант — напряжением 5 В, которое есть почти везде.

Причина более высокого потребления у этого вольтметра, возможно, кроется в более высоком потреблении его индикатора (всё остальное у них — одинаковое).

Входное сопротивление 100-вольтового прибора — 100 КОм.

Говорить же о входном сопротивлении 30-вольтового прибора нет смысла, поскольку вход там объединён с питанием.

Диапазон подстройки точности вольтметров с помощью подстроечного резистора на плате составляет около 8%.

Итоги, выводы, тонкости применения

Сначала — о тонкостях применения при измерении отрицательных напряжений.

Если напряжение не превосходит 30 В, то всё делается элементарно: земля вольтметра подключается к минусу питания, а плюс вольтметра — на землю питания. И всё сразу работает!

Если же измеряемое напряжение превосходит 30 В, то всё становится намного сложнее.

Использовать в этом случае возможно только 100-вольтовый прибор; причём для его питания потребуется отдельный изолированный источник (в буржуйской терминологии — плавающий или даже летающий).

Это — серьёзное усложнение схемы, из-за чего есть смысл задуматься о других приборах для подобных измерений.

Теоретически можно вместо изолированного источника питания загасить лишнее напряжение резистором или стабилитроном; но такое решение — не красивое и ограничивает диапазон рабочих напряжений.

Теперь — о достоинствах протестированных вольтметров.

• низкая цена;
• хорошая точность измерения;
• возможность питания измеряемым напряжением;
• малые габариты и вес.

Достоинства — очень существенные, но и недостатки тоже есть:

• отсутствие регулировки яркости (в темноте свечение индикатора ощущается слишком ярким, а при ярком свете — тускловатым);
• наличие строб-эффекта (при движении глаз или самих вольтметров);
• не измеряют переменное напряжение;
• сложности с измерением отрицательных напряжений свыше 30 В.

Купить протестированные вольтметры можно здесь, причём имеется широкий выбор цветов свечения индикаторов (помимо протестированных с желтым и красным цветом).

Задачи средней трудности. В1.В участок электрической цепи включают поочередно два амперметра, причем первый показывает меньшую величину тока

Рис. 12.14

В1.В участок электрической цепи включают поочередно два амперметра, причем первый показывает меньшую величину тока, чем второй. Какой амперметр имеет меньшее сопротивление?

В2.Как изменят свои показания амперметры, если в схеме, показанной на рис. 12.14, разомкнуть ключ К?

В3. Вольтметр с внутренним сопротивлением R₀ = 0,4 кОм подключен к участку цепи с сопротивлением R = 20 Ом и по­казывает напряжение V₀ = 100 В. Как велика погрешность DV в показаниях вольтметра, если сила тока в сети до разветвления постоянна?

Рис. 12.15 Рис. 12.16

B4.Найти показание вольтметра U с сопротивлением R в цепи, изображенной на рис. 12.15. Ток до разветвления равен I, сопротивления проводников R₁и R₂ известны.

B5. Для измерения напряжения сети 120 В последовательно соединили два вольтметра с номинальными напряже­ниями 100 В и сопротивлениями 20,0 и 15,0 кОм. Определить показания каждого вольтметра и наибольшее напряжение, которое можно измерить вольтметрами.

В6. Почему при определении сопротив­ления проводника с помощью амперметра и вольтметра (рис. 12.16) берут тем более высокоомный вольтметр, чем бóльшая точ­ность требуется от результата измерения?

Рис. 12.17

В7. Найти сопротивление проводника R₁ по показаниям амперметра (I = 5 А) и вольтметра (U = 100 В), включенных по схеме, показанной на рис. 12.17, если сопротивление амперметра R_А = = 1 Ом. Какова будет ошибка, если, предположив R_А -5 А/дел. Вся шкала имеет 10 де­лений. Каковы сопротивления приложенных двух шунтов, делающих прибор амперметром с пределами измерения 3,0 и10 А?

В9. Миллиамперметр с числом делений шкалы N = 50 имеет цену деления i₀= 0,50 мА/дел и сопротивление R = 200 Ом. Как этот прибор приспособить для измерения токов до значения I = 1,0 А?

