Как найти мощность потребляемую вольтметром

Обновлено: 15.05.2023

1. Для измерения напряжений и токов в электрических цепях постоянного тока используются специальные приборы – вольтметры и амперметры.

Рис.1.

Измерение силы тока и напряжения амперметром и вольтметром.

Вольтметр предназначен для измерения разности потенциалов, приложенной к его клеммам. Он подключается параллельно участку цепи, на котором производится измерение разности потенциалов. Любой вольтметр обладает некоторым внутренним сопротивлением R_V. Для того, чтобы вольтметр не вносил заметного перераспределения токов при подключении к измеряемой цепи, его внутреннее сопротивление должно быть велико по сравнению с сопротивлением того участка цепи, к которому он подключен. Для цепи, изображенной на рис. 1, это условие записывается в виде:

Это условие означает, что ток: I_V = , протекающий через вольтметр, много меньше тока I = , который протекает по тестируемому участку цепи.

Поскольку внутри вольтметра не действуют сторонние силы, разность потенциалов на его клеммах совпадает по определению с напряжением. Поэтому можно говорить, что вольтметр измеряет напряжение.

Амперметрпредназначен для измерения силы тока в цепи. Амперметр включается последовательно в разрыв электрической цепи, чтобы через него проходил весь измеряемый ток. Амперметр также обладает некоторым внутренним сопротивлением R_A. В отличие от вольтметра, внутреннее сопротивление амперметра должно быть достаточно малым по сравнению с полным сопротивлением всей цепи. Для цепи на рис. 1. сопротивление амперметра должно удовлетворять условию R_A

Амперметр и вольтметр приборы, которые могут быть устроены на базе одно итого же прибора магнитоэлектрической системы, который называют гальванометром:

Рис.2.Гальванометр.

Любой гальванометр, имеет проволочную катушку, обладающую сопротивлением R_Г. Если к гальванометру подключить последовательно добавочное сопротивление, то его можно использовать как вольтметр, подключая его, вместе с добавочным сопротивлением, параллельно участку цепи:

Рис.3.Подключение добавочного сопротивления к гальванометру.

R_д = R_г(n – 1), где n = , отношение напряжения которое необходимо измерить к напряжению которое приходится на катушку гальванометра.

В соответствии с законами последовательного соединения и законом Ома для участка цепи имеем:

= , = ,

U ‒ U_г = R_д , ‒ 1 = , n ‒ 1 = ,

Если к гальванометру подключить параллельно сопротивление (шунт), то его можно использовать как амперметр, подключая его, вместе с шунтом, параллельно участку цепи:

Рис.4.Подключение шунта к гальванометру.

I_ш⋅ R_ш= I_г ⋅ R_г , (I ‒ I_г )⋅ R_ш= I_г ⋅ R_г, ( ‒1)⋅ R_ш= I_г ⋅ R_г,

R_ш = , где n = , отношение cилы тока которую необходимо измерить к силе тока которая приходит через катушку гальванометра.

2. Измерение мощности.

Мощность в электрической цепи можно измерить помощью амперметра и вольтметра.

Зная показания амперметра и вольтметра по формуле:

P = U∙I – определяем мощность в электрической цепи.

Мощность в электрической цепи можно определить, используя ваттметр электродинамической системы.

.

Рис.6.Схема соединения катушек Рис.7.Схема включения катушек

электродинамического ваттметра. электродинамического ваттметра.

Катушка вывод (вывод её обозначается *), которой подключается последовательно к источнику тока (генератору) называется токовой.

Катушка, которая подключается параллельно нагрузке, называется катушкой напряжения. Один из выводов этой катушки обозначается *и соединяется с выводом токовой катушки, обозначенной звёздочкой*. Шкала такого прибора проградуирована в ваттах (Вт).

Работа электрического тока в цепи определяется по формулам: $A = Uq$ и $A = UIt$. Но часто, кроме самой работы, нам важна скорость ее выполнения. В механике у нас была такая величина — мощность.

Что называют мощностью? Как рассчитать мощность?

Мощность — это физическая величина, равная отношению работы ко времени, за которое она была совершена. Она определяется по формуле: $N = frac$.

На данном уроке мы рассмотрим мощность как величину, характеризующую работу именно электрического тока.

