Как увеличить предел измерения вольтметра

5. Расширение пределов измерений амперметров и вольтметров

Расширение предела измерения амперметра производится с помощью шунта. Шунт – это резистор, подключенный параллельно зажимам амперметра в цепь измеряемого тока и обладающий малым омическим сопротивлением (рис.1.1).

Рис. 1.1. Схема включения шунта

Сопротивление шунта рассчитывается следующим образом.

, (1.8)

где ,– расширенный предел измерения,– исходный предел измерения амперметра;– внутреннее сопротивление амперметра;n – коэффициент расширения предела измерений.

Расширение предела измерения вольтметра производится с помощью добавочного резистора.

Добавочным называется резистор, включенный последовательно с вольтметром и обеспечивающий расширение предела измерения напряжения (рис.1.2).

Рис. 1.2. Схема включения добавочного резистора

Значение сопротивления добавочного резистора определяется по формуле

, (1.9)

где ; – расширенный предел измерения; – исходный предел измерения вольтметра;R_V – внутреннее сопротивление вольтметра; m – коэффициент расширения предела измерений.

6. Примеры решения задач

Задача 1.1. Выразить значения ФВ в дольных и кратных единицах:

а) тока 0,05 А и 0,086 мА в микроамперах,

б) частоты 410 8 Гц и 250 кГц в мегагерцах.

Решение. Используя множители, соответствующие кратным и дольным единицам физических величин, выразим:

а) I = 0,05 А = 5010 3 10 -6 А= 5010 3 мкА;

I = 0,086 мА= 8610 -6 А = 86 мкА;

б) f = 410 8 Гц = 40010 6 Гц = 400 MГц;

f = 250 кГц = 0,2510 6 Гц = 0,25 МГц.

Задача 1.2. Показания прибора равны U_пок = 73,7538 В. Абсолютная погрешность СИ составляет ∆ = ±2,623 В. Записать правильно результат измерений.

Решение. В соответствии с правилами округления произведем округление значения абсолютной погрешности. Первая значащая цифра – «2», поэтому необходимо оставить две значащих цифры, причем округление выполняем в сторону увеличения абсолютного значения (модуля), то есть

Число, выражающее результат измерений, округляем до того же десятичного знака, что и округленное значение абсолютной погрешности. При этом, так как округляемая цифра равна «5», но за ней следуют цифры отличные от нуля, то последнюю сохраняемую цифру увеличиваем на «1», то есть.

Правильная запись результата:

Задача 1.3. При измерении напряжения сигнала стрелка вольтметра установилась на отметке 50 В. Вольтметр имеет равномерную шкалу от 0 до 100 В. Класс точности прибора – 1,0. Определить максимальные значения абсолютной, относительной и приведенной погрешностей вольтметра. Считая, что погрешность измерения полностью определяется погрешностью средства измерения, записать результат измерения.

Решение. Класс точности вольтметра (согласно таблице 1.5) соответствует пределу допускаемой приведенной погрешности, то есть .

По определению , следовательно,.

При равномерной шкале и нулевой отметке на краю диапазона измерений нормирующее значение X_N определяется верхним пределом измерения (100 В).

Тогда .

Исходя из определения относительной погрешности,

Результат измерения: U_x = 50,0 В  1,0 В или U_x = (50,0  1,0) В.

Задача 1.4. Решить задачу 1.3, если класс точности вольтметра

Другие условия задачи сохраняются.

Решение. При указанном обозначении класс точности соответствует пределу допускаемой относительной погрешности, то есть

Так как , то,

где X − значение измеренного вольтметром напряжения.

.

Результат измерения: U_x = 50,0 В  0,5 В.

Задача 1.5. Решить задачу 1.3, если класс точности вольтметра обозначается. Другие условия задачи сохраняются.

Решение. При указанном обозначении класса точности

=

Абсолютная погрешность равна .

_,

Результат измерения U_x= 50,000 В  0,015 В.

Задача 1.6. Определить сопротивление шунта R_ш к миллиамперметру со шкалой 050 мА и внутренним сопротивлением R_A = 100 Ом для расширения предела измерения до 800 мА.

Решение. Сопротивление шунта определяется по формуле

,

где – расширенный предел измерения, – исходный предел измерения миллиамперметра.

Подставив численные значения, получим

.

Задача 1.7. Определить добавочное сопротивление к милливольтметру со шкалой 030 мВ и сопротивлением R_д = 25 кОм для расширения его предела измерений до 6 В.

Решение. Добавочное сопротивление определяется по формуле

,

где ;U_пp – расширенный предел измерения, U_V – исходный предел измерения милливольтметра.

Подставив численные значения, получим

Задача 1.8. Определить внутреннее сопротивление амперметра методом вольтметра-амперметра, если: вольтметр В7-15 с классом точности 2,5 показал 15 В на пределе 30 В; амперметр с классом точности 1,5 показал 30 мА на пределе 50 мA. Оценить относительную погрешность косвенного метода измерения сопротивления данным методом.

Решение: Рассчитать сопротивление исследуемого прибора, зная значения силы тока и напряжения, можно по закону Ома

.

Подставив численные значения, получим

.

Погрешность измерений при косвенном измерении определяется погрешностью измерения значения напряжения и силы тока

,

где δ_A – относительная погрешность измерения тока; δ_V – относительная погрешность измерения.

Расчет относительной погрешности измерения напряжения вольтметром

; ;

.

Расчет относительной погрешности измерения тока амперметром

Искомая погрешность равна

Расширение пределов измерения амперметров и вольтметров

Для получения высокой точности и чувствительности магнитоэлектрических приборов их подвижные обмотки выполняют по возможности легкими из очень тонкой изолированной проволоки.

