Для измерения силы тока используется амперметр. В идеале собственное сопротивление амперметра стремится к нулю, и оно никак не влияет на значение силы тока. Он включается в цепь последовательно с соблюдением полярности:
Вольтметр
Для измерения напряжения участка цепи используется вольтметр. В идеале собственное сопротивление вольтметра стремится к бесконечности, и устройство не проводит через себя ток. Он включается в электрическую цепь параллельно участку, в котором будет измеряться напряжение, с соблюдением полярности:
Как правильно записывать показания измерительных приборов с учетом погрешности
При записи величин (с учетом погрешности) следует пользоваться формулой:
A=a±Δa
где A — измеряемая величина, a — результат измерений, Δa — погрешность измерений.
Важно!
Погрешность измерений равна половине цены деления шкалы измерительного прибора, если в задаче не указана другая величина погрешности.
Цена деления шкалы — разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Чтобы найти цену деления шкалы, нужно:
- Найти два ближайших штриха шкалы, возле которых написаны значения величин.
- Вычесть из большего значения меньшее.
- Полученное число разделить на число делений (промежутков), находящихся между ними.
Пример №1. Определите показания вольтметра (см. рисунок), если погрешность прямого измерения напряжения составляет половину цены деления вольтметра.
Видно, что стрелка вольтметра встала на значении «2,0» Вольт. Она немного не дотягивает до штриха «2», но к нему она находится ближе, чем к предыдущему штриху.
Два ближайших штриха шкалы с указанными значениями имеют значения 1 и 2 В. Всего между ними 5 промежутков. Следовательно, цена деления шкалы равна: (2 – 1)/5 = 0,2 (Вольт).
Так как по условию задачи погрешность равна половине цене деления шкалы, то она равна 0,1 Вольтам. Следовательно, вольтметр показывает: 2,0 ± 0,1 В.
Задание EF18821
Определите показания вольтметра (см. рисунок), если погрешность прямого измерения напряжения равна цене деления вольтметра.
Ответ: (____± ____) В.
Алгоритм решения
1.Определить цену деления шкалы измерительного прибора.
2.Определить погрешность измерений.
3.Определить показания прибора.
4.Записать показания прибора с учетом погрешности измерений.
Решение
Так как два ближайших штриха, обозначенными числовыми значениями, показывают 1 и 2 Вольта, а между ними 5 делений, то цена деления шкалы равна:
2−15=0,2 (В)
Согласно условию задачи, погрешность измерений равна цене деления шкалы. Стрелка вольтметра стоит в трех делениях от штриха, обозначенном цифрой «1». 3 деления по 0,2 Вольта равны 0,6 Вольтам. Следовательно, вольтметр показывает 1,6 В. С учетом погрешности: V = 1,6 ± 0,2 В.
Внимание! При записи ответа нужно использовать только десятичные числа без пробелов и знака «±».
Ответ: 1,60,2
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор
Задание EF18883
Определите показания амперметра (см. рисунок), если погрешность прямого измерения силы тока равна цене деления амперметра.
Ответ: ( ____± ____) А.
Алгоритм решения
1.Определить цену деления шкалы измерительного прибора.
2.Определить погрешность измерений.
3.Определить показания прибора.
4.Записать показания прибора с учетом погрешности измерений.
Решение
Так как два ближайших штриха, обозначенными числовыми значениями, показывают 0 и 0,2 Ампера, а между ними 10 делений, то цена деления шкалы равна:
0,2−010=0,02 (А)
Согласно условию задачи, погрешность измерений равна цене деления шкалы. Стрелка амперметра стоит на штрихе, обозначенном числом «0,2». Следовательно, амперметр показывает 0,2 А. Так как при измерении учитываются сотые доли Амперов, правильно результат измерения записывается так: I = 0,20 А. С учетом погрешности: I = 0,20 ± 0,02 А.
Внимание! При записи ответа нужно использовать только десятичные числа без пробелов и знака «±».
Ответ: 0,200,02
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор
Задание EF19038
Определите напряжение на лампочке (см. рисунок), если погрешность прямого измерения напряжения равна цене деления вольтметра.