В10. При шунтировании гальванометра сопротивлениями R₁, R₂ и R₃ в них ответвляется 90 %, 99 % и 99,9 % тока I общей цепи. Найти эти сопротивления, если сопротивление гальванометра R = 27 Ом.

В11.К амперметру с сопротивлением R = 0,10 Ом под­ключен шунт с сопротивлением R_ш = 11,1 мОм. Найти ток, текущий через амперметр, если ток в общей цепи I = 27 А.

В12. Параллельно амперметру с сопротивлением R = 0,030 Ом включен медный проводник длины l = 10 см и диаметра D = l,5 мм. Найти ток в цепи I, если амперметр показывает ток I₀ = 0,40 А. Удельное сопротивление меди r = 0,017 мкОм×м.

В13.Вольтметр рассчитан на измерение напряжений до максимального значения V₀ = 30 В. При этом через вольт­метр идет ток I = 10 мА. Какое добавочное сопротивление R_д нужно присоединить к вольтметру, чтобы им можно было измерять напряжения до V = 150 В?

В14.Вольтметр с сопротивлением R = 50,0 кОм, подключенный к источни­ку тока вместе с добавочным сопротив­лением R_д = 120 кОм, показывает на­пряжение V₀ = 100 В. Найти напряже­ние V источника тока.

В15.Вольтметр, соединенный последовательно с сопротивлением R₁ = 10 кОм, при включении в сеть с напря­жением V = 220 В показывает напряжение V₁= 70 В, а соединенный последовательно с сопротивлением R₂, пока­зывает напряжение V₂ = 20 В. Найти сопротивление R₂.

В16.К миллиамперметру, рассчитанному на максимальный ток I = =100 мА, присое­диняют добавочное сопротивление, чтобы получить вольтметр, которым можно из­мерять напряжение до U = 220 В. Какой должна быть величина R_д этого сопротивления, если известно, что при шунтировании миллиамперметра сопротивлением R_ш = 0,20 Ом цена его деления возрастает в п = 10 раз?

В17.Имеется прибор с ценой деления i₀= 10 мкА, Шкала прибора имеет п = 100 делений, внутреннее со­противление прибора r = 50 Ом. Как из этого прибора сделать вольтметр для измерения напряжения до U = = 200 В или миллиамперметр для измерения токов до I₀ = 800 мА?

Задачи трудные

С1. Даны две схемы (рис. 12.18). Как изменятся показания приборов при перемещении ползунка реостата? Как изменится накал волоска электрической лампы в той и другой схеме?

Рис. 12.18 Рис. 12.19

С2. Определяя сопротивление лампочки карманного фонаря, уча­щийся ошибочно составил цепь, схема которой приведена на рис. 12.19. Описать режим работы этой цепи и указать, какими приблизительно бу­дут показания приборов, если напряжение на полюсах источника тока 2 В.

С3. Найти напряжение, которое покажет высокоомный вольтметр, включенный в схему так, как показано на рис. 12.20. Сопротивления резисторов R₁, R₂, R₃ и R₄ и напряжение U₀ известны.

Рис. 12.20 Рис. 12.21

С4.Собрана цепь, изображенная на рис. 12.21. Вольтметр показывает напряжение U₁= 20 В. Напряжение на входе цепи U₀= 100 В. Найти отношение тока, идущего через вольтметр, ктоку, идущему через правую часть потенциометра, если отношение сопротивлений, на которые движок делит потен­циометр, п = 2/3, причем большее сопротивление справа от движка.

С5. К потенциометру с сопротивлением R = 4,0 кОм при­ложена разность потенциалов U = 110 В. Между концом потен­циометра и движком включен вольтметр сопротивлением R_в = 10 кОм. Что покажет вольтметр, если движок стоит посередине потенциометра?

С6.Электрическая цепь состоит из источника тока с напряжением U = 180 В и потенциометра с полным сопро­тивлением R = 5,0 кОм. Найти показания вольтметров, при­соединенных к потенциометру по схеме, изображенной на рис. 12.22. Сопротивления вольтметров R₁ = 6,0 кОм и R₂ = 4,0 кОм. Движок х стоит посередине потенциометра.

