К вольтметру внутреннее сопротивление которого 1 ком: 5. К вольтметру, внутреннее сопротивление которого 1 кОм и предел измерения 12 В, подключают добавочное сопротивление, изготовленное из стальной проволоки сечением 0,1 мм2. Длина проволоки 4500 м. Какое максимальное напряжение сможет измерить вольтметр по

вольтметр внутреннее сопротивление которого 1 кОм, рассчитанным на напряжение 150В,

20 БАЛЛОВ
В два сосуда, между которыми находится кран (он закрыт), налита вода.
Укажи, в каком сосуде давление воды на дно больше и на сколько, если
…

ℎ1=39 см, а ℎ2=9 см.
(Принять =9.8Н/кг).
Ответ (округли до десятых): давление воды на дно больше в (запиши: «левом» или «правом» ) сосуде на кПа.

Поперечная волна с частотой 200 Гц распространяется в среде со скоростью 400 м/с вдоль направления х. Чему равна разность фаз колебаний точек среды, р
…

асстояние между которыми Δх = 1 м?

Где будет находиться и какой размер y2 будет изображение Солнца, получаемый в вогнутом зеркале, радиус кривизны которого R = 16 м?

К аккумулятору подключен резистор с сопротивлением 20 Ом. Амперметр показывает ток 1 А. Вольтметр, подключенный к аккумулятору при отключенном резисто
…

ре, показывает 21 В. Нарисовать схему, определить ЭДС и внутреннее сопротивление аккумулятора, напряжение на его зажимах, мощность потребителя (резистора) и аккумулятора.

предмет высотой h = 5см расположен на расстоянии а = 12 см от вогнутого зеркала с фокусным расстоянием f = 10см.Де и какого размера будет изображение

1. К аккумулятору подключен резистор с сопротивлением 20 Ом. Амперметр показывает ток 1 А. Вольтметр, подключенный к аккумулятору при отключенном рези
…

сторе, показывает 21 В. Нарисовать схему, определить ЭДС и внутреннее сопротивление аккумулятора, напряжение на его зажимах, мощность потребителя (резистора) и аккумулятора.
2. Прямолинейный проводник длиной 0,5 м, по которому проходит ток 10 А, находится в однородном магнитном поле с индукцией 1,5 Тл. Определить силу, действующую на проводник, если он расположен перпендикулярно полю и параллельно полю.
3. Кольцевая катушка с внутренним диаметром 40 мм и внешним 50 мм имеет напряженность поля на средней линии 4 А/см. Определить ток в обмотке катушки, если она имеет 450 витков.
4. Измерительная катушка имеет индуктивность 0,5 Гн. В процессе измерения скорость изменения тока в катушке составляет 100 А/с. Определить значение ЭДС самоиндукции возникшей на зажимах катушки.
5. В цепи последовательно соединенных активном сопротивлении 8 Ом и реактивном индуктивном сопротивлении 6 Ом протекает ток i=28,2sin314t. Определить действующие значения тока, напряжения приложенного к цепи, напряжения на сопротивлениях и мощности: активную, реактивную и полную. Написать выражение мгновенного значения напряжения и построить векторную диаграмму.
6. К цепи переменного тока, состоящей из параллельно соединенных активного сопротивления 1 Ом и индуктивного сопротивления 2,4 Ома, приложено напряжение 12 В. Определить действующие значения тока в ветвях и общий ток, а также активную, реактивную и полную мощности, коэффициент мощности.
7. Три одинаковых катушки включены звездой в трехфазную сеть с линейным напряжением 380 В. Активное сопротивление каждой катушки 16 Ом, индуктивное 12 Ом. Найти активную, реактивную и полную мощности, потребляемые цепью. Определить коэффициент мощности. Нарисовать схему.
8. Образцовый и лабораторный амперметры соединены последовательно. Показание образцового прибора равно 5 А, показание лабораторного 5,07 А. Найти абсолютную и относительную погрешности измерения лабораторным прибором, если погрешностью измерения образцовым прибором можно пренебречь.
9. Для измерения сопротивления резистора последовательно с ним соединили амперметр и подали на эту цепь постоянное напряжение. Вольтметр показал 12 В, а амперметр 0,1 А. Сопротивление амперметра 0,2 Ом. Нарисовать схему и определить величину сопротивления резистора и погрешность измерения.
10. В сеть переменного тока, с напряжением и u=127sin314t, включены последовательно резистор с сопротивлением 10 Ом и полупроводниковый диод. При максимальном значении прямого тока падение напряжения на диоде составляет 1 В. Определить максимальное значение тока в прямом направлении.

…срочно нужноооооо​

срочно нужно ………..​

Срочно нужен правильный ответ

.сделайте срочнооооооо​

Сопротивление вольтметра 400 Ом, предел измерения 4 В. Какое дополнительное сопротивление

Условие задачи:

Сопротивление вольтметра 400 Ом, предел измерения 4 В. Какое дополнительное сопротивление надо подключить, чтобы данным вольтметром можно было измерять до 36 В?

Задача №7.5.1 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»

Дано:

\(R_v=400\) Ом, \(U_0=4\) В, \(U=36\) В, \(R_{доп}-?\)

Решение задачи:

Для измерения напряжения на каком-либо участке электрической цепи, к нему параллельно подключают вольтметр. При этом если предел измерения вольтметра (т.е. максимальное значение напряжения, которое может измерить вольтметр) не позволяет измерить напряжение на этом участке, то к вольтметру последовательно соединяют дополнительное (также называют добавочное) сопротивление \(R_{доп}\). Оно уменьшает значение напряжения на вольтметре.

При этом величину этого дополнительного сопротивления можно определить из следующих соображений. Так как вольтметр и добавочное сопротивление соединены последовательно, то через них течет одинаковый ток \(I\). Напряжение на вольтметре не должно превышать предела измерения \(U_0\), тогда на добавочном сопротивлении напряжение будет равно \(\left( {U – {U_0}} \right)\). Запишем дважды закон Ома для участка цепи:

\[\left\{ \begin{gathered}
I = \frac{{{U_0}}}{{{R_v}}} \hfill \\
I = \frac{{U – {U_0}}}{{{R_{доп}}}} \hfill \\
\end{gathered} \right.\]

Тогда, очевидно, имеем:

\[\frac{{{U_0}}}{{{R_v}}} = \frac{{U – {U_0}}}{{{R_{доп}}}}\]

В итоге получим такую формулу для получения ответа на вопрос задачи:

\[{R_{доп}} = {R_v}\frac{{U – {U_0}}}{{{U_0}}}\]

Подставим численные данные задачи в эту формулу и посчитаем ответ:

\[{R_{доп}} = 400 \cdot \frac{{36 – 4}}{4} = 3200\;Ом = 3,2\;кОм\]

Ответ: 3,2 кОм.

Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.

2.9. Добавочное сопротивление к вольтметру — ЗФТШ, МФТИ

Если вольтметр рассчитан на максимальное напряжение `U_max`, а с его помощью необходимо измерять напряжение, в `n` раз большее, то, подключив последовательно с вольтметром добавочное сопротивление `R_2` (рис. 10), разделим напряжение `n*U_max` на два слагаемых: одно из них – это напряжение $$ {U}_{\mathrm{max}}$$ на вольтметре, второе – напряжение $$ \left(n-1\right){U}_{\mathrm{max}}$$ на добавочном сопротивлении.

Поскольку добавочное сопротивление включено последовательно с вольтметром, то через вольтметр и добавочное сопротивление течёт одинаковый ток, т. е. справедливо равенство

`(U_max)/(R_»в»)=((n-1)U_max)/(R_»д»)`.

Отсюда                                     

`R_»д»=(n-1)R_»в»`.                                       (16)

Шкала гальванометра имеет `N=100` делений, цена деления $$ \delta =1\mathrm{мкА}.$$. Внутреннее сопротивление гальванометра $$ {R}_{G}=\mathrm{1,0} \mathrm{кОм}.$$. Как из этого прибора сделать вольтметр для измерения напряжений до $$ U=100 \mathrm{В}$$ или амперметр для измерения токов силой до $$ I=1\mathrm{A}$$?

Максимально допустимый ток `I_max` через гальванометр равен цене деления, умноженной на число делений: `I_max=delta*N=1*100=100` мкА.3=999` кОм.

В этом случае максимальному отклонению стрелки на шкале гальванометра соответствует напряжение между точками подключения  `U=100` В.

Для измерения сопротивления `R` проводника собрана электрическая цепь, показанная на рис. 11. Вольтметр `V` показывает напряжение `U_V=5` В. Показание амперметра `A` равно `I_A=25` мА. Найдите величину `R` сопротивления проводника. Внутренне сопротивление вольтметра `R_V=1,0` кОм. Внутреннее сопротивление амперметра `R_A=2,0` Ом.

Ток `I_A`, протекающий через амперметр, равен сумме токов `I_V` и `I_R`, протекающих через вольтметр и амперметр соответственно. Напряжения на резисторе `U_R=I_R*R` и вольтметре `U_V=I_V*R_V` одинаковы и равны показанию `U_V` вольтметра. Таким образом, приходим к системе уравнений

$$ \left\{\begin{array}{l}{I}_{A}={I}_{V}+{I}_{R},\\ {U}_{V}={I}_{V}·{R}_{V}={I}_{R}·R,\end{array}\right.$$

решение которой

$$ R={\displaystyle \frac{{U}_{V}}{{I}_{A}-{\displaystyle \frac{{U}_{V}}{{R}_{V}}}}}={\displaystyle \frac{5}{25·{10}^{-3}-{\displaystyle \frac{5}{{10}^{3}}}}}=250 \mathrm{Ом}.$$

определяет величину `R` сопротивления проводника по результатам измерений. Заметим, что для приведённой схемы величина внутреннего сопротивления амперметра оказалась несущественной: `R_A` не входит в ответ.

Измерительные приборы

Каждый измерительный прибор имеет определенные ограничения, кото­рые нужно принимать во внимание, чтобы при использовании этого при­бора получить правильное значение измеряемой величины. Введение из­мерительного прибора в электрическую схему может нарушить ее нор­мальную работу. Поэтому первое правило использования измерительных устройств — обеспечение таких условий измерения, при которых это вмешательство незначительно и им можно пренебречь. Важнейшей характе­ристикой измерительного прибора является его собственное сопротивле­ние, называемое внутренним сопротивлением (рис. 37.1).

Рис. 37.1. Базовый измерительный     Рис. 37.2. Включение амперметра                                     прибор.                                                                              А для измерения тока I в цепи.

Измерение тока

Чтобы измерить ток в цепи, нужно разомкнуть эту цепь в подходящем ме­сте и в место разрыва последовательно включить амперметр А (рис. 37.2). Амперметр может быть включен в любом месте цепи при условии, что че­рез него будет протекать весь измеряемый ток.

Высококачественные амперметры имеют малое внутреннее сопроти­вление, благодаря чему они оказывают очень слабое влияние на измеря­емый электрический ток. Амперметры с большими внутренними сопро­тивлениями дают неточные показания.

Измерение напряжения

Напряжение, или разность потенциалов, существует между двумя точка­ми в цепи. Чтобы измерить напряжение, вольтметр включается между этими двумя точками, например между выводами резистора, без разрыва цепи. Как показано на рис. 37.3, вольтметр V₁ измеряет падение напря­жения на резисторе R₁, а вольтметр V₂ — на резисторе R₂.

Рис. 37.3. Измерение напряжения.

Рис. 37.4.  Эффект нагрузки – часть общего тока,

ток I_m, ответвля­ется в вольтметр.

Эффект нагрузки

Как видно из рис. 37.4, внутреннее сопротивление вольтметра шунтиру­ет сопротивление участка цепи R, к которому подключается вольтметр. Часть тока, протекавшая до подключения вольтметра через R, теперь от­ветвляется к вольтметру. Другими словами, для полного тока I эффек­тивное сопротивление резистора R, зашунтированного теперь внутренним сопротивлением вольтметра, уменьшается. Это так называемый эффект нагрузки вольтметра. Для ослабления этого эффекта внутреннее сопро­тивление вольтметра делают максимально большим, так чтобы оно, по меньшей мере, в 20 раз превышало сопротивление нагрузки. При таких соотношениях шунтирующим эффектом сопротивления измерительного прибора можно пренебречь.