Ответ: ( ____±____ ) В.
Алгоритм решения
1.Определить цену деления шкалы измерительного прибора.
2.Определить погрешность измерений.
3.Определить показания прибора.
4.Записать показания прибора с учетом погрешности измерений.
Решение
Так как два ближайших штриха, обозначенными числовыми значениями, показывают 2 и 4 Вольта, а между ними 10 делений, то цена деления шкалы равна:
4−210=0,2 (В)
Согласно условию задачи, погрешность измерений равна цене деления шкалы. Стрелка вольтметра стоит в пяти делениях от штриха, обозначенном цифрой «2». 5 делени1 по 0,2 Вольта равны 1 Вольту. Следовательно, вольтметр показывает 3 В. Так как при измерении учитываются сотые доли Вольтов, правильно результат измерения записывается так: U = 3 В.С учетом погрешности: U = 3,0 ± 0,2 В.
Внимание! При записи ответа нужно использовать только десятичные числа без пробелов и знака «±».
Ответ: 3,00,2
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор
Алиса Никитина | Просмотров: 7.4k
Я в школе учился давно, поэтому не совсем уверен, что правильно понимаю термины “идеальный вольтметр” и ” идеальный источник тока”. Возможно это означает, что сопротивление вольтметра – бесконечно, а внутреннее сопротивление источника тока равно нулю. Если это так, то задачу можно решать так:
В приведённой схеме резистор R2 и сопротивление вольтметра (обозначим его R3, хотя оно и не очень нужно, просто для ясности) соединены параллельно. Их эквивалентное сопротивление (R) определяется по формуле 1/R=1/R2+1/R3, Получаем, что R=160 Ом. Ток в цепи равен 32/160=0,2 А. Полное сопротивление цепи 160+240=400 Ом, ЭДС источника*0,2=80 В.
Если сопротивление вольтметра R3 – бесконечное, то он не влияет на параметры цепи. Тогда полное сопротивление цепи равно 240+200=440 Ом, Ток в цепи равен 80/440=(2/11) А, Падение напряжения на резисторе R2 (именно это и покажет вольтметр) составит (2/11)*200=400/11 В, или приблизительно 36,(36) В. (36) обозначает 36 в периоде, т.е. 36,36363636… , или округлённо 36,37 В.
Решение
1. Определение
тока.
Поскольку вольтметр
имеет бесконечно большое сопротивление,
он не оказывает влияние на величину
тока рассматриваемой одноконтурной
электрической цепи, и поэтому при
определении величины тока не играет
никакой роли и не учитывается.
Направление тока,
как и направление обхода контура,
выбирается произвольно (рис.1.1.17).
По второму закону
Кирхгофа:
E1–
E2
= R1I
+ R2I
= (R1+
R2)I,
I
=(E1–
E2)
/(R1+
R2)
=
= (60-10) / (30+20).
2.
Определение показания вольтметра.
Показание
вольтметра не зависит от того, какая
часть схемы рассматривается с целью
его определения.
Для определения
показания вольтметра составляется
уравнение, согласно II
закону Кирхгофа (направления обхода
контуров показаны на рис. 1.1.18, а и
1.1.18,б)
Е1
=
R1
I
+ Uab
,
Uab
= E1
–
R1
I
= 60 – 30 · 1 = 30, B
или
Е2
=
R2
I
+ Uab
,
Uab
= E2
–
R2
I
= 10 – 20 · 1 = 30, B.
Вольтметр показывает
значение, равное Vab,
в рассматриваемом случае 30 В.
3.Определение
режимов работы источников ЭДС.
Если
мощность источника ЭДС P
= I
E
– величина положительная, то источник
работает в режиме генератора, в противном
случае – в режиме приемника:
P1
= IE1
= 1· 60 = 60,
Вт – источник ЭДС E1
в режиме генератора;
P2
= I
E2
= 1· 10 = 10, Вт – источник ЭДС E2
в режиме приемника.
Задача
1.7. Рассчитать
цепь методом контурных токов. Составить
баланс
мощностей, используя.
Решение
1.
Определение токов в ветвях.