Мощность тока и ее связь с напряжением и силой тока

В электричестве мощность обозначается буквой $P$, а не $N$. При этом смысл этой величины остается тем же. Эта величина численно равна работе, которая совершается в единицу времени:
$P = frac$, где $P$ — мощность электрического тока.

Как рассчитать мощность электрического тока через напряжение и силу тока?

Вы уже знаете, что работа электрического тока определяется по формуле: $A = UIt$. Подставим это выражение в определение мощности:
$P = frac = frac = UI$.

Мощность электрического тока — это величина, численно равная произведению напряжения на силу тока:
$P = UI$.

Единицы измерения мощности тока

Что принимают за единицу мощности?

Единицей мощности является $1 space ватт$ ($Вт$).

Как выражается единица мощности через единицы напряжения и силы тока?

Из формулы $P = UI$ следует:

$1 space ватт = 1 space вольт cdot 1 space ампер$,
$1 space Вт = 1 space В cdot А$.

Кратные единицы мощности

На практике часто используют кратные единицы мощности для удобства. К ним относятся гектоватт ($гВт$), киловатт ($кВт$) и мегаватт ($МВт$).

$1 space гВт = 100 space Вт$,
$1 space кВт = 1000 space Вт$,
$1 space МВт = 1 space 000 space 000 space Вт$.

Измерение мощности электрического тока

Мощность электрического тока напрямую зависит от напряжения и силы тока в цепи. Соответственно, для того, чтобы определить мощность тока, нам понадобится два прибора: амперметр и вольтметр. Умножив показания этих приборов друг на друга, мы получим численное значение мощности.

Также для измерения мощности напрямую существуют специальные приборы — ваттметры (рисунок 1). Они непосредственно измеряют мощность электрического тока в цепи.

Мощность, потребляемая некоторыми приборами

В таблице 1 представлены значения мощности для некоторых приборов. Для бытовых приборов она всегда указывается в паспорте каждого устройства.

Устройство	Потребляемая мощность $P$, $Вт$
Лампа карманного фонаря	1
Лампа накаливания	40-200
Холодильник	160
Кондиционер	800
Утюг	1200-2200
Стиральная машина	2200
Пылесос	1500-3000
Лампа звезды башни Кремля	5000
Электропоезд	6 500 000

Таблица 1. Значения мощности тока для некоторых приборов и устройств

Упражнения

Упражнение №1

В цепь с напряжением в $127 space В$ включена электрическая лампа, сила тока в которой равна $0.6 space А$. Найдите мощность тока в лампе.

Дано:
$U = 127 space В$
$I = 0.6 space А$

Посмотреть решение и ответ

Решение:

Мощность электрического тока в лампе рассчитывается по формуле: $P = UI$.

$P = 127 space В cdot 0.6 space А = 76.2 space Вт$.

Ответ: $P = 76.2 space Вт$.

Упражнение №2

Электроплитка рассчитана на напряжение $220 space В$ и силу тока $3 space А$. Определите мощность тока в плитке.

Дано:
$U = 220 space В$
$I = 3 space А$

Посмотреть решение и ответ

Решение:

Мощность электрического тока в плитке рассчитаем по формуле: $P = UI$.

$P = 220 space В cdot 3 space А = 660 space Вт$.

Ответ: $P = 660 space Вт$.

Упражнение №3

Пользуясь таблицей 1, вычислите, какую работу совершает за $1 space ч$ электрический ток в лампе карманного фонаря, осветительной лампе мощностью $200 space Вт$, в лампе звезды башни Кремля.

Дано:
$t = 1 space ч$
$P_1 = 1 space Вт$
$P_2 = 200 space Вт$
$P_3 = 5000 space Вт$

СИ:
$t = 3600 space с$

Посмотреть решение и ответ

Решение:

Мощность тока по определению равна работе, которую ток совершает за единицу времени: $P = frac$.

Выразим отсюда работу и рассчитаем ее для каждой лампы:
$A = Pt$.

Работа тока в лампе карманного фонаря:
$A_1 = P_1 t$,
$A_1 = 1 space Вт cdot 3600 space с = 3600 space Дж = 3.6 space кДж$.

Работа тока в осветительной лампе:
$A_2 = P_2 t$,
$A_2 = 200 space Вт cdot 3600 space с = 720 space 000 space Дж = 720 space кДж$.