Внутреннее сопротивление

Внутреннее сопротивление измерительного прибора зависит от его чув­ствительности и выбранного диапазона (предела) измерений. Его мож­но вычислить исходя из чувствительности, которую указывают в омах на вольт (Ом/В). Например, вольтметр с чувствительностью 1000 Ом/В имеет внутреннее сопротивление

1000 · 1 = 1000 Ом в диапазоне измерений до 1 В,

1000 · 3 = 3000 Ом в диапазоне измерений до 3 В,

1000 · 10 = 10000 Ом в диапазоне измерений до 10 В и т. д.

При заданной чувствительности, чем больший диапазон измерений вы­бирается, тем больше внутреннее сопротивление и больше точность.

Пример 1

На рис. 37.5 показаны два одинаковых вольтметра V₁ и V₂ с чувствительностью 20000 Ом/В. Какой вольтметр даст более точные показания, если оба прибора работают в диапазоне измерений 10В?

Рис. 37.5.

Решение

Внутреннее сопротивление каждого прибора равно 20000 · 10 = 200000 Ом, или 200 кОм. Вольтметр V₁ шунтирует резистор R₂ с сопротивлением 10 кОм, т е. сопротивление этого измерительного прибора в 20 раз превышает сопротивле­ние резистора R₂, следовательно, вольтметр V₁ даст точное показание (т. е. 4,5 В). Вольтметр V₂, шунтирует резистор R₄, сопротивление которого равно внутреннему сопротивлению вольтметра 200 кОм. В результате эффект нагруз­ки для вольтметра V₂ будет значительным, что приведет к ошибочному показа­нию (3 В).

Аналоговые и цифровые измерительные приборы

Аналоговые измерительные приборы, такие, как магнитоэлектрические измерительные приборы с подвижной катушкой и осциллографы, обес­печивают непрерывную индикацию величин напряжения, тока и т. п. Цифровые измерительные приборы отображают показания дискретным образом. Они обеспечивают непосредственное считывание значений изме­ряемой величины, не зависящее от человеческих ошибок, не имеют дви­жущихся частей, меньше по размерам и дешевле по сравнению с анало­говыми измерительными приборами.

Типы измерительных приборов

Приборы с подвижной катушкой

Магнитоэлектрический измерительный прибор с подвижной катушкой указывает величину постоянного тока, протекающего через катушку. Его можно использовать и для проведения измерений на переменном токе, подключив ко входу выпрямитель. Приборы этого типа имеют чувстви­тельность порядка 20 кОм/В для постоянного тока и 600 Ом/В для пе­ременного тока, частотный диапазон измерений — до 2 кГц или немного больше.

Электронный вольтметр 

Это, по существу, магнитоэлектрический измерительный прибор с по­движной катушкой, но с усилителем на входе. Чувствительность достига­ет порядка мегаом на вольт как для постоянного, так и для переменного токов, частотный диапазон измерений — 3 МГц и выше.

Цифровой вольтметр 

Цифровой вольтметр имеет очень высокую чувствительность (измеряе­мую в мегаомах на вольт) и очень широкий частотный диапазон (свыше 2 МГц).

Электронно-лучевой осциллограф 

Кроме того, что на экране электронно-лучевого осциллографа можно уви­деть форму электрического сигнала, с его помощью можно также изме­рить самые различные электрические величины: напряжение (среднее и пиковое), период, разность фаз и время задержки. Входное сопротивле­ние осциллографа порядка 1 МОм, чувствительность и частотный диапа­зон измерений такие же, как у электронного и цифрового вольтметров.

Универсальный измерительный прибор (мультиметр)

Это, по существу, тот же вольтметр, но сочетающий в себе несколько из­мерительных функций. Коммутирующее устройство переключает функ­ции и позволяет использовать этот прибор как амперметр, вольтметр и омметр. Это может быть аналоговый (с подвижной катушкой) или ци­фровой прибор.

Осциллограф 

Осциллограф можно использовать также для определения частоты. Пе­риод t отображаемого сигнала измеряется с помощью откалиброванной по длительности развертки, а затем частота вычисляется по формуле f = 1/t. Этот метод применим как для синусоидального, так и для пери­одического сигнала любой другой формы.

Более точный метод определения частоты синусоидального сигнала заключается в сравнении его частоты с известной эталонной частотой. Для этого выключается внутренний генератор развертки осциллографа, и сигнал известной частоты (вырабатываемый генератором эталонной ча­стоты) подается на одну пару отклоняющих пластин, а сигнал измеряе­мой частоты — на другую. Плавно изменяя частоту эталонного генератора, добиваются появления на экране устойчивых изображений, называ­емых фигурами Лиссажу (рис. 37.6). Неизвестную частоту можно опре­делить, подсчитывая число пиков (максимумов) на изображении. Если неизвестная частота f_Y подается на Y-пластины, а известная частота f_X на X-пластины, то в тех случаях, когда возникают только горизонтальные пики, как на рис. 37.6, имеем

Неизвестная частота f_Y = Известная частота f_X  · Число пиков.

Рис. 37.6.

Измерительные приборы для регистрации логических состояний

Рассмотренные в предыдущем разделе устройства измеряют аналоговые величины. Для проверки логического состояния контрольной точки ну­жен логический пробник (рис. 37.7). При касании щупом пробника контрольной точки (или узла) индицируется логическое состояние узла: «1», «0» или состояние разомкнутой цепи.

Рис. 37.7. TTL – ТТЛ; CMOS – КМОП; Н — высокий уровень; L — низкий уровень.

Индикация осуществляется с по­мощью индикатора на одном или двух светодиодах. Для изменения логи­ческого состояния узла используется логический импульсный генератор. При касании узла щупом генератора логическое состояние этого узла из­меняется на противоположное. Если узел находился в состоянии логиче­ской 1, то он переключается в состояние логического 0, и наоборот. Логи­ческий импульсный генератор обычно применяется вместе с логическим пробником для контроля логических элементов, счетчиков, триггеров и других цифровых устройств.

Еще один очень полезный логический измерительный прибор — токо­вый детектор. Если токовый детектор поднести к проводнику на печат­ной плате, то он укажет наличие или отсутствие пульсирующего тока в проводнике. Электрический контакт с проводником не нужен. Токовый детектор применяется вместе с импульсным генератором для обнаруже­ния короткого замыкания между проводником или выводом какого-либо элемента, с одной стороны, и землей или шиной источника питания — с другой. Этот детектор можно также применять для поиска коротких замыканий между проводниками или выводами элементов.

Логический и сигнатурный анализаторы

Логический пробник и другие приборы, определяющие логическое состо­яние схемы, практически не применяются при тестировании микропро­цессорных систем. В системе с шинной организацией информация о ло­гическом состоянии отдельной линии шины недостаточна для адекватно­го контроля системы. Необходима одновременная проверка логических уровней на всех линиях адресной шины или шины данных. Это можно сделать с помощью многоканального логического анализатора (индика­тора логических состояний), который позволяет одновременно контроли­ровать большое количество входов. Альтернативным методом тестиро­вания микропроцессорной системы является регистрация последователь­ности битов, появляющихся в одной контрольной точке, с последующим сравнением этой последовательности с аналогичной последовательностью в хорошо работающей известной системе. Этот метод контроля основан на применении одновходового сигнатурного анализатора.

В данном видео рассказывается о стрелочном мультиметре:

Добавить комментарий

Измерение внутреннего сопротивления — Энциклопедия по машиностроению XXL

Для обеспечения точности измерения внутреннее сопротивление вольтметра должно быть больше сопротивления зонда не менее чем в 50 раз. Для этих целей  [c.109]

Измерение внутреннего сопротивления микрофона (рис. 12.10). Внутреннее сопротивление измеряют, например, путем изменения величины нагрузочного активного сопротивления 7. Сопротивление нагрузки, при котором получается  [c.303]

При точной компенсации э. д. с. во время измерения ток в цепи должен быть равен нулю, но так как полное равновесие не всегда бывает достигнуто, некоторый ток может протекать через элемент в момент замыкания контакта. Это не особенно существенно для элементов большой емкости, но важно для небольших элементов или для элементов с высоким внутренним сопротивлением. В последнем случае необходимо использовать высокочувствительные гальванометры. Например, электронные гальванометры, используемые для измерения pH с помощью стеклянного электрода, имеют входное сопротивление около 10 Ом и выше, что обеспечивает протекание ток порядка 10″ А при разности потенциалов 1 В. Такой ток недостаточен для поляризации (то есть заметного изменения э. д. с.) элемента.  [c.31]

Последовательно с вольтметром, внутреннее сопротивление которого R,, включен дополнительный резистор с электрическим сопротивлением Дд, в п раз большим сопротивления вольтметра. Во сколько раз при этом расширились пределы измерения напряжения вольтметром  [c.208]

Если вольтметр с внутренним сопротивлением предназначен для измерения напряжений до максимального значения то при включении последовательно с вольтметром дополнительного резистора с электрическим сопротивлением Лд (рис. 212) измеряемое напряжение и будет равно сумме напряжений С/д на дополнительном резисторе и на вольтметре  [c.208]

Свойства решетки твердого тела. Чтобы успешно интерпретировать результаты опытов, необходимо выбрать определенную теорию в качестве основы для сравнения с экспериментальными данными. Развитие теории электрического сопротивления протекало во многих отношениях аналогично развитию теории теплоемкости, т. е. теории внутренней энергии твердых тел. Основное различие состоит в том, что измерения электрического сопротивления обычно сопряжены со значительно меньшими трудностями, чем измерения теплоемкости. Однако теория электрического сопротивления гораздо сложнее теории теплоемкости ).  [c.186]

Следует заметить, что при измерении гальванометрическим прибором (милливольтметром) появляется методическая погрешность, обусловленная падением потенциала в измерительной цепи из-за протекания по ней электрического тока. Поэтому разность потенциалов на клеммах милливольтметра, которую измеряют и показывает прибор, не совпадает с измеряемой термо-ЭДС. Чтобы уменьшить эту погрешность до пренебрежимо малого значения, милливольтметры выпускаются с большим внутренним сопротивлением.  [c.175]

Таким образом, напряжение на зажимах милливольтметра всегда меньше термо-э.д.с. на значение падения напряжения во внешней цепи. В свою очередь, падение напряжения Ыаь тем меньше, чем больше внутреннее сопротивление милливольтметра. Поэтому для увеличения точности измерения термо-э.д.с.  [c.28]

Таким образом, измеренная милливольтметром разность потенциалов будет всегда меньше термо-ЭДС термопары на значение падения напряжения в цепи термопары кт. Чем больше сопротивление проводов термопары кт и сила тока I, тем больше погрешность. Для уменьшения этой погрешности стремятся выбирать внутреннее сопротивление милливольтметра наибольшим, а сопротивление проводов наименьшим. Однако полностью исключить погрешность таким способом невозможно. Учесть же ее не всегда бывает легко, так как сопротивление термопары Яг изменяется с температурой.  [c.97]

Измерение р, производится по схеме, показанной на рис. 5.2, 6. Высокое напряжение подается на ОЭ. Поверхностный ток протекает от внутренней кромки ОЭ — окружности с диаметром — по поверхности образца к кромке ИЭ — окружности с диаметром di- Можно принять, что длина участка, по которому протекает поверхностный ток, равна (d — di)/2, а ширина определяется средним диаметром d j, — (dj + di)/2 и равна я (d + d,)/2. Если измеренное поверхностное сопротивление равно R.,. то  [c.136]

Силу тока всегда лучше измерять при помощи схемы с нулевым сопротивлением, так как в этом случае моделируются условия работы короткозамкнутых пар, возникающих при эксплуатации котлов. В тех случаях, когда внутреннее сопротивление контактной пары значительно больше сопротивления измерительного прибора, а величина тока значительная, измерения можно производить, подключая  [c.144]

При измерениях напряжения прибор 1 вместо Uo измеряет Ui. Отклонение результата измерения (погрешность) уменьшается по мере уменьшения силы тока /] и соответствующего уменьшения угла наклона а. Вольтметры должны быть возможно более высокоомными. Обычные вольтметры магнитоэлектрической системы (с вращающейся рамкой) имеют внутренние сопротивления порядка нескольких десятков килоом на один вольт (/i=0,l мА) и для измерения потенциалов непригодны. Имеются приборы более высокого качества с соответствующим показателем около 1 МОм на I В (/> = 1 мкА). С их применением на практике можно измерять стационарные потенциалы однако время успокоения стрелки у них довольно велико (>1 с). Обычно для измерения потенциалов используют аналоговые показывающие вольтметры с электронным усилителем с входным сопротивлением порядка 10 —10 2 Ом. Время успокоения стрелки у них не превышает 1 с, а при электронном показании оно даже менее 1 мс.  [c.82]