Направление токов
в ветвях и контурных токов (II
IIII)
выбираются произвольно, причем
целесообразнее чтобы направления
контурных токов совпадали с обходами
соответствующих контуров (рис. 1.1.19).
Согласно методу
контурных токов составляются уравнения
ко II
закону Кирхгофа для замкнутых независимых
контуров цепи относительно не токов в
ветвях, а контурных токов:
R2
II
+ R2
III
……………… = –E2
+ E1;
+ R2
II
+(R2
+ R4
+ R3)
III
– R3
IIII
= (E3
+ E2);
……………–
R3
III
+
(R3
+ R5)
IIII
= E3
или
2II
+ 2 III
………………
= – 2 + 6;
2 II
+ (2 + 6 + 4)III
– 4IIII
= – 10 – 2;
….………….- 4III
+ (4 + 2)IIII
= 10,
откуда значения
контурных токов:
II
= 36/11 А, III
= 14/11 А,
IIII
= 9/11 А
Токи
во внешних ветвях:
I1
= II
= 36/11 А, I4
= III
= 14/11 А, I5
= IIII
= 9/11 А,
а токи в смежных
ветвях:
I2
= –
II
– III
= – 36 / 11 + 14
/ 11 = – 2, А,
I3
= IIII
– III
= 9 / 11 + 14 /
11 = 23 / 11, А.
2. Составление
управления баланса мощности.
Алгебраическая
сумма мощностей всех источников цепи
равна арифметической сумме мощностей
всех ее приемников:
I1
E1
+
I2
E2
+
I3
E3
=
R2
I2
+ R3
I32
+ R4
I42
+ R5
I5
2
или в числовом
выражении
36/11·6 (-2) 2 + 23/11·10 =
2(-2)2
+ 4(23/11)2
+ 6(14/11)2
+ 2(9/11)2,
Вт
402/11 = 402/11, Вт.
Задача 1.8.
Определить токи в ветвях электрической
цепи методом междуузлового напряжения
(Ri,
Ом, Ej,
В) (рис. 1.1.20).
Решение
1. Определение
междуузлового напряжения.
Потенциальные
узлы отмечаются буквами с целью соблюдения
знаков узловых токов, например, а
u
b,
тогда искомое напряжение
где gi
= 1/Ri
– проводимость i-ой
ветви, См, или в числовом выражении
2. Определение
токов в ветвях.
Направления
токов в ветвях выбираются произвольно,
а их величины определяются согласно
закону Ома для активного или пассивного
участков цепи:
I1
=
(E1+Uab)/R1
=
(60+120)/60 = 3 A;
I2
=
(E2
–Uab)/R2
=
(240–120)/8 = 15 A;
I3
=
– Uab/R3
=
– 120/60 = -2 A;
I4
=
Uab/R4
=
120/30 = 4 A;
I5
= Uab/R5
= 120/20 = 6 A.
3. Проверкой служит
уравнение, составленное по первому
закону Кирхгофа, при подстановке в нее
рассчитанных числовых значений токов:
– I1
+
I3
+
I2
–
I4
–
I5
=
0 или
– 3 + (-2) + 15 – 4 – 6 = 0.
Задача
1.9.
Определить
показание вольтметра в электрической
цепи (рис. 1.1.21).
Решение
С
учетом того, что ЭДС источника питания
всегда направлена от минуса к плюсу, а
заземленные узлы равно потенциальны,
предлагаемая схема может быть изображена
следующим образом (рис. 1.1.22)
Показание
вольтметра в такой схеме, как известно,
определяется методом междуузлового
напряжения как модуль напряжения между
двумя узлами a
и b
:
Задача
1.10. Для
электрической цепи определить ток в
ветви с резистором R4
методом активного двухполюсника (рис.
1.1.23).
Решение
Согласно методу
активного двухполюсника (или эквивалентного
генератора ) воздействие всех источников
питания на ветвь с неизвестным током
заменяется воздействием одного, так
называемого «эквивалентного», генератора,
который на эквивалентной схеме замещения
(рис.1.1.24) соединяется последовательно
с исследуемой ветвью:
+
–
,
где
–
напряжение между зажимами эквивалентного
генератора а
и b
в режиме холостого хода;
–
сопротивление между зажимами а
и b
пассивного двухполюсника, полученного
из схемы, соответствующей холостому
ходу эквивалентного генератора.