Рис. 12.22 Рис. 12.23

С7. Найти сопротивление проводника R₁по показаниям амперметра (I = 5 А точно) и вольтметра (U = 100 В точно), включенных по схеме, изображенной на рис. 12.23, если сопротивление вольтметра R₂ = 2,5 кОм (точно). Какова будет ошибка в опреде­лении R₁, если, предположив, что R₁

С9. Имеются два сопротивления. Если амперметр зашунтировать одним из них, то цена его деления увеличится в п₁ раз, если амперметр зашунтировать другим, то цена деления увеличится в п₂раз. Как изменится цена деления амперметра, если для шунта использовать оба сопротивления, включив их между собой: а) последовательно; б) параллельно?

С10.Вольтметр имеет четыре предела измерения: 3,0; 15; 75 и 150 В. Наибольший допустимый (номинальный) ток при­бора I_ном = 0,30 мА. Найти добавочные сопротивления R₁, R₂, R₃, R₄, если внутреннее сопротивление вольтметра r = 1,0×10 3 Ом.

С11. Имеются два сопротивления. Если к вольтметру подключить одно из них, то цена его деления увеличится в n₁ раз, если включить второе, то она увеличится в п₂раз. Как изме­нится цена деления вольтметра, если эти сопротивления использовать одновременно, включив их между собой: а) после­довательно; б) параллельно?

С12. К гальванометру, сопротивление которого r = 290 Ом, присоединили шунт, понижающий чувствительность гальванометра в 10 раз. Какое сопротивление надо включить последовательно с шунтированным гальванометром, чтобы общее сопротивление осталось неизменным?

Дата добавления: 2016-04-11 ; просмотров: 3037 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

ВОЛЬТМЕТР ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ: как подключить и правильно использовать

Автомобильный вольтметр является очень полезным прибором, позволяющим постоянно контролировать текущее состояние бортовой сети. Многие недооценивают его, полагая, что он имеет ограниченные функции, незаслуживающие внимания. Однако вольтметр может многое, поскольку напряжение бортовой сети автомобиля при разных режимах эксплуатации – отличается. Потому предлагаем ознакомиться с возможностями данного прибора, как его выбрать, установить, и понимать выдаваемые им показатели.

Зачем нужен вольтметр в автомобиле?

В целом, при умелом использовании вольтметр в машине позволяет контролировать:

• На сколько % заряжена или разряжена аккумуляторная батарея.
• Как аккумулятор держит нагрузку во время запуска двигателя, когда работает стартер.
• Нормально ли заряжается АКБ от генератора на холостых и в движении.
• Какую нагрузку на бортовую сеть дают различные приборы – освещение, мощная акустика, инвертор и так далее.
• Степень износа аккумуляторной батареи.

Как получить и расшифровать всю эту информацию при помощи довольно примитивного на первый взгляд прибора – детально рассказано ниже. А для начала вольтметр в машину надо выбрать и установить.

Какой вольтметр выбрать в машину?

Если вы владелец современного автомобиля, то бортовой вольтметр, скорее всего, уже предусмотрен комплектацией. Показания прибора можно найти в одном из меню, либо они по умолчанию постоянно выводятся в каком-нибудь месте на панели приборов.

Если же вольтметр в машине не предусмотрен производителем, его легко подобрать отдельно, после чего установить на удобное место, подключить и пользоваться. Какой вариант выбрать? Какой лучше, надежнее, точнее?

На самом деле в наше время практически нет никакой разницы, какой вольтметр покупать для установки в автомобиль. Даже самые откровенно дешевые модели китайского производства, как правило, показывают напряжение достаточно точно. Руководствоваться можно следующими простыми рекомендациями:

• цифровые вольтметры более наглядные и компактные, чем аналоговые (стрелочные);
• для автомобиля лучше купить просто вольтметр, чем комбинированный вольтамперметр (в таких моделях вольтметр более точный, да и амперметр в машине ни к чему);
• в установке проще всего вольтметры, рассчитанные под разъем прикуривателя;
• если выбирать модель с проводами для подключения, обратите внимание на их количество – третий провод, как правило, сигнальный – позволяет управлять выключением и выключением вольтметра, а также, возможно, яркостью свечения дисплея;
• очень желательно приобретать вольтметр с подсветкой, чтобы его показания были видны в сумерках и ночью;
• среди цифровых вольтметров лучше выбирать тот, у которого после запятой (точки) отображаются две цифры (сотые доли вольта);
• абсолютно бесполезными являются вольтметры, у которых на дисплее вместо цифр отображается абстрактная шкала в виде батарейки или аккумулятора;
• не стоит брать высоковольтные вольтметры, способные измерять напряжение более 50 вольт (в нужном диапазоне от 11.0 до 15.00 вольт такие приборы, как правило, не очень точные);
• как показывает реальный опыт – чем больше дополнительных функций у вольтметра (часы, термометр, барометр, амперметр и т. д.), тем менее точно такой прибор измеряет напряжение;
• по возможности лучше отдать предпочтение вольтметру, в котором предусмотрена калибровка при помощи винтика (перед установкой его показания можно будет сверить с хорошим мультиметром, если такой есть в хозяйстве).

Перед тем, как приобрести подходящий вольтметр в машину, подумайте – где и как вы его будете устанавливать. Поместится ли он там, как вы протянете от него провода, не будет ли он отвлекать от вождения, не испортит ли интерьер салона?

Как подключить вольтметр в машине?

Как уже было сказано выше, самый простой в плане подключения вольтметр – рассчитанный под установку в разъем прикуривателя. Такой прибор достаточно просто воткнуть вместо собственно прикуривателя, и все. Также для его установки можно воспользоваться удлинителем или тройником для этого же разъема. Это будет удобно, если розетка прикуривателя используется вами еще для чего-либо – для питания видеорегистратора, зарядки смартфона, или по прямому назначению.

С проводными моделями придется повозиться. Сначала рассмотрим вольтметр, у которого есть только два провода. Как правило, они всегда идут двух разных цветов, например, красный и черный. Если купленный вами вольтметр не откровенная подделка, то красный провод – это «плюс», а черный, соответственно, «минус» или «масса».

Любой вольтметр в машине подключается непосредственно к аккумуляторной батарее. Лучше, если через плавкий предохранитель. Так, кстати, подключены практически все розетки прикуривателя – прямо к АКБ через предохранитель. Соответствующие провода для подключения вольтметра лучше всего протянуть к аккумуляторной батарее самостоятельно. В качестве альтернативы можно попытаться найти «плюс» и «минус» под обшивкой панели приборов, либо в том месте, где подключена автомагнитола. Однако, повторимся, лучше всего – протянуть отдельные два провода прямо к АКБ, установив в разрыв плюсового провода плавкий предохранитель.

Что делать, если оба провода, выходящих из купленного вольтметра, имеют одинаковый цвет? Какой куда подключать? Все очень просто. Чтобы определить, какой из проводов соответствует «плюсу», а какой «минусу», попытайтесь измерить при помощи вольтметра напряжение обычной 9-вольтовой батарейки, именуемой в народе «крона». Если подключить провода правильно, то на дисплее отобразится корректный вольтаж без знака «минус» и других ошибок. Остается только наметить провода в соответствии с полярностью батарейки, и в таком же порядке тянуть их к АКБ.

На многих автомобильных вольтметрах узнать полярность проводов при помощи пальчиковой батарейки невозможно. Прибор просто не отреагирует на ее подключение. Происходит это потому, что сам вольтметр питается от источника, напряжение которого измеряет. И для его работы требуется обычно, как минимум, 3-5 вольта, которых в пальчиковой батарейке просто нет (там только 1,5 В).

Как подключить вольтметр в машине, если из него выходит три провода? Начать надо с идентификации двух основных проводов – плюсового и минусового. Ориентироваться можно либо по цветовой маркировке, либо (что более надежно) по измерению напряжения кроны. Третий оставшийся провод – сигнальный. Если его подключить к соответствующему проводу в машине, то вольтметр будет автоматически выключаться и включаться при повороте ключа в замке зажигания. По этому же принципу подключается сигнальный провод к автомагнитоле. Туда, кстати, его и можно подсоединить. Обозначается он буквами АСС.

Аналоговые вольтметры подключаются так же. Сначала определяется полярность проводов, после чего они подсоединяются к соответствующим клеммам АКБ. Предохранителем тоже не следует брезговать. Если с прибором что-либо случится, предохранитель предохранит ваш автомобиль от пожара.