При измерениях силы тока при Помощи прибора 2 вместо значения 1о Измеряется величина h- Здесь отклонение результата измерений (погрешность) уменьшается по мере уменьшения измеряемого напряжения Ui и соответственно увеличения угла наклона Р, т. е. с уменьшением внутреннего сопротивления. Это означает, что при измерениях силы тока прибор (амперметр) должен иметь возможно более Низкое внутреннее сопротивление, чтобы не повышалось суммарное сопротивление й цепи Тока и чтобы не изменялась измеряемая величина. Обычные приборы магнитоэлектрической системы имеют внутреннее сопротивление около 100 Ом на 1 мА (Уг=0,1 В) и вполне пригодны для измерений силы тока. Для меньших значений силы тока имеются и более высококачественные приборы с показателем 5 кОм на 1 мкА  [c.82]

В противоположность простым измерениям силы тока и потенциала при поляризационных измерениях, т. е. при снятии поляризационных кривых ток — потенциал, нужны активные системы с активными внешними схемами, имеющими переменную характеристику (см. рис. 2.3). Эти внешние схемы тоже должны быть возможно более жесткими, так чтобы все нестационарные значения располагались на известной характеристике — так называемой прямой сопротивления внешней схемы [1]. Для электрохимической защиты особый интерес представляют внешние схемы с круто поднимающимися прямыми сопротивления в диаграмме I U), т. е. с малыми внутренними сопротивлениями, поскольку такими схемами можно эффективно контролировать потенциал независимо от величины потребляемого тока. Обычные источники постоянного тока с высоким внутренним сопротивлением уступают таким схемам, поскольку изменения силы потребляемого тока вызывают и соответственно большие изменения напряжения (см. раздел 9). Для некоторых систем, например групп II и IV, согласно разделу 2.4, для защиты могут применяться только низкоомные преобразователи (см. раздел 20).  [c.83]

Вольтметры с усилителями часто имеют выход для подключения самопишущих измерительных приборов. Благодаря этому могут быть использованы также и самопишущие приборы с низким входным сопротивлением для регистрации результатов измерения с высоким сопротивлением источника. Высокоомные универсальные приборы, применяемые в электротехнике для измерения напряжений, токов и сопротивлений, тоже могут применяться для измерения потенциала. Универсальные приборы обычно имеют измерительный механизм магнитоэлектрической системы с вращающейся рамкой, подвешенной на ленточных растяжках. Они прочны, нечувствительны к действию повышенной температуры и имеют линейную шкалу. При времени успокоения стрелки не более 1 с, как требуется для измерения потенциалов, максимальное внутреннее сопротивление таких приборов составляет 100 кОм на 1 В. Поскольку сопротивление электродов сравнения большой площади обычно не превышает 1 кОм, с применением таких приборов возможны достаточно точные измерения потенциалов. Однако при измерениях потенциала в высокоомных песчаных грунтах или на мощеных мостовых (малая диафрагма) сопротивление электрода сравнения может значительно превышать 1 кОм. Погрешности измерения, получаемые в таких случаях при применении универсальных приборов, могут быть устранены с применением схемы, принцип которой показан на рис. 3.6 [9]. Параллельно измерительному прибору при помощи кнопочного выключателя S подключается сопротивление Ri, одно и то же для соответствующего диапазона измерений. При допущении, что внешнее сопротивление меньше внутреннего Ra[c.92]

Фильтры имеют постоянную времени x=R , которая увеличивает демпфирование измерительного прибора. Постоянная времени зависит от требуемой степени ослабления и от частоты переменного тока, оказывающего возмущающее влияние, но не от внутреннего сопротивления измерительного прибора. Постоянные времени экранирующих фильтров по порядку близки к постоянным времени электрохимической поляризации, так что погрещность при измерении потенциала отключения увеличивается. Поскольку при последовательном соединении ослабляющих фильтров их постоянные времени складываются а коэффициенты ослабления перемножаются, целесообразно вместо одного большого фильтра подключать последовательно несколько небольщих.  [c.100]

Измерение разности потенциалов между рельсами и землей (тюбингами) производится вольтметром с внутренним сопротивлением не менее 500 ом на 1 в шкалы и пределами измерений О 100 в или интегрирующими приборами.  [c.94]

Проверка исправности междурельсовых и междупутных соединителей производится измерением разности потенциалов между рельсовыми нитями одного и того же пути и между внешними нитями разных путей через каждые 600 м в местах установки соединителей. Для измерения используется вольтметр с внутренним сопротивлением не менее 10 ком на 1 в. В каждой проверяемой точке фиксируется 10 показаний вольтметра.  [c.98]

Исправность обходных соединителей на стрелках, крестовинах и т. п. — проверяется измерениями разности потенциалов между концами рельсов, к которым примыкают стрелки, крестовины и т. п. Измерения производятся милливольтметром с внутренним сопротивлением не менее 10 ком на 1 в. На каждом обходном соединителе снимается 10 показаний вольтметра.  [c.98]

Измерение разности потенциалов между рельсами и землей можно производить с помощью регистрирующих приборов со стрелочным отсчетом. Внутреннее сопротивление прибора должно быть не менее 10 ком на 1 в. В качестве измерительного электрода применяется стальной стержень диаметром не менее 15 мм. Электрод забивается в грунт на глубину 10—15 см. Минимальное расстояние пункта установки электрода от ближайшей нитки рельсов 20 м. Потенциал рельсов относительно земли измеряется через каждые 200 м пути и у мест присоединения отрицательных питающих линий  [c.98]

Измерения поляризационного потенциала стальных трубопроводов в контрольно-измерительных пунктах могут проводиться с помощью схемы, содержащей вольтметр с большим внутренним сопротивлением 5 и прерыватель тока 6 с накопительным конденсатором (рис. 18, 6). В отсутствие поля блуждающих токов разрешается применять схемы, содержащие вольтметр 5 и прерыватель 6 (рис. 18, в). В том и другом случае вольтметр должен иметь внутреннее сопротивление не менее 1 Мом на 1 в шкалы и пределы измерений 0- — 1,0- — 3в или другие, близкие к указанным.  [c.106]

Поляризационный потенциал стальных трубопроводов в контрольных пунктах измеряют по схеме, данной на рис. 5а. В отсутствие поля блуждающих токов допускается измерять поляризационный потенциал по схеме, приведенной на рис. 56. В том и другом случае вольтметр должен иметь внутренне сопротивление не менее 1 Мом на 1 В шкалы и пределы измерения 1-0-1,3-0-3 или другие, близкие к указанным.  [c.19]

При облучении потоком электронов структуру молибденовых тонких фолы изучали методами измерения электросопротивления и внутреннего трения. Эти исследования проводили при температуре жидкого азота или гелия, так как дефектность структуры, вызываемая электронным облучением, термически нестабильна. В работе [187] было установлено, что уже при температуре 31 и 40 К в молибдене, подвергнутом облучению электронами, наблюдаются пики внутреннего трения. При измерении остаточного сопротивления образцов, подвергнутых облучению при температуре жидкого гелия (4,2 К), было установлено [166], что при увеличении температуры до 40 К электросопротивление образцов резко снижается. При дальнейшем росте температуры оно меняется мало. Однако по мере увеличения энергии электронов с 1,05 до 1,45 и 1,85 МэБ электросопротивление растет соответственно с 0,34 до 2,91 и 4,9 мкОм-см.  [c.72]

Склонность аустенитных нержавеющих сталей к межкристаллит-ной коррозии определяется по ГОСТу 6032—58. О наличии межкри-сталлитной коррозии после испытаний в воде или паре судят или по результатам металлографических исследований, или по изменению электрического сопротивления образцов и измерению внутреннего трения [11,10].  [c.66]

Как видно из формулы, верхний предел измерений 7 пл тем больше, чем выше Однако выбор сопротивления ограничен возможностями потенциометра и величина его не должна существенно превышать внутреннего сопротивления прибора. Так, для ЭПП-09 внутреннее  [c.351]

Измерение внутреннего сопротивления применяется для слоистых материалоч (гетинакс, текстолит и т. п.), у которых электропроводность в направлении вдоль слоев, как правило, значительно больше, чем в направлении лоперек слоев. В этом случае согласно ГОСТ 6433-52 применяются два металлических (медных, латунных или стальных) электрода, которые плотно вставляются в просверленные в образце отверстия (фиг. 21-12) измеряются ток, проходящий через образец между двумя указанными выше электродами (без применения охранного электрода), и внутреннее сопротивление образца подсчитывается по формуле  [c.21]

Для непосредственного измерения i можно ввести в день фотоэлемента какой-нибудь прибор, измеряюш,ий силу тока. Обычно в качестве такого прибора используют второй гальванометр. При удачной конструкции усилителя, обеспечении хороших контактов, сведении к минимуму вибраций и т. д. удается, используя два простых кембриджских гальванометра с внутренним сопротивлением 500 ом, работать с сопротивлением/ = 20 ом, а при благоприятных условиях с еще меньшим сопротивлением. При этом достигается увеличение чувствительности по напряжению примерно в 25 раз по сравнению с собственной чувствительностью гальванометра этого типа. Иными словами, если гальванометр без усилителя имеет чувствительность примерно 2 мм мкв при расстоянии от зеркала до шкалы 1 м, то при использовании описаиной схемы с двумя такими же гальванометрами чувствительность достигает 5 см1мкв. Действие сильной отрицательной обратной связи выражается в том, что свойства системы становятся почти не зависящими от параметров гальванометра и фотоэлементов. Это избавляет нас от необходимости заботиться о линейности первичного гальванометра и фототока [см. (10.1)].  [c.177]

Под внутренним трением понимают способность твердых тел необратимо поглощать и рассеивать внутрь материала сообщаемую извне механическую энергию. Внутреннее трение — это неупругое релаксационное свойство, проявляющееся как вязкое сопротивление взаимному перемещению частей одного и того же твердого тела при его деформировании или при сообщении ему механических колебаний [277—279]. Знание величины внутреннего трения позволяет выбирать демпфирующие материалы для гашения механических йолебаний (здесь необходимо высокое внутреннее трение) или рекомендовать сплавы, практически не рассеивающие упругую энергию, т. е. обладающие незначительным внутренним трением. Кроме того, измерение внутреннего трения дает информацию о механизмах фазовых превращений, диффузии, кинетике выделения избыточных фаз и др. Методика внутреннего трения может быть использована для оценки работоспособности материалов в условиях их длительной работы при сложных температурных и силовых воздействиях [227].  [c.184]

Очевидно, обычный способ измерения показателя pH с использованием традиционного усилителя с высокоомным входом (10 -Ю Ом) и обычного электрода сравнения с внутренним сопротивлением от 10 до 20 кОм неприменим при анализах вод с высоким сопротивлением. Одним из способов решения вопроса является применение в качестве электрода сравнения вместо традиционного каломельного электрода со значительно более высоким внутренним электрическим сопротивлением. В качестве Такого электрода можно использовать второй стеклянный электрод. При этом йнутреннее сопротивлением обоих электродов возрастет примерно до 10 Ом и двойной высокоомный усилитель с входным сопротивлением 10 Ом на каждом входе будет чувствовать влияние электрического сопротивления воды около 10 Ом на расстоянии 1 см. Даже на расстоянии между электродами 1 м сопротивление анализируемой воды составит лишь 10 Ом. В худшем случае входное сопротивление электродов достигает лишь 2 -10 Ом.  [c.33]