Работа тока в лампе звезды башни Кремля:
$A_3 = P_3 t$,
$A_3 = 5000 space Вт cdot 3600 space с = 18 space 000 space 000 space Дж = 18 space МДж$.

Ответ: $A_1 = 3.6 space кДж$, $A_2 = 720 space кДж$, $A_3 = 18 space МДж$.

Упражнение №4

Рассмотрите один-два электроприбора, используемые в квартире. Найдите по паспорту приборов их мощность. Определите работу тока в них за $10 space мин$.

Если вы не можете найти паспорт прибора, внимательно рассмотрите его. Часто производители указывают мощность на самом устройстве. Мы возьмем пылесос мощностью $2000 space Вт$ и фен для волос мощностью $2200 space Вт$ (рисунок 2).

Дано:
$t = 10 space мин$
$P_1 = 2000 space Вт$
$P_2 = 2200 space Вт$

СИ:
$t = 600 space с$

Посмотреть решение и ответ

Решение:

Мощность тока по определению равна работе, которую ток совершает за единицу времени: $P = frac$.

Выразим отсюда работу и рассчитаем ее для каждого прибора:
$A = Pt$.

Работа тока в пылесосе, совершенная за $10 space мин$ его использования:
$A_1 = P_1t$,
$A_1 = 2000 space Вт cdot 600 space с = 1 space 200 space 000 space Дж = 1.2 space МДж$.

Работа тока в фене для волос, совершенная за $10 space мин$ его использования:
$A_2 = P_2t$,
$A_2 = 2200 space Вт cdot 600 space с = 1 space 320 space 000 space Дж = 1.32 space МДж$.

Чтобы определить мощность тока, возьмите амперметр и вольтметр, присоедините к аппарату-потребителю, мощность которого измеряется, и, сняв показания, рассчитайте ее числовое значение. В том случае, когда заранее известно сопротивление проводника, можно измерить только силу тока или напряжение и посчитать мощность тока. Ее также можно узнать прямым измерением.

• Как узнать мощность тока
• Как рассчитать потребляемый ток
• Как по току рассчитать мощность

• Для проведения измерений возьмите амперметр, вольтметр, ваттметр, омметр.

Прямое измерение мощности тока Возьмите ваттметр, присоедините его к потребителю, на котором необходимо измерить мощность. Подключите его клеммы к местам вывода потребителя в сеть. На шкале аналогового или экране цифрового ваттметра отобразится мощность данного потребителя. В зависимости от настроек прибора значение мощности можно будет получить в ваттах, киловаттах, милливаттах и т.д.

Изменение мощности с помощью вольтметра и амперметра Соберите цепь, включив в нее потребителя электрического тока и амперметр. Вольтметр присоедините параллельно потребителю. Измерительные приборы подключайте, соблюдая полярность, если ток постоянный. Пустите электрический ток, подключив источник, и снимите показания приборов с амперметра значение силы тока в амперах, а с вольтметра значение напряжения в вольтах. Умножьте значение силы тока на напряжение P=U•I. Результатом будет мощность потребителя в ваттах.

Определение мощности тока при известном сопротивлении потребителя Если сопротивление потребителя известно (найдите его значение на корпусе или измерьте омметром), и он рассчитан на известное напряжение, то его номинальную мощность можно найти, возведя это напряжение в квадрат и поделив на значение сопротивления (P=U²/R). Например, у лампочки с сопротивлением 484 Ома и при номинальном напряжении 220 В, мощность будет равна 100 Вт. Если напряжение источника тока не известно, включите последовательно в цепь потребителя амперметр. Измерьте с его помощью силу тока, идущего через потребитель. Для расчета мощности возведите силу тока в квадрат и умножьте на значение сопротивления (P=I²•R). Если сила тока измерена в амперах, а сопротивление в Омах, то значение мощности будет получено в ваттах.

Приветствую всех, сегодня в рамках курса “Основы электроники” мы рассмотрим основные способы измерения силы тока, напряжения и других параметров электрических цепей. Естественно, без внимания не останутся и основные измерительные приборы, такие как вольтметр и амперметр.

Измерение тока. Амперметр.