Как пользоваться вольтметром в автомобиле?

Теперь самое интересное – как по простым цифрам на вольтметре узнавать всю ту информацию, которая была перечислена в списке в начале статьи? Пойдем по порядку.

На сколько % заряжена аккумуляторная батарея?

Процент заряженности АКБ можно определить по тому, сколько вольт она выдает в состоянии покоя. Последнее является очень важным условием, обязательным к выполнению. Потому с него и начнем. Как вывести аккумуляторную батарею в состояние покоя? А надо просто дать ей отстояться в течение 8-12 часов. В таком состоянии АКБ пребывает обычно утром, если автомобиль до этого эксплуатировался вчера, и был поставлен на стоянку не поздно вечером. За ночь батарея «успокоилась», напряжение на ней выровнялось, и по нему можно определять, на сколько процентов она заряжена.

Как это делается? Полностью исправная батарея легкового автомобиля в состоянии покоя должна выдавать напряжение от 11,7 В до 12,7 В. При этом, если вольтметр показывает 12,7 В, то аккумулятор заряжен на 100 %, а если 11,7 В – то он, наоборот, разряжен в ноль. Напомним, что батарея должна быть отстоявшейся, а также в момент измерений не должна быть включена никакая нагрузка (музыка, габариты, гаджеты и так далее).

Прелесть этого метода в том, что по вольтажу АКБ, пребывающей в покое и без нагрузки, можно определить и промежуточные значения в процентах. Для этого достаточно сопоставить десятые доли вольта с десятками процентов. Например, если напряжение батареи 12,6 В, то вычитаем 10% из 100%, и получаем заряженность АКБ на 90%. Соответственно, 12,5 В – это 70%, и так далее, до полного разряда.

Перед тем, как начать пользоваться этой методикой, не лишним будет проверить ток утечки, когда автомобиль заглушен и все приборы выключены. Если какие-либо потребители находятся в спящем режиме, они могут потреблять достаточно большой ток из АКБ. Это станет причиной просадки напряжения, и полученные описанным способом данные будут неточными. Самые точные % можно узнать только при полностью отключенной от бортовой сети АКБ. Если же ток утечки в норме (50-100 мА), то процент заряда будет весьма точным.

Как АКБ держит нагрузку во время запуска двигателя?

Во время работы стартера аккумуляторная батарея испытывает самые больше нагрузки, несравнимые с другими потребителями автомобиля. Токи в этот момент достигают сотен ампер, что вызывает весьма заметную просадку напряжения даже на новой и полностью заряженной батарее.

Так вот. Если обратить внимание на вольтметр во время запуска двигателя, то можно узнать, насколько хорошо держит большую нагрузку ваш аккумулятор. Если АКБ полностью исправна и не сильно изношена, то просадка должна быть не более 2-3 десятых вольта. То есть, если вы сели в автомобиль утром, и напряжение было 12,5 В, а в процессе старта мотора просело до 12,3 В, то это свидетельствует о том, что батарея отлично держит нагрузку.

Этот метод, кстати говоря, позволяет определять не только исправность батареи, но и самого стартера. Если, например, у вас установлена абсолютно новая (или сравнительно свежая) батарея, в которой вы уверены, а просадка напряжения при старте все равно огромная (падает до 11-10 В и ниже), то это означает, что со стартером есть явные проблемы. Он либо подклинивает, либо есть износ щеток, либо замыкание в обмотках. Плохой контакт на клеммах стартера тоже может стать причиной конкретных просадок напряжения.

Нормально ли заряжается АКБ от генератора?

Когда двигатель запущен и работает, генератор должен вырабатывать электроэнергию, часть которой возвращается в аккумулятор, заряжая ее. Чтобы определить, что заряд действительно происходит, и позволяет определить рассматриваемый здесь прибор.

Сколько должен показывать вольтметр при заведенной машине? Здесь на разных автомобилях показатели достаточно сильно разнятся. Если брать идеальное напряжение, которое свидетельствует о полноценном заряде батареи, то оно соответствует 14,4 В. Но есть несколько нюансов.