На рис. 3.8 показано измерение потенциала поляризованной стальной поверхности, регистрируемое после отключения защитного тока при помощи быстродействующего самописца (со временем успокоения стрелки 2 мс при ее отклонении на 10 см) с различными скоростями протяжки бумажной ленты. Потенциал отключения, полученный при скорости протяжки ленты 1 см с- , соответствует значению, измеренному при помощи вольтметра с усилителем. Из рис. 3.8 видно, что погрешность, получающаяся при измерении потенциалов приборами со временем успокоения стрелки 1 с, составляет около 50 мВ, потому что небольшая часть поляризации как омическое падение напряжения тоже входит в результат измерения [10]. Для измерения потенциалов выключения необходимо, чтобы измерительные приборы имели время успокоения стрелки менее 1 с и апериодическое демпфирование. Время успокоения стрелки универсального прибора зависит от его входного сопротивления и сопротивления источника напряжения, а у вольтметра с усилителем — от усилительной схемы. Время успокоения стрелки может быть определено с помощью схемы, показанной на рис. 3.9 [11]. При этом внутреннее сопротивление измеряемого источника тока и напряжения моделируется сопротивлением (резистором) Rp, подключенным параллельно измерительному прибору. В качестве сопротивлений R и Rp целесообразно применять переключаемые десятичные резисторы (20—50 кОм). Потенциометр Rt (с сопротивлением около 50к0м) предназначается для настройки контролируемого прибора на предельное отклонение стрелки. У приборов с апериодическим демпфированием отсчет времени успокоения стрелки прекращается при установке показания на 1 % от конца или начала шкалы. У приборов, работающих с избыточным отклонением стрелки, определяют время движения стрелки вместе с избыточным отклонением и одновременно определяют величину избыточного отклонения в процентах по отношению к максимальному значению. В табл. 3.2 приведены значения времени успокоения стрелки некоторых приборов, обычно применяемых при коррозионных испытаниях, проводимых при наладке защиты от коррозии (самопишущие приборы см. в разделе 3.3.2.3).  [c.93]

В отличие от напряжения постоянного тока напряжение переменного тока можно измерять при помощи электрода сравнения типа земляной пики (заостренного стального стержня, втыкаемого в грунт) переходное сопротивление у таких металлических стержней ниже, чем у электродов сравнения, перечисленных в табл. 3.1, но для измерений приборами электромагнитной системы или приборами электродинамической системы оно может все же оказаться слишкой высоким. Поэтому рекомендуется при измерениях напряжения переменного тока применять также вольтметры с усилителями или самопищущие приборы с усилителями, которые имеют высокие внутренние сопротивления, высокую точность измерений и линейную шкалу. В технике измерений переменного тока важно учитывать частоту и форму кривой тока. Обычно измерительные приборы тарируют на эффективные значения при частоте 50 Гц и синусоидальной форме кривой тока. Поэтому при иной частоте и иной форме кривой тока (при управлении с фазовой отсечкой) они могут давать искаженные показания. Погрешности измерения, обусловленные формой кривой тока, могут быть выявлены по получению различных показаний для одной и той же измеряемой величины в различных диапазонах измерения.  [c.100]

Выявлять наличие блуждаюш их токов в земле на трассе проектируемого подземного металлического сооружения рекомендуется по результатам измерений разности потенциалов между проложенными в данном районе подземными металлическими сооружениями и землей (рис. 16). При отсутствии подземных металлических сооружений наличие блуждающих токов в земле на трассе проектируемого сооружения целесообразно определять путем измерения разности потенциалов между двумя точками земли через каждые 1000 м по двум взаимно перпендикулярным направлениям при разносе измерительных электродов на 100 м. При этом должны применяться вольтметры, имеющие внутреннее сопротивление не менее 20 ком на 1 в шкалы, с пределами измерений О 75 О -f- 0,5 О 1,0  [c.100]

КИМ, чтобы при всех температурах режим течения в капилляре был ламинарным. Калибровка внутреннего диаметра капилляра производилась посредством измерения омического сопротивления, а также путем взвешивания ртутного столбика, заполняющего весь капилляр. При соединении капилляра с капельной трубкой, осуществляемом через стеклянную (М-600) соединительную трубку 8 (рис. 3-32) и соединительный корпус 7 из стали 1Х18Н9Т, один конец трубки 8 приваривался к капилляру, а другой конец ее через специальное уплотнение соединялся с корпусом 7. В этот же корпус пол углом 90° к трубке 8 посредством конусного уплотнения ввертывалась капельная трубка. Горизонтальная защитная трубка 9 выполнялась из стали 1Х18Н9Т с диаметром 14/21 мм. В резервуарах стеклянной капельной  [c.167]

Механотроны обладают малым внутренним сопротивлением, значительной чувствительностью по току и перемещениям (неиеиееЗ мка/мкм), большими пределами измерения (до 100 мкм) и малой вариацией в показа ниях (не более 0,04 лклг). Высокая чувствительность по току позволяет измерять электрический сигнал механотрона непосредственно стрелочным электроизмерительным прибором. Долговечность работы механотрона — до 2000 ч.  [c.102]

Решение.

1. Вычислим
   R:

R===99.517
Ом.

В
данном случае имеется 3 составляющие
погрешности косвенного измерения R:
погрешности результатов прямых измерений
напряжения и тока и погрешность от
взаимодействия вольтметра с объектом
измерения, т.е. с резистором R.
Последняя обусловлена тем, что подключение
вольтметра измеряет ток, протекающий
по параллельно соединенным R
и R_v.

2. Вычислим
   предельное значение относительных
   погрешностей результатов прямых
   измерений напряжения и тока:

_U,п
= 
100*0,50*1,030 = 
4,85%

_I,п
= 
100*0.25/10.35 = 
2.42%

Легко
показать, что при RR_v
относительная погрешность от
взаимодействия вольтметра с резистором
определяется выражением:

_вз
= -100*

Подставляя
вычисленное значение R
и номинальное значение R_v
получим:

_вз
= -100*99.517/10⁴
= — 0.995 %

Соответственно:

_вз
= 10^-2R_вз
= — 99.517*0.01=-0.990 Ом

Эта
погрешность систематическая и ее можно
исключить, введя поправку в результат.
Тогда останется погрешность, обусловленная
отклонением R_v
от номинального значения. Однако ясно,
что при R_v=(10,00,1)
кОм ее относительное значение будет
около 0,01%,
т.е. оно ничтожно по сравнению с _U,п
и _I,п
.

3. Находим
   п.

п=10^-2R(_U,п+_I,п
)
= 10^-2*99.517(4.85+2.42)=7.23
Ом 
7,2 Ом.

4. Таким
   образом, после округления и с учетом
   поправки результат косвенного измерения
   R
   можно представить в виде:

(107,2)
Ом, Р=1

Пример 27

Потенциометром
типа Р309 класса 0,005/0,0025 в нормальных
условиях получены значения U₀=0,10254
В и U
= 0,20831 В при использовании образцового
резистора с номинальным значением
сопротивления R₀
= 1 Ом класса 0,01.

R₀
I
R

U₀
U

Конечное
значение диапазона измерения
потенциометра U_К=2,12111
В. Требуется записать результат
измерения.

Решение.

1. Найдем
   R.

В
соответствии с формулой R=R₀
c использованием калькулятора с отсчетным
устройством на 10 десятичных разрядов
получим:

R=2,031499903
Ом.

2. Найдем
   .

В соответствии с:

_R,П
= 
{_R0,П
+[ с+d(|
| — 1)] + [ с+d(|
| — 1)]} = 
{_R0,П
+2 (c
– d
)+ +dUК(+)].

_R,П
= 
[0.01
+ 2 (0.05 — 0.00025 ) + 0.0002 * 2.12111 * (1/0.20831 + +1/10254) ] =
0.0273
%

3. Найдем
   предельные абсолютные погрешности
   результата измерения.

 R,п=10^-2
_R,П
R=

10^-2*0,0273*2,03149903=0,000554
Ом.

4. Результат
   измерения:

(2031,500,55)
мОм; Р=1.

4.
Блок задач для самостоятельного решения

Вариант предложенных
задач для решения выбирается в соответствии
с программой, которая из общего набора
из 30 задач случайным образом комплектует
набор из трех задач и выдает студенту
на экран монитора и на печать

Вариант 0

Задача 4

Результат
измерения тока содержит случайную
погрешность, распределенную по нормальному
закону; 
равно 4 мА, _с
равно нулю. Какова вероятность того,
что погрешность превысит по абсолютной
величине 12 мА?

Задача 11

Определите
сопротивление шунта к магнитоэлектрическому
милливольтметру, имеющему сопротивление
R_о
= 2,78 Ом и ток полного отклонения I_о
= 26 мА, для получения амперметра на 25 А.

Задача 23

Для
измерения напряжения U
= 3300 В вольтметр типа Д566/8 с конечными
значениями шкалы U_к,
равными 75 и 150 В, включен через измерителный
трансформатор напряжения типа И510. Шкала
вольтметра имеет 150 делений. Определите
цену деления вольтметра С_в
на всех пределах измерения, если
коэффициент трансформации
К = 6000/100.

Вариант 1

Задача 5

Результат
измерения мощности содержит случайную
погрешность, распределенную по нормальному
закону; 
равно 100 мВт, _с
равно минус 50 мВт. Найдите вероятность
того, что результат измерения
(неисправленный) превысит истинное
значение мощности.

Задача 12

Сопротивление
магнитоэлектрического амперметра без
шунта R_о
= 1 Ом. Прибор имеет 100 делений, цена
деления 0,001 А / дел. Определите предел
измерения прибора при подключении шунта
с сопротивлением R
= 52,6 
10^-3 Ом
и цену деления.

Задача 22

Электродинамический
ваттметр типа Д566/12 имеет два предела
измерения по току (I_к
равно 2 и 5 А) и три по напряжению (U_к
равно 75; 150 и 300 Вт). Шкала ваттметра
односторонняя с числом делений _к
= 150.

Вариант 2

Задача 2

Результат
измерения мощности содержит случайную
погрешность, распределенную по нормальному
закону; 
равно 100 мВТ, _с
равно минус 50 мВт. Найдите вероятность
того, что истинное значение мощности
отличается от результата измерения
(неисправленного) не более чем на 150 мВт.

Задача 15

Верхний предел
измерения микроамперметра 100 мкА,
внутреннее сопротивление 15 Ом. Чему
должно быть равно сопротивление шунта,
чтобы верхний предел измерения увеличился
в 10 раз?

Задача 25

Вольтметр,
имеющий верхний предел измерения 3 В,
имеет внутреннее сопротивление R_п
= 400 Ом. Определите сопротивление
добавочных резисторов, которые нужно
подключить к вольтметру, чтобы расширить
диапазон измерений до 15 и 75 В.

Вариант 3

Задача 6

В
результате поверки амперметра установлено,
что 80% погрешностей результатов измерений,
произведенных с его помощью, не превосходит

20 мА. Считая, что погрешности распределены
по нормальному закону с нулевым
математическим ожиданием, найдите
вероятность того, что погрешность
результата измерения превзойдет 
40 мА.

Задача 13

Определите, какое
нужно иметь сопротивление добавочного
резистора к электродинамическому
вольтметру с верхним пределом измерения
100 В и внутренним сопротивлением 4 кОм,
чтобы расширить его верхний предел
измерения в № раза?

Задача 24

Чувствительный
миллиамперметр используется как
вольтметр. Определите цену деления
этого прибора в вольтах, если его
внутреннее сопротивление 500 Ом и каждое
деление шкалы соответствует 1 мА.

Вариант 4

Задача 7

В
результате поверки амперметра установлено,
что 80% погрешностей результатов измерений,
произведенных с его помощью, не превосходит

20 мА. Считая, что погрешности распределены
по нормальному закону с нулевым
математическим ожиданием, найдите
симметричный доверительный интервал
для погрешности, вероятность попадания
в который равна 0,5.

Задача 14

К
вольтметру, сопротивление которого R_в
= 30 кОм, подключен резистор с сопротивлением
R_д
= 90 кОм. При этом верхний предел измерения
прибора составляет 600 В. Определите,
какое напряжение можно измерять прибором
без добавочного резистора R_д?

Задача 27

При
контроле метрологических параметров
деформационных (пружинных) манометров
со шкалой в 300
(300 делений) смещение стрелки от
постукивания по корпусу прибора должно
оцениваться с погрешностью, не превышающей
0,1 цены деления шкалы. Сопоставьте эту
погрешность отсчета с допускаемой
погрешностью для манометра класса 0,15.

Вариант 5

Задача 8

В
результате поверки амперметра установлено,
что 80% погрешностей результатов измерений,
произведенных с его помощью, не превосходит

20 мА. Считая, что погрешности распределены
по закону равномерной плотности с
нулевым математическим ожиданием,
найдите вероятность того, что погрешность
результата измерения превзойдет 
40 мА.

Задача 20

Вольтметр
электромагнитной системы с верхним
пределом измерения 100 В проградуирован
для работы с трансформатором напряжения
с К_Uн
= 800 / 100. Определите напряжение сети, если
стрелка указанного вольтметра, включенного
через трансформатор напряжения с К_Uн
= 10000 / 100, остановилась на отметке 300 В.
Погрешностью трансформатора пренебречь.

Задача 26

Микроамперметр
на 100 мкА имеет шкалу в 200 делений.
Определите цену деления и возможную
погрешность в делениях шкалы, если на
шкале прибора имеется обозначение
класса точности 1,0.