В
рассматриваемом случае схема,
соответствующая холостому ходу
эквивалентного генератора, выглядит
так (рис. 1.1.25.)
Пассивный
двухполюсник (рис. 1.1.26) образуется при
исключении источников питания, по
сохранения их внутренних сопротивлений
(в данном случае нулевых).
1.
Определение ЭДС эквивалентного генератора
(рис. 1.1.25). В двухконтурной схеме
определяются токи в ветвях и далее на
основе двух законов Кирхгофа в контуре
aсb
расcчитывается
:
I1хх
= (-E1
–
E2)/(R1
+ R2)
= ( – 6 – 10)/(3 + 6)= -2 A,
I3хх=
– E3
/(R3
+ R5)
= – 4/(4 + 4)= – 0,5 A,
–E2
= R5I3хх
+ R2I1хх
–
или
= E2
+ R5I3хх
+ R2I1хх
=10 + 4(-0,5) + 6(-2) = – 4 В.
Таким
образом,
=
– 4 В.
2.
Определение внутреннего сопротивления
эквивалентного генератора (рис. 1.1.26).
Как видно, R1
и R2
соединены параллельно друг другу, R5
и R3
–аналогично,
между собой они соединены последовательно,
поэтому:
=
R1R2/(R1
+
R2)
+R3R5/(R3
+
R5)
= 36/(3+6)
+ 44/(4+4)
= 4 Ом,
или RЭ.Г.
=
= 4 Ом.
3. Определение тока
в исследуемой ветви (рис. 1.1.24)
I4
= –EЭ.Г.
/(RЭ.Г.
+ R4)
= – (–4) /(4 + 2) = 2/3 A.
Задача
1.11. В
электрической цепи (рис.1.1.27) определить
ток в ветви с линейным элементом R5.
Вольтамперная характеристика (ВАХ)
нелинейного элемента (НЭ) приведена на
рис. 1.1.28.
Решение
1.
Определение
параметров эквивалентного генератора
Для
определения тока в одной ветви схемы
(в рассматриваемом случае, в ветви с
НЭ) используется метод эквивалентного
генератора. Эквивалентная схема замещения
исходной цепи, а так же схемы эквивалентного
генератора на холостом ходу и пассивного
двухполюсника приводится на рис. 1.1.29 и
1.1.30.
Аналогично
решению предыдущей задачи ЭДС
эквивалентного генератора ЕЭ.Г.
=,
причем (рис. 1.1.30)
–+
R2–
R4=
0,
то есть EЭ.Г.=
=+
R2–
R4.
Токи
и
определяются
любым известным методом, например,
=
– E
/
(R1
+ R2)
= -120 / (20 + 30) = -2,4 A;
=
–E
/ (R3
+ R4)
= -120 / (10 + 40) = -2,4 A.
Тогда
EЭ.Г.
==
30(-2.4)
– 40
(-2,4) = 24 В.
Внутреннее
сопротивление эквивалентного генератора
(рис. 1.1.31)
.
Таким
образом, внешняя характеристика
эквивалентного генератора имеет вид
(рис. 1.1.32)
Uab
=
EЭ.Г.–RЭ.Г.I
=24 – 20I
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Рис. 2.3. Рис.
2.4.
Решение.
1. Цепь рис. 2.3 содержит шесть ветвей (), четыре узла (), один источник тока ().
Выберем положительные направления токов в схеме, как
это указано на рис. 2.4.
2. Определим достаточное количество уравнений для
расчета цепи по первому закону Кирхгофа:
,
по второму закону Кирхгофа:
.
Достаточное количество уравнений равно пяти, что
соответствует числу неизвестных токов (рис.
2.4).
3. Составим систему уравнений по законам Кирхгофа.
Три уравнения по первому закону Кирхгофа, например,
для узлов 2, 3 и 4. Два уравнения по второму закону Кирхгофа. Положительные направления
обхода независимых контуров выберем в соответствии с указанными на рис. 2.4.