1. Во-первых, если перед запуском мотора АКБ была сильно разряжена, то в первые минуты напряжение заряда будет несколько меньшим, чем положено. Может быть даже меньше 14 В (13,7-13,8, например). Это нормально. Со временем оно будет повышаться, и выйдет на указанный параметр.
2. Во-вторых, нормально напряжение заряда на разных автомобилях отличается. Оно зависит и от генератора, и от скорости вращения коленчатого вала, и от характеристик или исправности реле-регулятора. В целом, если напряжение заряда сильно отличается от идеальных 14,4 В, то следует показать свой автомобиль хорошему автоэлектрику.
3. В-третьих, при отрицательных температурах окружающей среды считается, что АКБ первые полчаса вообще не способна принимать заряд от генератора. Отсюда следует, что сразу после запуска в сильный мороз напряжение заряда будет далеким от идеального. Если вся система исправна, то после прогрева подкапотного пространства и самой батареи показатели вольтметра выровняются.

Нагрузка от бортовых приборов и степень износа батареи

Этот метод позволяет узнать, насколько сильно нагружается бортовая сеть теми или иными потребителями. Это особенно полезно, если вы используете какие-либо из них в автономном режиме. Контролируя напряжение по вольтметру, вы избежите полного разряда батареи, и не останетесь где-нибудь в лесу, на рыбалке или на пикнике наедине с автомобилем, который не заводится.

Нагрузка определяется очень просто. Для этого надо сравнить показания вольтметра при выключенном приборе, и во время его работы. По степени просадки напряжения можно судить о мощности потребителя и о том, насколько быстро он разрядит вашу батарею.

Что касается степени износа батареи, то его можно тоже определить, ежедневно наблюдая за тем, как ведет себя напряжение АКБ в состоянии покоя. Так, если аккумулятор каждый день выдает все меньшее и меньшее напряжение по утру, то есть проблемы. У АКБ либо возрос саморазряд, либо она недозаряжается во время езды. Эти же самые симптомы могут помочь определить возросшие внезапно токи утечки и другие проблемы с электросистемой автомобиля.

Что измеряет и показывает вольтметр

Такой прибор, как вольтметр, знаком каждому еще со времен изучения физики, а точнее — электродинамики. Если знать, что измеряет вольтметр, можно применять его с пользой. Главное — помнить, что подключать в сеть его нужно параллельно, иначе показания будут неточными. При работе важно соблюдать меры предосторожности, так как электрический ток любого напряжения представляет опасность для жизни.

• Подробнее о приборе
• Что такое напряжение
• Разновидности вольтметров
• Технические характеристики
• Принцип работы
• Меры безопасности

Подробнее о приборе

Вольтметр предназначен для измерения напряжения тока в электрической цепи. Название его происходит от традиционного для измерительных приборов слова «метр» и от единицы измерения напряжения — «Вольт». Достаточно включить такой прибор в сеть, и он начнет показывать значение напряжения.

Конечно, без погрешностей не обходится, но они незначительны. Для того чтобы показания прибора были идеальными, он должен иметь бесконечное внутреннее сопротивление, в противном случае неизбежно его влияние на ту цепь, к которой он подключен. Разумеется, такое сопротивление быть не может: идеальных вольтметров не бывает, но при их производстве делается все возможное, чтобы повысить внутреннее сопротивление.

Что такое напряжение

Чтобы точно понять, как работает и что показывает вольтметр, необходимо знать, что собой представляет объект его измерения. Важно понимать, что такое напряжение и от чего зависит его величина.

Как известно, из школьного курса физики, величина вычисляется по формуле U=IR, где:

• U — это собственно и есть напряжение;
• I — сила тока;
• R — сопротивление на участке цепи.

Чтобы определить напряжение в сети, нужно умножить силу тока на сопротивление. Причем предварительно, следует узнать, чему равны две последние величины. Например, если сила тока равна 5 Ампер, а сопротивление на участке — 2 Ом, то напряжение составит 10 Вольт.

Впрочем, приведенная выше формула, хоть и максимально проста, но все же не дает представления о том, что же такое напряжение и зачем его вообще нужно измерять. Ведь это лишь цифры, не более. Сам ток, к сожалению, не виден, как, впрочем, не видны и заряженные микроскопические частицы.