И начнем с измерения тока. Прибор, используемый для этих целей, называется амперметр, и в цепь он включается последовательно. Рассмотрим небольшой пример:

Как видите, здесь источник питания подключен напрямую к резистору, символизирующему полезную нагрузку. Кроме того, в цепи присутствует амперметр, включенный последовательно с резистором. По закону Ома сила тока в данной цепи:

Получили величину, равную 0.12 А, что в точности совпадает с практическим результатом, который демонстрирует амперметр в цепи 👍

Важным параметром этого прибора является его внутреннее сопротивление r_А . Почему это так важно? Смотрите сами – при отсутствии амперметра ток определяется по закону Ома, как мы и рассчитывали чуть выше. Но при наличии амперметра в цепи ток изменится, поскольку изменится общее сопротивление, и мы получим следующее значение:

Если бы амперметр был абсолютно идеальным, и его сопротивление равнялось нулю, то он бы не оказал никакого влияния на работу электрической цепи, параметры которой необходимо измерить, но на практике все не совсем так, и сопротивление прибора не равно 0. Конечно, сопротивление амперметра достаточно мало (поскольку производители стремятся максимально его уменьшить), поэтому во многих примерах и задачах им пренебрегают, но не стоит забывать, что оно все-таки и есть и оно ненулевое.

При разговоре об измерении силы тока невозможно не упомянуть о способе, который позволяет расширить пределы, в которых может работать амперметр. Этот метод заключается в том, что параллельно амперметру включается шунт (резистор), имеющий определенное сопротивление:

В этой формуле n – это коэффициент шунтирования – число, которое показывает во сколько раз будут увеличены пределы, в рамках которых амперметр может производить свои измерения. Возможно это все может показаться не совсем понятным и логичным, поэтому сейчас мы рассмотрим практический пример, который позволит во всем разобраться.

Пусть максимальное значение, которое может измерить амперметр составляет 1 А. А схема, силу тока в которой нам нужно определить имеет следующий вид:

Отличие от предыдущей схемы заключается в том, что напряжение источника питания на этой схеме в 100 раз больше, соответственно, и ток в цепи станет больше и будет равен 12 А. Напряжение в 1200 В взято исключительно ради примера, сокровенного практического смысла в этом нет ) Итак, из-за ограничения на максимальное значение измеряемого тока напрямую использовать наш амперметр мы не сможем. Так вот для таких задач и нужно использовать дополнительный шунт:

В данной задаче нам необходимо измерить ток I . Мы предполагаем, что его значение превысит максимально допустимую величину для используемого амперметра, поэтому добавляем в схему еще один элемент, который будет выполнять роль шунта. Пусть мы хотим увеличить пределы измерения амперметра в 25 раз, это значит, что прибор будет показывать значение, которое в 25 раз меньше, чем величина измеряемого тока. Нам останется только умножить показания прибора на известное нам число и получим нужное значение. Для реализации задумки мы должны поставить шунт параллельно амперметру, причем сопротивление его должно быть равно значению, которое мы определяем по формуле:

В данном случае n = 25, но мы проведем все расчеты в общем виде, чтобы показать, что величины могут быть абсолютно любыми, принцип шунтирования будет работать одинаково.

Итак, поскольку напряжения на шунте и на амперметре равны, мы можем записать первое уравнение:

Выразим ток шунта через ток амперметра:

Измеряемый ток равен:

Подставим в это уравнение предыдущее выражение для тока шунта:

Но сопротивление шунта нам также известно ( R = frac ). В итоге мы получаем:

Вот мы и получили то, что и хотели. Значение, которое покажет амперметр в данной цепи будет в n раз меньше, чем сила тока, величину которой нужно измерить.

С измерениями тока в цепи все понятно, давайте перейдем к следующему вопросу, а именно определению напряжения.

Измерение напряжения. Вольтметр.

Прибор, предназначенный для измерения напряжения, называется вольтметр. И, в отличие от амперметра, в цепь он включается параллельно участку цепи, напряжение на котором необходимо определить. И, опять же, в противоположность идеальному амперметру, имеющему нулевое сопротивление, сопротивление идеального вольтметра должно быть равно бесконечности. Давай разберемся, с чем это связано:

Если бы в цепи не было вольтметра, ток через резисторы был бы один и тот же и определялся по Закону Ома следующим образом:

Итак, величина тока составила бы 1 А, а соответственно напряжение на резисторе 2 было бы равно 20 В. С этим все понятно, а теперь мы хотим измерить это напряжение вольтметром и включаем его параллельно с R_2 . Если бы сопротивление вольтметра было бы бесконечно большим, то через него просто не потек бы ток ( I_B = 0 ), и прибор не оказал бы никакого воздействия на исходную цепь. Но поскольку r_В имеет конечную величину и не равно бесконечности, то через вольтметр потечет ток. В связи с этим напряжение на резисторе R_2 уже не будет таким, каким бы оно было при отсутствии измерительного прибора. Вот поэтому идеальным был бы такой вольтметр, через который не проходил бы ток.