для узла 2: ;
для узла 3: ;
для узла 4: ;
для контура : ;
для контура : .
П р и м е ч а н и е: При выборе независимых контуров необходимо следить
за тем, чтобы контур не содержал ветви с источником тока.
4. После подстановки числовых значений параметров
элементов цепи получим:
5. Решение системы получим в матричной форме
.
6. В результате решения матричной системы уравнений
находим токи:
,
, , , .
Знак минус у тока означает,
что действительное направление тока противоположно направлению, выбранному на
схеме рис.2.4.
П р и м е ч а н и е: изменять знак тока на обратный не следует, так
как это может привести к ошибке в дальнейших расчетах.
7. Правильность расчета установим путем проверки
баланса мощностей. Мощность, поступающая в цепь от источников энергии должна
равняться сумме мощностей потребителей электрической энергии:
.
Предварительно найдем напряжение на зажимах с источником тока (рис. 2.4). На основании второго
закона Кирхгофа получим:
.
Полная мощность, развиваемая источниками энергии
.
Полная мощность потерь в резистивных сопротивлениях
.
Следовательно
.
Погрешность расчета составляет:
.
Задача 2.3.
Для схемы электрической цепи (рис. 2.5) построить
график изменения потенциала во внешнем контуре. Параметры элементов цепи заданы
, , , ,
, ,
, .
Рис. 2.5.
Рис. 2.6.
Решение.
1. Предварительно выполним расчет токов внешнего
контура. Цепь (рис. 2.5) содержит шесть ветвей (),
четыре узла (), один источник тока ().
Выберем положительные направления токов в схеме цепи в
соответствии с указанными на рис. 2.6.
2. Достаточное количество уравнений для расчета цепи
по первому закону Кирхгофа , по второму
закону Кирхгофа .
Общее количество уравнений равно пяти.
3. Три уравнения по первому закону Кирхгофа составим
для узлов 1, 2 и 4.
Два уравнения по второму закону Кирхгофа для контуров и обозначенных
в схеме на рис. 2.6.
4. Запишем систему в матричной форме
.
5. После подстановки числовых значений получим
.
6. Решение матричной системы позволяет определить токи
, ,
.
7. Выделим элемент внешнего контура (рис. 2.7).
Примем потенциал точки 1 равным нулю ().
Рассчитаем потенциалы точек контура, обходя его по часовой стрелке:
;
;
;
;
.
Рис. 2.7.
8. Порядок построения потенциальной диаграммы
представлен на рис. 2.8. На диаграмме по оси абсцисс откладываем значения сопротивлений
участков в последовательности расположения их в контуре.
Рис. 2.8.
Задача 2.4.
Определить показания вольтметров в схеме цепи рис. 2.9,
если , , , , , ,
. Внутреннее сопротивление
вольтметров принять равным .
Рис. 2.9. Рис.
2.10.
Решение.
1. Заменим вольтметры, изображенные на схеме (рис. 2.9),
векторами напряжений, указывающих на разность потенциалов между точками их
подключения (рис. 2.10). Направления действия векторов напряжений выбираем произвольно.
2. Определим недостающий ток по
первому закону Кирхгофа
.
3. Показание вольтметра определим
из выражения, записанного по второму закону Кирхгофа для замкнутого контура (рис. 2.10).
,
откуда
.
4. Показание вольтметра определим
из выражения, записанного по второму закону Кирхгофа для замкнутого контура , рис. 2.10:
,
откуда
.
5. Показание вольтметра определим
из выражения, записанного по второму закону Кирхгофа для замкнутого контура , рис. 2.10:
,
откуда
.
Задача 2.5.
Определить показания приборов в схеме рис. 2.11, если , ,
, ,
. Внутренние сопротивления
вольтметров принять , амперметров .
Рис. 2.11.
Рис. 2.12.
Решение.
1. Выполним замену приборов с учетом их внутренних
сопротивлений (рис. 2.12) и обозначим токи ветвей.
2. Показание амперметра равно
значению тока (рис. 2.12)
.
3. Показание амперметра будет
определяться током источника , включенным
последовательно в цепь с амперметром, т.е. .