Вариант 6

Задача 3

Погрешности
результатов измерений, произведенных
с помощью амперметра, распределены по
закону равномерной плотности; 
равно 20 мА, систематической погрешностью
можно пренебречь. Сколько независимых
измерений нужно сделать, чтобы хотя бы
для одного из них погрешность не
превосходила 
5 мА с вероятностью не менее 0,95?

Задача 16

Для
измерения мощности ваттметр включен
через измерительные трансформаторы
тока с К_Iн
= 200 / 5 и напряжения с К_Uн
= 600 / 100. Определите мощность, потребляемую
нагрузкой, если ваттметр показал 400 Вт.
Погрешностями трансформаторов пренебречь.

Задача 21

Поправка к показанию
прибора в середине его шкалы С = + 1 ед.
Определите абсолютную погрешность и
возможный класс точности прибора, если
его шкала имеет 100 делений = 100 ед.

Вариант 7

Задача 9

Сопротивление
R
составлено из последовательно включенных
R1
и R2,
математические ожидания и средние
квадратические отклонения которых
известны: m₁
= 12 Ом; m₂
= 15 Ом; ₁
= 1 Ом; ₂
= 0,5 Ом.
Найдите математическое ожидание m_R
и среднюю квадратическую погрешность
_R
сопротивления R.

Задача 18

Определите
мощность, потребляемую цепью, и показание
ваттметра в делениях, если амперметр,
вольтметр и ваттметр включены во
вторичные обмотки трансформаторов тока
(К_Iн
= 150 / 5) и напряжения (К_Uн
= 3000 / 100). Показания приборов: I
= 4 A;
U
= 100 B.
Сдвиг фаз между током и напряжением в
цепи 60.
Ваттметр имеет верхние пределы измерения
Iн
= 5 А; Uн
= 150 В и шкалу со 150 делениями. Погрешностями
трансформаторов пренебречь.

Задача 28

Определите
абсолютную погршеность измерения
постоянного тока амперметром, если он
в цепи с образцовым сопротивлением 5 Ом
показал ток 5 А, а при замене прибора
образцовым амперметром для получени
тех же показаний пришлось уменьшить
напряжение на 1 В.

Вариант 8

Задача 10

Сопротивление
Rх
измерено с помощью четырехплечего
моста и рассчитано по формуле

Rх
= R2
R3
/ R4.

Найдите максимально
возможное значение относительной
систематической погрешности результата
измерения, если относительные
систематические погрешности
сопротивлений R2, R3, R4 не превосходят по
модулю соответственно 0,02; 0,01 и 0,01%.

Задача 17

Определите
показания амперметра, включенного во
вторичную обмотку трансформатора тока,
если номиналный коэффициент трансформации
тока К_Iн
= 150 / 5, погрешность тока f_I=0,6%, угловая
погрешность _I
= 50,
первичный ток I₁
= 80 A.
Погрешностью амперметра пренебречь.

Задача 30

Сравните погрешности
измерений давления в 100 кПа пружинными
манометрами классов точности 0,2 и 1,0 с
пределами измерений на 600 и 100 кПа,
соответственно.

Вариант 9

Задача 1

В
результате измерений сопротивлений
получены следующие значения: R0
= 200 Ом; R1
= 100 Ом; R2
= 600 Ом; R3
= 500 Ом. Средние квадратические отклонения
измеренных сопротивлений соответственно
равны 0,3; 0,2; 0,6; 0,3 Ом. Определите среднее
квадратическое отклонением сопротивления
Rх,
если

Rх
= R0
+ R1
R2
/ R3.

Задача 19

Для
измерения тока I
= 0,1 – 0,5 мА необходимо определить класс
точности магнитоэлектрического
миллиамперметра с конечным значением
шкалы I_к
= 0,5 мА, чтобы относительная погрешность
измерения тока 
не превышала 1%.

Задача 29

Потенциометр
постоянного тока в диапазоне 0 – 50 мВ
имеет основную погрешность 
= 
0,05
+ (2,5 / А),
где А – показания потенциометра, мВ.
Определите предел допускаемой погрешности
в конце и середине диапазона измерений
(Ак = 50 мВ). Сравните их и класс точности
0,05 потенциометра.

Тест по физике Измерение силы тока и напряжения для 11 класса

Тест по физике Измерение силы тока и напряжения для 11 класса с ответами. Тест включает в себя 2 варианта. В каждом варианте по 5 заданий.

1 вариант

1. Во сколько раз изменится цена деления амперметра, имеющего внутреннее сопротивление 5 Ом, если парал­лельно с ним включить шунт сопротивлением 1 Ом?

А. В 5 раз
Б. В 4 раза
В. В 6 раз

2. Определите, какое добавочное сопротивление необхо­димо присоединить к вольтметру, чтобы его цена деле­ния увеличилась в 5 раз. Сопротивление вольтметра рав­но 1000 Ом.

А. 4000 Ом
Б. 5000 Ом
В. 6000 Ом

3. Для увеличения предела измерения амперметра с 1 А до 20 А к нему подключен шунт сопротивлением 0,04 Ом. Каково сопротивление амперметра?

А. 0,76 Ом
Б. 1,54 Ом
В. 0,38 Ом

4. Вольтметр может измерить максимальное напряжение 6 В. Подключение к нему добавочного сопротивления 80 кОм позволило увеличить предел его измерения до 240 В. Каково сопротивление вольтметра?

А. 4 кОм
Б. 2 кОм
В. 1 кОм

5. Чему равно сопротивление шунта для удвоения диапа­зона измерений гальванометра, если сопротивление по­следнего равно 30 Ом?

А. 30 Ом
Б. 60 Ом
В. 10 Ом

2 вариант

1. Рассчитайте сопротивление шунта к амперметру, если его цена деления увеличилась в 5 раз. Внутреннее сопро­тивление амперметра равно 1 Ом.

А. 0,25 Ом
Б. 2 Ом
В. 5 Ом

2. Во сколько раз изменится цена деления вольтметра с внутренним сопротивлением 2000 Ом, если к нему под­ключить добавочное сопротивление 10 кОм?

А. В 5 раз
Б. В 6 раз
В. В 10 раз

3. Определите сопротивление амперметра, если для уве­личения его предела измерения с 2 А до 10 А к нему под­ключен шунт сопротивлением 0,3 Ом.

А. 2,4 Ом
Б. 1,2 Ом
В. 0,6 Ом

4. При подключении к вольтметру добавочного сопротив­ления 40 кОм предел его измерения увеличился от 10 В до 200 В. Чему равно сопротивление вольтметра?

А. 1 кОм
Б. 4,2 кОм
В. 2,1 кОм

5. Какое добавочное сопротивление необходимо подклю­чить к вольтметру, чтобы увеличить предел его измерений в 3 раза, если сопротивление вольтметра равно 3 кОм?

А. 6 кОм
Б. 2 кОм
В. 1 кОм

Ответы на тест по физике Измерение силы тока и напряжения для 11 класса
1 вариант
1-В
2-А
3-А
4-Б
5-А
2 вариант
1-А
2-Б
3-Б
4-В
5-А

Воздействие вольтметра

на измеряемую цепь | Цепи измерения постоянного тока

Каждый метр в некоторой степени влияет на контур, который он измеряет, точно так же, как любой манометр в шинах слегка изменяет измеренное давление в шинах, поскольку для работы манометра выпускается некоторое количество воздуха. Хотя некоторое воздействие неизбежно, его можно свести к минимуму за счет хорошей конструкции расходомера.

Схема делителя напряжения

Поскольку вольтметры всегда подключаются параллельно с тестируемым компонентом или компонентами, любой ток, протекающий через вольтметр, будет вносить вклад в общий ток в тестируемой цепи, потенциально влияя на измеряемое напряжение.Идеальный вольтметр имеет бесконечное сопротивление, поэтому он не потребляет ток из тестируемой цепи. Однако совершенные вольтметры существуют только на страницах учебников, а не в реальной жизни! Возьмем следующую схему делителя напряжения в качестве крайнего примера того, как реалистичный вольтметр может повлиять на схему, которую он измеряет:

При отсутствии вольтметра, подключенного к цепи, на каждом резисторе 250 МОм в последовательной цепи должно быть ровно 12 Вольт, причем два резистора равного номинала делят общее напряжение (24 В) точно пополам.Однако, если рассматриваемый вольтметр имеет сопротивление между выводами 10 МОм (обычное значение для современного цифрового вольтметра), его сопротивление создаст параллельную подсхему с нижним резистором делителя при подключении:

Это эффективно снижает нижнее сопротивление с 250 МОм до 9,615 МОм (250 МОм и 10 МОм параллельно), резко изменяя падение напряжения в цепи. На нижнем резисторе теперь будет гораздо меньшее напряжение, чем раньше, а на верхнем резисторе — намного больше.

Делитель измеряемого напряжения

Делитель напряжения с сопротивлением 250 МОм и 9,615 МОм разделит 24 В на части 23,1111 В и 0,8889 В соответственно. Поскольку вольтметр является частью этого сопротивления 9,615 МОм, он будет показывать именно это: 0,8889 вольт.

Теперь вольтметр может показывать только напряжение, подключенное к нему. Он не имеет возможности «знать», что на нижнем резисторе сопротивлением 250 МОм упало напряжение 12 В до того, как резистор был подключен к нему.Сам факт подключения вольтметра к цепи делает его частью цепи, а собственное сопротивление вольтметра изменяет соотношение сопротивлений цепи делителя напряжения, следовательно, влияя на измеряемое напряжение.

Как работает вольтметр?

Представьте, что вы используете манометр в шинах, для работы которого требуется такой большой объем воздуха, что он может сдуть любую шину, к которой он подключен. Количество воздуха, потребляемого манометром во время измерения, аналогично току, затрачиваемому движением вольтметра для перемещения иглы.Чем меньше воздуха требуется манометру для работы, тем меньше он будет спускать воздух из тестируемой шины. Чем меньше ток, потребляемый вольтметром для приведения в действие иглы, тем меньше нагрузка на тестируемую цепь.

Этот эффект называется загрузка , и он в той или иной степени присутствует в каждом случае использования вольтметра. Показанный здесь сценарий является наихудшим: сопротивление вольтметра существенно ниже, чем сопротивление резисторов делителя. Но всегда будет некоторая степень нагрузки, из-за которой измеритель будет показывать напряжение ниже истинного без подключенного измерителя.Очевидно, что чем выше сопротивление вольтметра, тем меньше нагрузка на тестируемую цепь, и поэтому идеальный вольтметр имеет бесконечное внутреннее сопротивление.

Вольтметрам с электромеханическими механизмами обычно присваиваются номинальные значения в диапазоне «Ом на вольт» для обозначения силы воздействия цепи, создаваемой током, потребляемым движением. Поскольку в таких измерителях используются разные значения резисторов умножителя для получения разных диапазонов измерения, их сопротивление между выводами будет изменяться в зависимости от того, на какой диапазон они настроены.Цифровые вольтметры, с другой стороны, часто демонстрируют постоянное сопротивление на измерительных выводах независимо от настройки диапазона (но не всегда!), И поэтому обычно измеряются просто в омах входного сопротивления, а не чувствительности «Ом на вольт».

«Ом на вольт» означает, сколько Ом сопротивления между выводами на каждый вольт диапазона , установленного на селекторном переключателе. Давайте возьмем наш пример вольтметра из последнего раздела в качестве примера:

По шкале 1000 вольт полное сопротивление составляет 1 МОм (999.5 кОм + 500 Ом), что дает 1000000 Ом на 1000 вольт диапазона или 1000 Ом на вольт (1 кОм / В). Этот рейтинг «чувствительности» в омах на вольт остается постоянным для любого диапазона этого измерителя:

Проницательный наблюдатель заметит, что номинальное сопротивление любого измерителя определяется одним фактором: током полной шкалы механизма, в данном случае 1 мА. «Ом на вольт» — это математическая величина, обратная «вольт на ом», которая определяется законом Ома как ток (I = E / R). Следовательно, полномасштабный ток механизма определяет чувствительность измерителя Ω / вольт, независимо от того, какие диапазоны разработчик снабдил его через резисторы умножителя.В этом случае номинальный ток полной шкалы измерительного механизма в 1 мА дает ему чувствительность вольтметра 1000 Ом / В независимо от того, как мы измеряем его с помощью резисторов умножителя.