Как и в случае с амперметром, есть специальный метод, который позволяет увеличить пределы измерения напряжения для вольтметра. Для осуществления этого необходимо включить последовательно с прибором добавочное сопротивление, величина которого определяется по формуле:

Это приведет к тому, что показания вольтметра будут в n раз меньше, чем значение измеряемого напряжения. По традиции давайте рассмотрим небольшой практический пример:

Здесь мы добавили в цепь добавочное сопротивление R_3 . Перед нами стоит задача измерить напряжение на резисторе R_2:medspace U_2 = R_2medspace I_2 . Давайте определим, какой результат при таком включении выдаст нам вольтметр:

Подставим в эту формулу выражение для расчета сопротивления добавочного резистора:

Таким образом: U_В = frac . То есть показания вольтметра будут в n раз меньше, чем величина напряжения, которое мы измеряли. Так что, используя данный метод, возможно значительно увеличить пределы измерения вольтметра.

В завершении статьи пару слов об измерении сопротивления и мощности.

Для решения обеих задач возможно совместное использование амперметра и вольтметра. В предыдущих статьях (про мощность и сопротивление) мы подробно останавливались на понятиях сопротивления и мощности и их связи с напряжением и сопротивлением, таким образом, зная ток и напряжение электрической цепи можно произвести расчет нужного нам параметра. Ну а кроме того есть специальные приборы, которые позволяют произвести измерения сопротивления участка цепи (омметр) и мощности (ваттметр).

В общем-то, на этом, пожалуй, на сегодня закончим, следите за обновлениями!

Читайте также:

  

• Конституционное закрепление рф как социального государства кратко

  

• Кто является создателем народной музыки народных песен ответ кратко

  

• Объясните почему необходимо охранять природный комплекс мирового океана кратко

  

• Почему вода содержит в себе различные вещества кратко

  

• Почему трахейная воздухоносная система не может обеспечить воздухообмен у крупных организмов кратко

ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ Измерение мощности в цепях постоянного тока

Схемы измерения мощности в цепи постоянного тока с помощью амперметра и вольтметра

P = Uv. IА где U v и I А – показания вольтметра и амперметра. Погрешность измерения состоит из погрешностей вольтметра и амперметра и погрешности метода. Погрешность метода обусловлена потреблением мощности приборами и зависит от схемы включения P 1 = Ux(Ix + Iv) = Px + Pv где Р х = U x I x – значение измеряемой мощности; P v = U x I v – мощность, потребляемая вольтметром.

Значение мощности, определенное по показаниям приборов в схеме а, превышает значение Р х на величину Р v т. е. имеет место положительная относительная погрешность метода δм 1 = Pv/Px

P 2 = (UX + UA)IX = PX + PA где РА = U A I X – мощность, потребляемая амперметром, и относительная погрешность метода δм 2 = PA/Px

Таким образом, значение погрешности метода для обеих схем зависит от отношения мощности, потребляемой соответствующим прибором, к измеряемой. При измерении сравнительно больших мощностей это отношение пренебрежимо мало; при измерении небольших мощностей выбирают схему, обеспечивающую меньшее значение погрешности метода.

Для измерений мощности с помощью амперметра и вольтметра – пользуются магнитоэлектрическими приборами, которые обеспечивают широкий диапазон измерений и сравнительно высокую точность. Измерения с наивысшей точностью производят, используя для измерения тока и напряжения компенсаторы постоянного тока или цифровые приборы. Недостатком метода амперметра и вольтметра является необходимость одновременного отсчета показаний двух приборов и выполнения вычислений. Более удобен метод прямого измерения мощности ваттметром , где также возможно применение двух схем (рис. а и б).