4. Показание вольтметра определим
из выражения, записанного по второму закону Кирхгофа для замкнутого контура (рис. 2.12):
,
откуда
.
5. Показание вольтметра определим
по выражению, записанному по второму закону Кирхгофа для замкнутого контура (рис. 2.12):
,
откуда
.
Задачи для самостоятельного решения
Задача 2.6. В
цепи (рис. 2.13) , ,
, .
Определить показания приборов, если , .
О т в е т: ,
Задача 2.7. Определить
показание вольтметра в цепи рис. 2.14. Параметры цепи заданы: , , .
О т в е т: .
Рис. 2.13. Рис.
2.14.
Задача 2.8. Для
схемы на рис. 2.15, пользуясь законами Кирхгофа, найти все токи, если , ,
, ,
, ,
.
О т в е т: , , ,
,
, .
Задача 2.9.
Для схемы рис. 2.16, пользуясь законами Кирхгофа определить токи в ветвях с резистивными
сопротивлениями, если , , ,
.
О т в е т: , , , .
Рис. 2.15.
Рис. 2.16.
Задача 2.10.
Для схемы рис. 2.17, пользуясь законами Кирхгофа определить все токи, если , , , ,
, ,
, ,
.
О т в е т: , , .
Задача 2.11. Напряжение
на входе цепи (рис. 2.18). составляет .
Определить напряжение на выходе цепи, если , , ,
.
О т в е т: .
Рис. 2.17.
Рис. 2.18.
Задача 2.12.
Определить токи в схеме рис. 2.19, если ,
, , , ,
. Проверить баланс мощностей.
О т
в е т: , , .
Задача 2.13.
Для схемы рис. 2.20, пользуясь законами Кирхгофа определить показания приборов,
если , ,
, ,
, .
Принять внутренние сопротивления приборов: , .
О т
в е т: , .
Рис. 2.19. Рис.
2.20.
Задача 2.14.
Для схемы рис. 2.21, пользуясь законами Кирхгофа определить все токи. Дано , , ,
, .
О т
в е т: , .
Задача 2.15.
Рассчитать с использованием законов Кирхгофа токи в схеме рис.2.22, если , ,
, ,
, ,
.
О т в е т: , , , .
Задача 2.16.
Для схемы рис. 2.23, пользуясь законами Кирхгофа определить все токи, если , , , , , .
О т в е т: , , , , .
Рис. 2.21. Рис.
2.22.
Задача 2.17.
Для схемы рис. 2.24, пользуясь законами Кирхгофа определить все токи. Дано , ,
, ,
, ,
, .
О т
в е т: , ,
, .
Рис. 2.23.
Рис. 2.24.
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:
I = frac{U}{R} = frac{12}{100} = 0.12
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:
R = frac{r_А}{nmedspace-medspace 1}
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:
R = frac{r_А}{nmedspace-medspace 1}
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:
I_Аmedspace r_А = I_Rmedspace R
Выразим ток шунта через ток амперметра:
I_R = I_Аmedspace frac{r_А}{R}
Измеряемый ток равен:
Подставим в это уравнение предыдущее выражение для тока шунта:
I = I_А + I_Аmedspace frac{r_А}{R}
Но сопротивление шунта нам также известно (R = frac{r_А}{nmedspace-medspace 1}). В итоге мы получаем:
I = I_Аmedspace (1 + frac{r_Аmedspace (nmedspace-medspace 1)}{r_А}enspace) = I_Аmedspace n
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:
I_1 = I_2 = frac{U}{R_1 + R_2} = frac{30}{10 + 20} = 1
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:
R_Д = r_Вmedspace (nmedspace-medspace 1)
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:
U_2 = I_2medspace R_2 = U_В + I_Вmedspace R_3
Подставим в эту формулу выражение для расчета сопротивления добавочного резистора:
U_2 = U_В + I_Вmedspace (r_Вmedspace (nmedspace-medspace 1)) = U_В + I_Вmedspace r_Вmedspace nmedspace-medspace I_Вmedspace r_В = U_В + U_Вmedspace nmedspace-medspace U_В = U_Вmedspace n
Таким образом: U_В = frac{U_2}{n}. 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!