Чтобы свести к минимуму нагрузку вольтметра на любую схему, разработчик должен стремиться минимизировать ток, потребляемый его движением. Этого можно достичь, изменив конструкцию самого механизма для обеспечения максимальной чувствительности (для полного отклонения требуется меньший ток), но здесь обычно возникает компромисс: более чувствительный механизм имеет тенденцию быть более хрупким.

Другой подход — электронное усиление тока, подаваемого на механизм, так что от тестируемой цепи требуется очень небольшой ток. Эта специальная электронная схема известна как усилитель , а построенный таким образом вольтметр представляет собой вольтметр с усилением .

Внутренняя работа усилителя слишком сложна, чтобы обсуждать ее здесь, но достаточно сказать, что схема позволяет измеренному напряжению контролировать , сколько тока батареи передается на движение счетчика.Таким образом, потребность механизма в токе обеспечивается внутренней батареей вольтметра, а не проверяемой схемой. Усилитель все еще в некоторой степени нагружает тестируемую цепь, но обычно в сотни или тысячи раз меньше, чем сам по себе счетчик.

Вольтметры вакуумные (ВТВМ)

До появления полупроводников, известных как «полевые транзисторы», вакуумные лампы использовались в качестве усилительных устройств для выполнения этого повышения. Такие ламповые вольтметры или (VTVM) когда-то были очень популярными приборами для электронных испытаний и измерений.Вот фотография очень старого VTVM с открытой лампой!

Теперь схемы усилителя на твердотельных транзисторах решают ту же задачу при разработке цифровых измерителей. Хотя этот подход (использование усилителя для увеличения тока измеряемого сигнала) работает хорошо, он значительно усложняет конструкцию измерителя, делая почти невозможным для начинающего студента-электронщика понять его внутреннюю работу.

Последнее и оригинальное решение проблемы нагрузки вольтметра — это потенциометрический прибор или с нулевым балансом .Это не требует продвинутых (электронных) схем или чувствительных устройств, таких как транзисторы или электронные лампы, но требует большего участия и навыков технического специалиста. В потенциометрическом приборе прецизионно регулируемый источник напряжения сравнивается с измеренным напряжением, и чувствительное устройство, называемое нулевым детектором , используется для индикации равенства двух напряжений.

В некоторых схемах для обеспечения регулируемого напряжения используется прецизионный потенциометр , отсюда и метка с потенциометром .Когда напряжения равны, из проверяемой цепи будет подаваться нулевой ток, и поэтому измеренное напряжение не должно измениться. Легко показать, как это работает, на нашем последнем примере, схеме высоковольтного делителя напряжения:

Детектор нуля

«Детектор нуля» — это чувствительное устройство, способное указывать на наличие очень малых напряжений. Если в качестве нуль-детектора используется электромеханический датчик, он будет иметь пружинно-центрированную стрелку, которая может отклоняться в любом направлении, чтобы быть полезной для индикации напряжения любой полярности.Поскольку цель нулевого детектора состоит в том, чтобы точно указать состояние ноль напряжения, а не указывать какую-либо конкретную (ненулевую) величину, как это делал бы обычный вольтметр, шкала используемого прибора не имеет значения. Детекторы нуля обычно разрабатываются так, чтобы быть максимально чувствительными, чтобы более точно указывать на «нулевое» или «равновесное» (нулевое напряжение) состояние.

Чрезвычайно простой тип нуль-детектора — это набор аудионаушников, динамики внутри которых действуют как своего рода движение измерителя.Когда к динамику изначально подается постоянное напряжение, возникающий через него ток будет перемещать диффузор динамика и производить слышимый «щелчок». Другой звук щелчка будет слышен при отключении источника постоянного тока. Основываясь на этом принципе, чувствительный нуль-детектор может быть сделан не более чем из наушников и переключателя мгновенного действия:

Если для этой цели используются наушники «8 Ом», их чувствительность можно значительно повысить, подключив их к устройству, называемому трансформатором .Трансформатор использует принципы электромагнетизма для «преобразования» уровней напряжения и тока импульсов электрической энергии. В этом случае используется понижающий трансформатор , который преобразует слаботочные импульсы (создаваемые путем замыкания и размыкания кнопочного переключателя при подключении к небольшому источнику напряжения) в более сильные импульсы для более эффективного вставьте диффузоры динамиков внутрь наушников.

Трансформатор «аудиовыхода» с коэффициентом импеданса 1000: 8 идеально подходит для этой цели.Трансформатор также увеличивает чувствительность детектора, накапливая энергию слаботочного сигнала в магнитном поле для внезапного выброса в динамики наушников при размыкании переключателя. Таким образом, он будет производить более громкие «щелчки» для обнаружения более слабых сигналов:

Подключенный к потенциометрической схеме в качестве детектора нуля, переключатель / трансформатор / наушники используется как таковое:

Назначение любого нуль-детектора — действовать как лабораторные весы, показывая, когда два напряжения равны (отсутствие напряжения между точками 1 и 2) и ничего более.Балансир лабораторных весов фактически ничего не весит; скорее, он просто указывает на равенство между неизвестной массой и стопкой стандартных (калиброванных) масс.

Аналогичным образом, нулевой детектор просто указывает, когда напряжение между точками 1 и 2 одинаково, что (согласно закону Кирхгофа о напряжении) будет, когда регулируемый источник напряжения (символ батареи с диагональной стрелкой, проходящей через него) точно равен напряжение к падению на R2.

Для работы с этим прибором техник вручную настраивал выходной сигнал прецизионного источника напряжения до тех пор, пока нулевой детектор не показывал точно ноль (при использовании аудионаушников в качестве нулевого детектора, техник несколько раз нажимал и отпускал кнопочный переключатель, прислушиваясь к тишине указывает, что схема была «сбалансированной»), а затем отметьте напряжение источника, показанное вольтметром, подключенным к прецизионному источнику напряжения, это показание представляет напряжение на нижнем резисторе 250 МОм:

Вольтметр, используемый для прямого измерения прецизионного источника, не обязательно должен иметь чрезвычайно высокую чувствительность Ω / V, потому что источник будет обеспечивать весь ток, необходимый для работы.Пока на нуль-детекторе есть нулевое напряжение, между точками 1 и 2 будет нулевой ток, что означает отсутствие нагрузки на тестируемую схему делителя.

Стоит повторить тот факт, что этот метод, при правильном выполнении, накладывает почти нулевую нагрузку на измеряемую цепь. В идеале он абсолютно не нагружает тестируемую схему, но для достижения этой идеальной цели нуль-детектор должен иметь абсолютно нулевое напряжение на нем , что потребует бесконечно чувствительного нуль-метра и идеального баланса напряжения от регулируемого источник напряжения.

Однако, несмотря на практическую неспособность достичь абсолютного нуля нагрузки, потенциометрическая схема по-прежнему является отличным методом для измерения напряжения в цепях с высоким сопротивлением. И в отличие от электронного усилителя, который решает проблему с помощью передовых технологий, потенциометрический метод обеспечивает гипотетически идеальное решение, используя фундаментальный закон электричества (KVL).

ОБЗОР:

• Идеальный вольтметр имеет бесконечное сопротивление.
• Слишком низкое внутреннее сопротивление в вольтметре отрицательно повлияет на измеряемую цепь.
• Вольтметры с вакуумной трубкой (VTVM), транзисторные вольтметры и потенциометрические схемы — все это средства минимизации нагрузки на измеряемую цепь. Из этих методов потенциометрический («нулевой баланс») метод — единственный, способный разместить нулевую нагрузку на схему.
• Детектор нуля — это устройство, созданное для максимальной чувствительности к небольшим напряжениям или токам.Он используется в цепях потенциометрического вольтметра для индикации отсутствия напряжения между двумя точками, что указывает на состояние баланса между регулируемым источником напряжения и измеряемым напряжением.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

резисторов — с учетом сопротивления светодиода

Вопреки некоторым другим ответам, светодиоды и имеют сопротивление. Он маленький, но немаловажный. Одного сопротивления недостаточно, чтобы охарактеризовать их поведение, но сказать, что светодиоды не имеют сопротивления , а не , является допустимым упрощением только , иногда .

См., Например, этот график из таблицы данных для LTL-307EE, который я выбрал только по одной причине, кроме диода по умолчанию в CircuitLab, и довольно типичного светодиода индикатора:

Видите, что линия, по сути, прямая, а не вертикальная выше 5 мА? Это связано с внутренним сопротивлением светодиода. {V_D / (nV_T)} — 1 \ right) $$

Я не буду утомлять вас определениями всех терминов: читайте больше в Википедии, если хотите знать.{-33} \ $.

Рассмотрим отношение тока к напряжению для резистора, которое определяется законом Ома:

$$ I = \ frac {V} {R} $$

Очевидно, они линейно связаны. Если бы вы изобразили это соотношение тока и напряжения для резистора, как в таблице выше для светодиода, вы бы получили прямую линию, проходящую через \ $ 0V, 0A \ $, а наклон этой линии — это сопротивление \ $ R \ $.

Вот такой график с резистором, «идеальным» диодом согласно уравнению диода Шокли и без сопротивления, и более реалистичная модель светодиода, которая включает некоторое сопротивление:

Вы можете видеть, что для значений тока> 5 мА идеальный диод выглядит как вертикальная линия.На самом деле это всего лишь , очень крутой , но в таком масштабе он выглядит вертикальным. Но настоящие светодиоды этого не делают, даже близко. Если вы посмотрите на наклон линии в таблице выше, она выглядит как прямая линия от (1,8 В, 5 мА) до (2,4 В, 50 мА). Наклон этой линии:

$$ \ frac
{2.4 \: \ mathrm V — 1.8 \: \ mathrm V}
{50 \: \ mathrm {мА} -5 \: \ mathrm {мА}}
= \ frac {0,6 \: \ mathrm V} {45 \: \ mathrm {mA}}
= 13 \: \ Omega $$

Таким образом, внутреннее сопротивление светодиода составляет 13 Ом.

Конечно, вы также должны включить в свои расчеты прямое падение напряжения светодиода, которое отвечает за сдвиг вправо между линиями резистора и реальными линиями светодиода . Но другие уже хорошо объяснили это.

В конце концов, вам нужно смоделировать только те аспекты светодиода, которые важны для вашего приложения. Сопротивление 13 Ом не имеет значения, если вы собираетесь добавить еще 1000 Ом. Перегиб на кривой вольт-амперной характеристики не имеет значения, если светодиод будет только на или на .Но, чтобы понять, какие упрощающие предположения вы делаете, и когда эти упрощающие предположения больше не действуют, я хотел объяснить: светодиод действительно имеет сопротивление.

Вольтметры и амперметры постоянного тока | Физика II

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объясните, почему вольтметр необходимо подключать параллельно цепи.
• Нарисуйте схему, показывающую правильно подключенный амперметр в цепь.
• Опишите, как гальванометр можно использовать как вольтметр или амперметр.
• Найдите сопротивление, которое необходимо подключить последовательно с гальванометром, чтобы его можно было использовать в качестве вольтметра с заданными показаниями.
• Объясните, почему измерение напряжения или тока в цепи никогда не может быть точным.

Вольтметры измеряют напряжение, а амперметры измеряют ток. Некоторые измерители в автомобильных приборных панелях, цифровых камерах, сотовых телефонах и тюнерах-усилителях являются вольтметрами или амперметрами.(См. Рис. 1.) Внутренняя конструкция простейшего из этих счетчиков и то, как они подключены к системе, которую они контролируют, позволяют лучше понять применение последовательного и параллельного подключения.

Рис. 1. Указатели уровня топлива и температуры (крайний правый и крайний левый, соответственно) в этом Volkswagen 1996 года представляют собой вольтметры, которые регистрируют выходное напряжение «передающих» устройств, которое, как мы надеемся, пропорционально количеству бензина в баке и двигателе. температура. (Источник: Кристиан Гирсинг)

Вольтметры подключаются параллельно к любому измеряемому напряжению устройства.Параллельное соединение используется, потому что объекты, находящиеся параллельно, испытывают одинаковую разность потенциалов. (См. Рис. 2, где вольтметр обозначен символом V.) Амперметры подключаются последовательно к любому измеряемому току устройства. Последовательное соединение используется потому, что последовательно соединенные объекты имеют одинаковый ток, проходящий через них. (См. Рисунок 3, где амперметр обозначен символом A.)