Схемы измерения мощности в цепях постоянного и однофазного переменного токов с помощью ваттметров

Чтобы не перегрузить обмотки ваттметра, для контроля напряжения и тока в цепь включают амперметр и вольтметр. Результат измерения определяется по показанию ваттметра: Р = C WN W где C W и N W – постоянная и отсчет по шкале ваттметра. Погрешность измерения, кроме погрешности ваттметра, содержит также погрешность метода, обусловленную потреблением мощности измерительными приборами.

Несмотря на удобства, ваттметры на постоянном токе имеют ограниченное применение , прежде всего, из-за сравнительно узкого диапазона измерения. Так, электродинамические и ферродинамические ваттметры выпускаются на токи от 0, 01 до 10 А и напряжения от 30 до 600 В, что значительно уже диапазона измерений амперметров и вольтметров постоянного тока.

Измерение мощности в цепях однофазного переменного тока Измерение активной мощности

Для измерений активной мощности в цепях однофазного переменного тока применяются ваттметры – электро- и ферродинамические на частотах до 10 000 Гц, термоэлектрические и электронные – на более высоких частотах. Для схемы рис. а мощность, измеренная ваттметром Р 1 = CWNW = РX + РV + РUW Откуда δм 1 = (РV + РUW)/ РX где Р V и Р UW – мощности, потребляемые вольтметром и цепью напряжения ваттметра.

Для схемы рис. б соответственно Р 2 = CWNW = РX + РА + РIW δм 2 = (РА + РIW )/ РX где Р А И Р IW – мощности, потребляемы амперметром и цепью тока ваттметра. На практике пользуются схемой рис. а, так как мощность, потребляемую вольтметром и параллельной обмоткой ваттметра, можно определить более точно: сопротивление вольтметра и параллельной цепи ваттметра обозначается на этих приборах с погрешностью, не превышающей их класса точности, а для сопротивления амперметра и токовой цепи ваттметра даются только приближенные значения.

Непосредственное включение ваттметра в цепь применяется обычно при значениях тока и напряжения до 10 А и 600 В соответственно. Если измеряемый ток превышает 10 А, применяют трансформаторы тока, а при напряжении выше 600 В – трансформаторы тока и напряжения. Для защиты обслуживающего персонала от высокого напряжения заземляют вторичные обмотки и корпуса измерительных трансформаторов.

Схема измерения мощности ваттметром с применением измерительных трансформаторов

Результат измерения мощности для схемы определяется как Р = CWNW k. Ik. U где k I , k U – значения коэффициен трансформации тока и напряжения. Соответственно относительная погрешность измерения мощности δP = δW + f. I + f. U + δφIU + δM где δ W – относительная погрешность ваттметра; f I , f U – погрешн коэффициентов трансформации; δ φ IU угловая погрешность измерения; δ M – погрешность метода.

Измерение реактивной мощности в однофазных цепях не имеет большого практического значения, поэтому однофазные варметры серийно не выпускаются. Реактивную мощность однофазного потребителя при синусоидальных токах и напряжениях можно определить, измерив его активную и полную мощности с помощью ваттметра, амперметра и вольтметра.

Мощность в
электрических цепях постоянного тока
измеряют прямым и косвенным методами.
В первом случае для измерения мощности
используют ваттметр
(рисунок 8), во втором случае — амперметр
и вольтметр (рисунок 9).

Рисунок 8 – Схема измерения мощности ваттметром	Рисунок 9 – Схема измерения мощности амперметром и вольтметром

В качестве
ваттметров обычно применяют
электродинамические приборы, у которых
имеются обмотки двух типов: последовательная
(или токовая)
обмотка
и параллельная
обмотка (или
обмотка
напряжения).
Токовую
обмотку
ваттметра включают
последовательно с приемником
,
то есть в цепь тока
,
а обмотку
напряжения
— параллельно
приемнику
,
то есть на напряжение
.
Начало токовой обмотки обозначено
,
начало обмотки напряжения
.
Начала обмоток образуют общую точку,
которую располагают на приборе.

Цена
деления ваттметра

определяется по следующим формулам:

,     , (10)

где
,
,

— конечные значения мощности, напряжения
и тока, указанные на приборе,

— число делений шкалы прибора.