Для простоты понимания можно сравнить электрический ток в проводнике с предметами, которые часто нами наблюдаются в обыденной жизни. В частности, здесь поможет сравнение с движением воды в реках и водопадах: то есть ее течением с высокого уровня на низкий. Здесь напряжение соответствует высоте: разности уровней. Иными словами напряжение в электросети — это то же самое, что напор воды в реке. Если напряжения в сети нет, то нет и тока. Также не будет и течения в том водоеме, где уровень воды всюду одинаков, например, в пруду или в озере.

На шкале прибора обычно ставят букву «V». Это делается для того, чтобы его проще можно было отличить от других электроизмерительных приборов, например, от амперметра, который показывает силу тока. Дело в том, что эти приборы внешне очень похожи друг на друга.

Диапазон вольтметра может быть различным. Те приборы, которые предназначены для включения в слабую электрическую сеть, максимум могут показать 5 Вольт. Бывают приборы и с большим диапазоном, например, в 10 или в 25 Вольт. Более мощные устройства способны показывать и тысячу Вольт. Разумеется, все зависит от предназначения вольтметра.

Разновидности вольтметров

Есть несколько видов вольтметров. В первую очередь устройства вольтметров подразделяются на две основные разновидности:

1. Стационарные. Как правило, встроены в саму сеть и отсоединение их не представляется возможным.
2. Мобильные. Их можно переносить с места на место и использовать в разных электросетях.

Выделяется также несколько видов вольтметров по принципу действия. Среди них есть множество электромеханических и пара электронных. Последние, в свою очередь, могут быть цифровыми и аналоговыми. Значение напряжения может указываться движущейся стрелкой или меняющимися электронными цифрами на дисплее.

Также вольтметры классифицируются по назначению. Среди них выделяются приборы, предназначенные для измерения постоянного тока или переменного.

Кроме того, устройства могут быть импульсными, фазочувствительными, универсальными.

Технические характеристики

Характеристики вольтметра зависят от его предназначения. Например, прибор, который измеряет напряжение постоянного тока, может обладать двумя, тремя или большим количеством диапазонов. Их число как раз и является одной из важнейших технических характеристик.

При выборе вольтметра нужно:

1. Обращать внимание на такую характеристику, как входное сопротивление. Она зависит от того, в каком диапазоне находится напряжение исследуемого участка электросети
2. Учитывать цену деления шкалы прибора и его погрешность в измерении.
3. Если был приобретен универсальный вольтметр, то обязательно учесть диапазоны величин, с которыми вольтметр может работать: сопротивления, силы тока, температуры.

Принцип работы

Как уже говорилось выше, по принципу действия вольтметры подразделяются на две разновидности — электромеханические и электронные. Строение первых представляет собой магнитную систему, которая способна реагировать на электрическое поле. Главный недостаток таких приборов состоит в том, что они, будучи подключенными к сети, способны сами на нее влиять, и поэтому их показания зачастую являются неточными.

Электронные же приборы, которые сегодня, в эпоху цифровых технологий становятся все популярнее, могут преобразовывать аналоговый сигнал в цифровой. Такие приборы недороги и очень удобны в использовании.

При подключении устройства в сеть важно соблюдать основное правило: его зажимы должны подсоединяться к тем точкам цепи, между которыми определяется напряжение. Такое подключение называется параллельным. Это требование нужно соблюдать обязательно, иначе устройство может просто-напросто перегореть.

Меры безопасности

Поскольку сам прибор имеет большое сопротивление, а в сеть он подключается параллельно, вероятность того, что при работе с ним человек получит сильный удар током, минимальна. Однако если вольтметры используются в промышленности, часто приходится иметь дело с большими значениями напряжения и других величин, характеризующих электрический ток.

Нужно быть очень осторожным, измеряя напряжение в сети посредством этого электроизмерительного прибора. Ни в коем случае нельзя прикасаться к прибору голыми руками. Избежать несчастного случая помогут перчатки из непроводящего ток материала, например, из резины.

Нельзя прикасаться к оголенным проводам, даже если уже известно, что напряжение в них не очень велико, например, Вольт или еще меньше.