Такие обмотки допускают очень незначительные по величине токи, не превышающие 30 мА, при этом сопротивление самих обмоток получается равным примерно 5 Ом.

Таким образом, магнитоэлектрическим прибором можно измерять ток не более 30 мА, а напряжение – не выше 150 мВ, так как

U = I × R = 30 × 5 = 150 мВ

Для расширения пределов измерения амперметра применяют шунты, шунты имеют очень малое сопротивление (десятые, сотые доли ома) и включаются параллельно обмотке амперметра. Величина шунта R_Ш определяется по формуле:

где R_Ш – сопротивление шунта;

R_A – сопротивление амперметра;

n – коэффициент расширения пределов измерения тока амперметром.

где I – измеряемый ток;

I_A – максимально допустимый ток амперметра.

Для расширения пределов измерения вольтметров применяют добавочные сопротивления, которые имеют большое сопротивление (десятки килоом), и которые включают последовательно с обмоткой вольтметра. Величина добавочного сопротивления R_Д определяется по формуле:

где R_Д – добавочное сопротивление;

R_V – сопротивление вольтметра;

n – коэффициент расширения пределов измерения напряжения вольтметром.

где U – измеряемое напряжение;

U_V – максимально допустимое напряжение вольтметра.

Расширение пределов измерения вольтметров

6.1.2. Изучить методы расчета сопротивления добавочных резисторов.

6.2. Основные теоретические положения.

Резистор, включенный последовательно с измерительным механизмом (ИМ), вращающий момент которого зависит от тока, и используемый для измерения напряжения, называется добавочным резистором. Его основное назначение — преобразовать напряжение в ток.

Ток Iо в цепи ИМ (Рис. 6.1.) определяется уравнением преобразования:

где Uх — измеряемое напряжение;

Rим — сопротивление ИМ;

Rд — сопротивление добавочного резистора.

Добавочные резисторы служат также для расширения пределов измерения по напряжению уже готовых вольтметров и других приборов, например ваттметров, фазометров, имеющих параллельные цепи, включаемые под напряжение.

Если вольтметр имеет номинальный предел измерения Uн и сопротивление Rим и нужно расширить предел до U’н  Uн, то справедливо равенство:

Rим Rим + R’д

Отсюда сопротивление резистора:

R’д = Rим (n — 1),

где n = U’н/Uн — и обычно называется множителем шкалы.

Добавочные резисторы изготовляются обычно из манганиновой проволоки, намотанной на каркас из изоляционного материала.

У вольтметров с верхним пределом измерения до 300В добавочные резисторы встраивают внутри корпуса прибора. При устройстве вольтметров с пределом измерения свыше 300В добавочные резисторы из-за их размеров и по условиям охлаждения устанавливают вне корпуса прибора.

В зависимости от точности подгонки добавочные резисторы подразделяются на классы: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0.

6.3. Проведение опыта.

6.3.1. Соберите схему согласно рис. 6.2.

6.3.2. В данной работе в качестве поверяемого вольтметра используется миллиамперметр ИП с Uн=100мВ и добавочным резистором R’д = R12 (при этом его максимальное отклонение соответствует 100 В), контрольным является V2; а для случая ИП с добавочным резистором R11 — максимальное отклонение соответствует 50 В.

6.3.3. Включите стенд, затем тумблер включения питания ЛАТРа Т1 (S7) и наконец тумблер питания цепей постоянного тока (S6). Изменяйте переключателем ЛАТРа величину напряжения (V2) до получения измеряемого напряжения на приборе ИП.

6.3.4. Сделайте необходимое для расчетов количество замеров.

6.3.5. По окончании работы верните все аппараты в исходное положение и отключите стенд.

6.3.6. Для того чтобы определить величину сопротивления добавочного резистора измерительного прибора ИП, измерьте его внутреннее сопротивление с помощью LCR-мера.

6.4. Обработка результатов опыта.

6.4.1. Определите величину сопротивления добавочного резистора измерительного прибора ИП, для чего измерьте его внутреннее сопротивление.

6.5. Вопросы для самопроверки.

6.5.1. Какие вспомогательные элементы применяются для изменения пределов измерения магнитоэлектрических вольтметров?

6.5.2. Какого порядка должно быть сопротивление добавочного резистора к измерительному механизму с Rо = 1 Ом и падением напряжения на рамке

Uо = 10 мВ, для получения вольтметра с Uн = 10 В?

6.5.3. До какого значения напряжения будет расширен предел измерения вольтметра с сопротивлением рамки Rо = 1 Ом и падением напряжения на ней

Uо = 10 мВ при включении добавочного резистора Rд = 100000 Ом?

Как расширять пределы измерения амперметра и вольтметра? пожалуйста помогите

Вольтметра — усилитель или добавочное сопротивление.
Амперметра — доп. шунты.

1 изменить шунт или трансформатор тока, 2 добавить делитель или усилитель

Имеются в виду приборы ПОСТОЯННГО тока.
1 Амперметр. Шунт (сопротивление) включается ПАРАЛЛЕЛЬНО клеммам прибора.
Надо знать: внутреннее сопротивление прибора, ток максимального отклонения.
Формула R шунта = (Rприбора*Iприбора) /(Iновый предел-Iприбора).
2. Вольтметр. Добавочное сопротивление включается ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО с прибором.
Надо знать: Внутреннее сопротивление прибора, предел измерения прибора.
Формула: Rдобавочное=Rприбора*(n-1)/
n — кратность увеличения предела измерения.
Например: прибор 12 вольт, надо 120. Кратность 120/12=10. n=10.

Только измерения потом будут в попугаях.

в смысле расширить? миливольтметр? или наоборрот?