Рис. 2. (a) Для измерения разности потенциалов в этой последовательной цепи вольтметр (V) помещают параллельно источнику напряжения или одному из резисторов.Обратите внимание, что напряжение на клеммах измеряется между точками a и b. Невозможно подключить вольтметр напрямую к ЭДС без учета ее внутреннего сопротивления, r . (b) Используемый цифровой вольтметр. (Источник: Messtechniker, Wikimedia Commons)

Рис. 3. Амперметр (A) включен последовательно для измерения тока. Весь ток в этой цепи протекает через счетчик. Амперметр будет иметь такие же показания, если он расположен между точками d и e или между точками f и a, как и в показанном положении.(Обратите внимание, что заглавная буква E обозначает ЭДС, а r обозначает внутреннее сопротивление источника разности потенциалов.)

Аналоговые измерители: гальванометры

Аналоговые счетчики имеют стрелку, которая поворачивается, чтобы указывать на числа на шкале, в отличие от цифровых счетчиков , которые имеют числовые показания, подобные портативному калькулятору. Сердцем большинства аналоговых счетчиков является устройство под названием гальванометр , обозначенное буквой G.Ток через гальванометр I _G вызывает пропорциональное отклонение стрелки. (Это отклонение происходит из-за силы магнитного поля на провод с током.)

Двумя важнейшими характеристиками данного гальванометра являются его сопротивление и чувствительность по току. Чувствительность по току — это ток, который дает полное отклонение стрелки гальванометра, максимальный ток, который может измерить прибор. Например, гальванометр с токовой чувствительностью 50 мкА имеет максимальное отклонение стрелки при протекании через него 50 мкА, считывает половину шкалы при протекании через него 25 мкА и т. Д.Если такой гальванометр имеет сопротивление 25 Ом, то только напряжение В = IR = (50 мкА) (25 Ом) = 1,25 мВ дает показания полной шкалы. Подключив резисторы к этому гальванометру различными способами, вы можете использовать его как вольтметр или амперметр, который может измерять широкий диапазон напряжений или токов.

Гальванометр как вольтметр

На рисунке 4 показано, как гальванометр можно использовать в качестве вольтметра, подключив его последовательно с большим сопротивлением, R .Значение сопротивления R определяется максимальным измеряемым напряжением. Предположим, вам нужно 10 В для полного отклонения вольтметра, содержащего гальванометр с сопротивлением 25 Ом и чувствительностью 50 мкА. Тогда приложенное к измерителю напряжение 10 В должно давать ток 50 мкА. Общее сопротивление должно быть

.

[латекс] {R} _ {\ text {tot}} = R + r = \ frac {V} {I} = \ frac {10 \ text {V}} {50 \ text {} \ mu \ text { A}} = 200 \ text {k} \ Omega \\ [/ latex] или

[латекс] R = {R} _ {\ text {tot}} — r = 200 \ text {k} \ Omega-25 \ text {} \ Omega \ приблизительно 200 \ text {k} \ Omega \\ [/ латекс].

( R настолько велико, что сопротивление гальванометра, r , почти ничтожно.) Обратите внимание, что 5 В, приложенное к этому вольтметру, вызывает отклонение в половину шкалы, создавая ток 25 мкА через измеритель, и поэтому Показание вольтметра пропорционально желаемому напряжению. Этот вольтметр не будет полезен для напряжений менее примерно половины вольта, потому что отклонение измерителя будет небольшим и его трудно будет точно прочитать. Для других диапазонов напряжения другие сопротивления устанавливаются последовательно с гальванометром.У многих метров есть выбор шкалы. Этот выбор включает последовательное включение соответствующего сопротивления с гальванометром.

Рисунок 4. Большое сопротивление R , включенное последовательно с гальванометром G, дает вольтметр, полное отклонение которого зависит от выбора R . Чем больше измеряемое напряжение, тем больше должно быть R . (Обратите внимание, что r представляет собой внутреннее сопротивление гальванометра.)

Тот же гальванометр можно превратить в амперметр, поместив его параллельно небольшому сопротивлению R , часто называемому шунтирующим сопротивлением , как показано на рисунке 5.Поскольку сопротивление шунта невелико, большая часть тока проходит через него, что позволяет амперметру измерять токи, намного превышающие токи, вызывающие полное отклонение гальванометра. Предположим, например, что необходим амперметр, который дает полное отклонение на 1,0 А и содержит тот же гальванометр на 25 Ом с чувствительностью 50 мкА. Поскольку R и R параллельны, напряжение на них одинаковое. Эти IR капли: IR = I _G r , так что [latex] IR = \ frac {{I} _ {\ text {G}}} {I} = \ frac {R} {r }\\[/латекс].{-3} \ text {} \ Omega \\ [/ latex].

Рис. 5. Небольшой шунтирующий резистор R , помещенный параллельно гальванометру G, дает амперметр, полное отклонение которого зависит от выбора R . Чем больше измеряемый ток, тем меньше должно быть R. Большая часть тока ( I ), протекающего через счетчик, шунтируется через R для защиты гальванометра. (Обратите внимание, что r представляет собой внутреннее сопротивление гальванометра.) Амперметры также могут иметь несколько шкал для большей гибкости в применении. Различные масштабы достигаются путем переключения различных шунтирующих сопротивлений параллельно гальванометру — чем больше максимальный измеряемый ток, тем меньше должно быть шунтирующее сопротивление.

Выполнение измерений изменяет схему

Когда вы используете вольтметр или амперметр, вы подключаете другой резистор к существующей цепи и, таким образом, изменяете схему. В идеале вольтметры и амперметры не оказывают заметного влияния на схему, но полезно изучить обстоятельства, при которых они влияют или не влияют.Сначала рассмотрим вольтметр, который всегда ставят параллельно измеряемому устройству. Через вольтметр протекает очень небольшой ток, если его сопротивление на несколько порядков больше, чем сопротивление устройства, и поэтому на цепь это не оказывает заметного влияния. (См. Рисунок 6 (a).) (Большое сопротивление, параллельное малому сопротивлению, имеет общее сопротивление, по существу равное малому.) Однако, если сопротивление вольтметра сопоставимо с сопротивлением измеряемого устройства, тогда сопротивление два соединенных параллельно имеют меньшее сопротивление, что заметно влияет на схему.(См. Рисунок 6 (b).) Напряжение на устройстве не такое, как при отключении вольтметра от цепи.

Рис. 6. (a) Вольтметр, имеющий сопротивление намного больше, чем устройство (RVoltmeter >> R), с которым он включен параллельно, создает параллельное сопротивление, по существу такое же, как и устройство, и не оказывает заметного влияния на измеряемую цепь. (b) Здесь вольтметр имеет такое же сопротивление, что и устройство (RVoltmeter≅R), так что параллельное сопротивление составляет половину от того, которое есть, когда вольтметр не подключен.Это пример значительного изменения схемы, которого следует избегать.

Амперметр подключается последовательно к ветви измеряемой цепи, так что его сопротивление добавляется к этой ветви. Обычно сопротивление амперметра очень мало по сравнению с сопротивлениями устройств в цепи, поэтому дополнительное сопротивление незначительно. (См. Рисунок 7 (a).) Однако, если задействованы очень маленькие сопротивления нагрузки или если сопротивление амперметра не такое низкое, как должно быть, то общее последовательное сопротивление значительно больше, а ток в ветви измеряется уменьшается.(См. Рисунок 7 (b).) На практике может возникнуть проблема, если амперметр подключен неправильно. Если его подключить параллельно с резистором для измерения тока в нем, вы можете повредить счетчик; низкое сопротивление амперметра позволит большей части тока в цепи проходить через гальванометр, и этот ток будет больше, поскольку эффективное сопротивление меньше.

Рис. 7. (a) Амперметр обычно имеет такое маленькое сопротивление, что общее последовательное сопротивление в измеряемой ветви существенно не увеличивается.Схема практически не изменилась по сравнению с отсутствием амперметра. (b) Здесь сопротивление амперметра такое же, как сопротивление ветви, так что общее сопротивление удваивается, а ток вдвое меньше, чем без амперметра. Этого существенного изменения схемы следует избегать.

Одним из решений проблемы вольтметров и амперметров, мешающих измеряемым цепям, является использование гальванометров с большей чувствительностью. Это позволяет создавать вольтметры с большим сопротивлением и амперметры с меньшим сопротивлением, чем при использовании менее чувствительных гальванометров.Существуют практические пределы чувствительности гальванометра, но можно получить аналоговые измерители, которые делают измерения с точностью до нескольких процентов. Обратите внимание, что неточность возникает из-за изменения схемы, а не из-за неисправности измерителя.

Подключения: границы знаний

Выполнение измерения изменяет измеряемую систему таким образом, что приводит к погрешности измерения. Для макроскопических систем, таких как схемы, обсуждаемые в этом модуле, изменение обычно можно сделать пренебрежимо малым, но полностью исключить его нельзя.Для субмикроскопических систем, таких как атомы, ядра и более мелкие частицы, измерение изменяет систему таким образом, что невозможно сделать сколь угодно малым. Это фактически ограничивает знания о системе — даже ограничивает то, что природа может знать о самой себе. Мы увидим глубокие последствия этого, когда принцип неопределенности Гейзенберга будет обсуждаться в модулях по квантовой механике.

Существует еще один метод измерения, основанный на полном отсутствии тока и, следовательно, без изменения схемы.Они называются нулевыми измерениями и являются темой нулевых измерений. Цифровые измерители, использующие твердотельную электронику и нулевые измерения, могут достигать точности одной части из 10 ⁶ .

Проверьте свое понимание

Цифровые счетчики способны обнаруживать меньшие токи, чем аналоговые счетчики, использующие гальванометры. Как это объясняет их способность измерять напряжение и ток более точно, чем аналоговые измерители?

Решение

Поскольку цифровые счетчики требуют меньшего тока, чем аналоговые счетчики, они изменяют схему меньше, чем аналоговые счетчики.Их сопротивление в качестве вольтметра может быть намного больше, чем у аналогового измерителя, а их сопротивление в качестве амперметра может быть намного меньше, чем у аналогового измерителя. Обратитесь к рисункам 2 и 3 и их обсуждению в тексте.

Исследования PhET: комплект для конструирования цепей (только для постоянного тока), виртуальная лаборатория

Стимулируйте нейрон и следите за тем, что происходит. Сделайте паузу, перемотайте назад и двигайтесь вперед во времени, чтобы наблюдать за перемещением ионов через мембрану нейрона.

Щелкните, чтобы загрузить симуляцию.Запускать на Java.

Сводка раздела

• Вольтметры измеряют напряжение, а амперметры измеряют ток.
• Вольтметр помещается параллельно источнику напряжения для получения полного напряжения и должен иметь большое сопротивление, чтобы ограничить его влияние на цепь.
• Амперметр подключается последовательно, чтобы получить полный ток, протекающий через ответвление, и должен иметь небольшое сопротивление, чтобы ограничить его влияние на цепь.
• Оба могут быть основаны на комбинации резистора и гальванометра, устройства, которое дает аналоговые показания тока.
• Стандартные вольтметры и амперметры изменяют измеряемую цепь и, таким образом, имеют ограниченную точность.

Концептуальные вопросы

1. Почему не следует подключать амперметр непосредственно к источнику напряжения, как показано на рисунке 9? (Обратите внимание, что скрипт E на рисунке означает ЭДС.)

Рисунок 9.

2. Предположим, вы используете мультиметр (предназначенный для измерения диапазона напряжений, токов и сопротивлений) для измерения тока в цепи и случайно оставляете его в режиме вольтметра.Как измеритель повлияет на схему? Что бы произошло, если бы вы измеряли напряжение, но случайно перевели измеритель в режим амперметра?

3. Укажите точки, к которым вы можете подключить вольтметр для измерения следующих разностей потенциалов на Рисунке 10: (a) разность потенциалов источника напряжения; (b) разность потенциалов на R ₁ ; (c) по R ₂ ; (d) по R ₃ ; (e) по R ₂ и R ₃ .Обратите внимание, что на каждую часть может быть несколько ответов.

Рисунок 10.

4. Чтобы измерить токи на Рисунке 10, вы замените провод между двумя точками на амперметр. Укажите точки, между которыми вы разместите амперметр, чтобы измерить следующее: (a) общий ток; (б) ток, протекающий через R ₁ ; (c) через R ₂ ; (d) через R ₃ . Обратите внимание, что на каждую часть может быть несколько ответов.

Задачи и упражнения

1. Какова чувствительность гальванометра (то есть какой ток дает полное отклонение) внутри вольтметра с сопротивлением 1,00 МОм на шкале 30,0 В?

2. Какова чувствительность гальванометра (то есть какой ток дает полное отклонение) внутри вольтметра с сопротивлением 25,0 кОм на шкале 100 В?

3. Найдите сопротивление, которое необходимо включить последовательно с гальванометром на 25,0 Ом, имеющим 50.Чувствительность 0 мкА (такая же, как у обсуждаемой в тексте), позволяющая использовать его в качестве вольтметра с показаниями полной шкалы 0,100 В.

4. Найдите сопротивление, которое должно быть подключено последовательно с гальванометром 25,0 Ом с чувствительностью 50,0 мкА (такой же, как тот, который обсуждается в тексте), чтобы его можно было использовать в качестве вольтметра с полным напряжением 3000 В. -масштабное чтение. Включите принципиальную схему в свое решение.

5. Найдите сопротивление, которое нужно поставить параллельно 25.Гальванометр с сопротивлением 0 Ом, имеющий чувствительность 50,0 мкА (такую ​​же, как тот, который обсуждается в тексте), что позволяет использовать его в качестве амперметра с показаниями полной шкалы 10,0 А. Включите принципиальную схему в свое решение.

6. Найдите сопротивление, которое должно быть подключено параллельно гальванометру 25,0 Ом с чувствительностью 50,0 мкА (такой же, как тот, который обсуждается в тексте), чтобы его можно было использовать в качестве амперметра с полным током 300 мА. -масштабное чтение.

7. Найдите сопротивление, которое необходимо поставить последовательно с 10.Гальванометр с сопротивлением 0 Ом, имеющий чувствительность 100 мкА, что позволяет использовать его в качестве вольтметра с: (а) показаниями полной шкалы 300 В и (b) показаниями полной шкалы 0,300 В.

8. Найдите сопротивление, которое должно быть подключено параллельно гальванометру 10,0 Ом, имеющему чувствительность 100 мкА, чтобы его можно было использовать в качестве амперметра с: (a) показанием полной шкалы 20,0-A и (b ) показание полной шкалы 100 мА.

9. Предположим, вы измеряете напряжение на клеммах щелочного элемента 1,585 В с внутренним сопротивлением 0.100 Ом, поместив на его клеммы вольтметр 1,00 кОм. (См. Рис. 11.) (а) Какой ток течет? (b) Найдите напряжение на клеммах. (c) Чтобы увидеть, насколько близко измеренное напряжение на клеммах к ЭДС, рассчитайте их отношение.

Рисунок 11.

10. Предположим, вы измеряете напряжение на выводах литиевого элемента на 3.200 В, имеющего внутреннее сопротивление 5,00 Ом, поместив вольтметр на 1,00 кОм на его выводы. а) Какой ток течет? (b) Найдите напряжение на клеммах. (c) Чтобы увидеть, насколько близко измеренное напряжение на клеммах к ЭДС, рассчитайте их отношение.

11. Определенный амперметр имеет сопротивление 5,00 × 10 ⁻⁵ Ом по шкале 3,00 А и содержит гальванометр 10,0 Ом. Какая чувствительность у гальванометра?

12. Вольтметр на 1,00 МОм включается в цепь параллельно резистору 75,0 кОм. (а) Нарисуйте принципиальную схему подключения. б) Каково сопротивление комбинации? (c) Если напряжение на комбинации остается таким же, как на резисторе 75,0 кОм, каков процент увеличения тока? (d) Если ток через комбинацию остается таким же, как через 75.Только резистор 0 кОм, каков процент снижения напряжения? (e) Являются ли изменения, обнаруженные в частях (c) и (d), значительными? Обсуждать.

13. Амперметр 0,0200 Ом включается последовательно с резистором 10,00 Ом в цепь. (а) Нарисуйте принципиальную схему подключения. (b) Рассчитайте сопротивление комбинации. (c) Если напряжение в комбинации остается таким же, как и только через резистор 10,00 Ом, каков процент уменьшения тока? (d) Если ток остается таким же, как и через 10.Только резистор 00 Ом, каков процент увеличения напряжения? (e) Являются ли изменения, обнаруженные в частях (c) и (d), значительными? Обсуждать.

14. Неоправданные результаты Предположим, у вас есть гальванометр с сопротивлением 40,0 Ом и чувствительностью 25,0 мкА. (a) Какое сопротивление вы бы включили последовательно, чтобы его можно было использовать в качестве вольтметра с полным отклонением на 0,500 мВ? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какие допущения ответственны?

15. Необоснованные результаты (a) Какое сопротивление вы бы поставили параллельно с 40.Гальванометр 0 Ом с чувствительностью 25,0 мкА, позволяющий использовать его в качестве амперметра с полным отклонением 10,0 мкА? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какие допущения ответственны?

Глоссарий

вольтметр:

прибор для измерения напряжения

амперметр:

прибор для измерения силы тока

аналог счетчика:

Измерительный прибор, дающий показания в виде движения стрелки над отмеченным датчиком

цифровой счетчик:

Измерительный прибор, выдающий показания в цифровом виде

гальванометр:

аналоговое измерительное устройство, обозначенное буквой G, которое измеряет ток, используя отклонение стрелки, вызванное силой магнитного поля, действующей на токопроводящий провод

чувствительность по току:

максимальный ток, который может прочитать гальванометр

полное отклонение:

максимальное отклонение стрелки гальванометра, также известное как чувствительность по току; гальванометр с полным отклонением шкалы 50 мкА имеет максимальное отклонение стрелки при протекании через него 50 мкА

шунтирующее сопротивление:

малое сопротивление R , помещенное параллельно гальванометру G для получения амперметра; чем больше измеряемый ток, тем меньше должно быть R ; большая часть тока, протекающего через счетчик, шунтируется через R для защиты гальванометра

Избранные решения проблем и упражнения

1.30 мкА

3. 1.98 кОм

5. 1,25 × 10 ⁻⁴ Ом

7. (а) 3,00 МОм (б) 2,99 кОм

9. (a) 1,58 мА (b) 1,5848 В (необходимо четыре цифры, чтобы увидеть разницу) (c) 0,99990 (необходимо пять цифр, чтобы увидеть разницу от единицы)

11. 15,0 мкА

12.

Рисунок 12.

(а)

(б) 10,02 Ом

(c) 0,9980, или 2,0 × 10 ^–1 процентов

(d) 1,002, или 2,0 × 10 ^–1 % прирост

(e) Не имеет значения.

15. (a) −66,7 Ω (b) У вас не может быть отрицательного сопротивления. (c) Неоправданно, что I _G больше, чем I _до (см. рисунок 5). Вы не можете добиться полного отклонения, используя ток, меньший, чем чувствительность гальванометра.

Решения для домашних заданий 5

Решения для домашних заданий 5

Глава 19

P52) На рис. 19-17а полное сопротивление составляет 15 Ом, а ЭДС аккумулятора
24 года.0 В. Если измеренная постоянная времени составляет 35 мкс, рассчитайте
(а) общая емкость цепи и (б) время, которое требуется
для напряжения на резисторе 16,0 В.

РЕШЕНИЕ:
(a) Поскольку мы знаем постоянную времени tau = R C = 35
мкс
C = 35 x 10 ^-6 /15000 Ом = 2,33 x
10 ^-9 F
(b) ток = I _o e ^{-t / RC} ,
I _o = 24 В / 15000 Ом = 1,6 мА
Напряжение на резисторе составляет V = I _o (15
кОм) e ^{-t / RC} = (24 В) e ^{-t / 35 мкс}
В = 16, если 16 = 24 e ^{-t / 35 мкс}
e ^{-t / 35 мкс} = 1.5, t / 35 мкс =
ln (1,5), t = (35 мкс) ln (1,5) = 14,2 мкс

P57) Гальванометр имеет внутреннее сопротивление 30 Ом и отклоняет
полная шкала для тока 50 мкА. Опишите, как это использовать
гальванометр, чтобы сделать (а) амперметр для измерения токов до 30 А, и (б)
вольтметр для измерения полного отклонения 1000 В.

РЕШЕНИЕ:
(a) Нам нужно подключить шунтирующий резистор, чтобы амперметр имел
максимальное отклонение при токе в шунте составляет I = 50 мкА.
Остальной ток идет по параллельному пути с резистором
Р.
так, (30 A) (R) = (50 x 10 ^-6 ) (r), где r =
30 Ом.
R = (50/30) x 10 ^-6 x 30 Ом = 50 x 10
^-6 Ом.
(b) Нам нужно последовательное сопротивление, чтобы общее
напряжение на обоих резисторах R + r составляет 1000 В
, поэтому 50 x 10 ^-6 (R + r) = 1000 Ом.
R + r = 20 мкОм и поскольку r

P69) Трехсторонняя лампочка может выдавать 50, 100 или 150 Вт при 120 В.
Такая лампочка содержит две нити накала, которые можно подключить к сети 120 В.
индивидуально или параллельно.Опишите, как связаны эти два
нити сделаны так, чтобы отдавать каждую из трех ватт. Что должно быть
сопротивление каждой нити?

РЕШЕНИЕ:
P ₁ = (120 В) ² /
R ₁ = 50 Вт, значит, R ₁ = 288 Ом.
P ₂ = (120 В) ² /
R ₂ = 100 Вт, так, R ₂ = 144 Ом
P ₃ = (120 В) ² /
(1 / R ₁ + 1 / R ₂ ) = 150 Вт, значит,
.

Глава 20

Q3) В каком направлении движутся силовые линии магнитного поля, окружающие прямую
провод, по которому течет ток, идущий прямо на вас?

РЕШЕНИЕ:

P2) Провод длиной 1,5 м, по которому течет ток 6,5 А, ориентирован
по горизонтали. В этой точке на поверхности Земли угол падения
магнитное поле Земли составляет угол 40 ^o к
провод. Оцените магнитную силу на проводе, создаваемую земным
магнитное поле 5.5 x 10 ^-5 T в этот момент.

РЕШЕНИЕ:

| F | = (I) (L) (| B |) sin (40 ^o ) = (6.5)
(1,5) (5,5 x 10 ^-5 ) (0,643) N
| F | = 3,45 x 10 ^-4 Н, сила в
бумага.

P9) Альфа-частицы заряда q = +2 e и массы m = 6,6 x
10 ^-27 кг выбрасываются из радиоактивного источника со скоростью
1,6 x 10 ^-7 м / с. Какая будет напряженность магнитного поля
требуется, чтобы согнуть их в круговую траекторию радиуса r = 0.25м?

РЕШЕНИЕ:
Force = m a _cent = m v ² / r = q v
B
B = (m v) / (q v) = (6,6 x 10 ^-27 кг) (1,6 x
10 ⁷ м / с) / [(3,2 x 10 ^-19 C) (0,25 м)]
B = 1,32 T

P31) Три длинных параллельных провода на расстоянии 38,0 см друг от друга. (Смотрящий
вдоль них они находятся в трех углах равностороннего треугольника.)
ток в каждом проводе составляет 8,00 А, но в проводе А противоположен
что в проводах B и C (рис.20-54). Определить
магнитная сила на единицу длины на каждом проводе за счет двух других.

РЕШЕНИЕ:

(a) | F _tot | на A из-за B
и C :
| F ₂ | / L = | F ₃ | / L =
[µ _o I ₁ I ₂ ] / [2 (pi) r] = сила /
длина
| F ₂ | / L = (2 х 10 ^-7 ) (8) (8)
/ (0,38) Н / м = 3,37 x 10 ^-5 Н / м
F _до на A указывает вверх, так как
сбоку компоненты отменить.
| F _tot | = 2 | F ₂ |
cos (30 ^o = 5,84 x 10 ^-5 N
(b) | F _tot | на B из-за A
и C :
По симметрии | F _tot | 60 ^o
ниже линии, соединяющей B и C
| F _tot | / L = (| F _до | _y / L) sin (60 ^o ) / L
| F _tot | / L = 3,4 х 10 ^-5
Н / м
(c) аналогично, сила на C составляет 60 ^o
ниже линии, идущей от C и B ,
| F _tot | / L = 3.4 x 10 ^-5 Н / м

P36) Соленоид длиной 30,0 см и диаметром 1,25 см должен создавать поле
0,385 Тл в центре. Какой ток должен выдерживать соленоид, если он
имеет 1000 витков провода?

РЕШЕНИЕ:
B = µ _o (N / L) I
I = (B L) / (µ _o N) = (0,385) (0,30) /
[(4 пи x 10 ^-7 ) (1000)]
I = 92,0 A