При измерении
мощности постоянного тока косвенным
методом (рисунок 9) определяют амперметром
значение силы тока
,
вольтметром — значение напряжения

и вычисляют мощность по формуле

. (11)

2.1.4 Измерение электрического сопротивления постоянному току

Электрические
сопротивления
электротехнических устройств (катушек,
резисторов и т.д) постоянному току можно
условно разделить на малые
(до
Ома),
средние
(от

до
Ом)
и большие
(свыше
Ом).
Для измерения малых сопротивлений
применяют метод
амперметра–вольтметра
и мостовой.
Для измерения средних сопротивлений
применяют методы амперметра–вольтметра,
непосредственной
оценки
(омметры),
мостовой
(одинарные
мосты) и
компенсационный.
Для измерения больших сопротивлений
используют метод непосредственной
оценки, реализуемый мегаомметрами.

Метод
амперметра–вольтметра является наиболее
простым для измерения малых и средних
сопротивлений. В основе его лежит закон
Ома
,
из которого следует простой способ
определения сопротивления

по показаниям амперметра и вольтметра:

. (12)

На практике этот
метод может быть реализован двумя
экспериментальными схемами, изображенными
на рисунках 10 и 11.

Рисунок 10 – Схема измерения больших сопротивлений методом амперметра–вольтметра	Рисунок 11 – Схема измерения малых сопротивлений методом амперметра–вольтметра

В схеме рисунка
10 амперметр измеряет ток

в резисторе с сопротивлением
,
а вольтметр — напряжение
,
где

— напряжение на резисторе. Следовательно,
на основании закона Ома определяется
сумма сопротивлений резистора и
амперметра:
.
Действительное значение сопротивления
резистора

. (13)

Очевидно, что
ошибка
измерения будет тем меньше, чем меньше
сопротивление амперметра по отношению
к измеряемому сопротивлению
.
Схему рисунка 10, следовательно,
целесообразнее применять для измерения
больших сопротивлений.

В схеме рисунка
11 вольтметр присоединен непосредственно
к выводам резистора и показывает
напряжение на нем, а амперметр измеряет
сумму токов в резисторе и цепи вольтметра:
.
Следовательно, на основании показаний
приборов в этом случае определяется
проводимость:
.
Действительное значение сопротивления
резистора

. (14)

Очевидно, что чем
больше
сопротивление вольтметра по отношению
к измеряемому сопротивлению
,
тем меньше поправка к результату
измерений.
Схему рисунка 11, следовательно,
целесообразно применять для измерения
малых сопротивлений.

Измерение
сопротивлений методом непосредственной
оценки используется в специальном
электроизмерительном приборе — омметре,
принципиальная схема которого приведена
на рисунке 12. Он состоит из
магнитоэлектрического измерительного
механизма ()
с собственным сопротивлением
,
шкала которого проградуирована в омах,
источника питания с напряжением
,
добавочного резистора

и имеет выходные зажимы «»,
к которым присоединяют объект с измеряемым
сопротивлением
.

Цена деления
омметра

определяется по следующей формуле:

, (15)

где

— конечное значение сопротивления,
указанное на приборе,

— число делений шкалы прибора.

Рисунок 12 – Принципиальная схема омметра

Омметры удобны в
практике, но имеют большую погрешность
(класс точности 2,5) из-за неравномерности
шкалы и нестабильности источника питания
(обычно батарея гальванических элементов).

Для измерения
средних по величине сопротивлений
применяют мостовой
метод.
Устройства, реализующие этот метод
измерения, называются измерительными
мостами.

Одинарный
(четырехплечий)
мост (рисунок 13) содержит четыре плеча
и две диагонали. В одно плечо моста
включают измеряемое сопротивление
,
а три остальных плеча образованы
резисторами
,

и
.
В одну диагональ моста (между зажимами
«»
и «»)
включают источник питания с ЭДС
,
а в другую (зажимы «»
и «»)
— индикатор
,
выполняющий функцию указателя равновесии
моста.

Рисунок 13 – Схема измерительного моста для определения сопротивления

Когда потенциалы
узлов «»
и «»
равны, ток в индикаторе
,
мост находится в состоянии равновесия
(признаком равновесия моста является
нулевое отклонение указателя
).
При этом справедливы следующие
соотношения:

;    ;         и    .

Разделив почленно
два последних уравнения друг на друга
и учтя равенства токов, получим

    или    .

Из последнего
выражения вычисляют искомое сопротивление
:

. (16)

Для измерения
сопротивления с повышенной точностью
используют компенсационный метод. Схема
измерительной цепи аналогична схеме
рисунка 4, используемой для измерения
компенсационным методом напряжения.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #