§ 54. Каким должно быть сопротивление вольтметра и амперметра?
Всякий вольтметр включается параллельно тому участку цепи, напряжение на котором мы хотим измерить (рис. 89), и поэтому на него ответвляется некоторый ток от основной цепи. При его включении и ток и напряжение в основной цепи несколько изменяются, так как теперь мы имеем уже другую цепь проводников, состоящую из прежних проводников и вольтметра. Присоединив, например, вольтметр с сопротивлением параллельно лампочке, сопротивление которой равно , мы найдем по формуле (50.5) их общее сопротивление :
Чем больше сопротивление вольтметра по сравнению с сопротивлением лампочки , тем меньше отличается общее их сопротивление от и тем меньше искажение, вносимое вольтметром. Мы видим, что вольтметр должен иметь большое сопротивление. Для этого последовательно с его измерительной частью (рамкой, нагревающейся нитью и т. д.) нередко включают дополнительный резистор, имеющий сопротивление несколько тысяч Ом (рис. 90).
Рис. 90. К вольтметру присоединяется последовательно дополнительное сопротивление
В противоположность вольтметру, амперметр всегда включают в цепь последовательно (§ 44). Если сопротивление амперметра равно , а сопротивление цепи равно , то при включении амперметра сопротивление цепи становится равным
Для того чтобы амперметр не изменял заметно общего сопротивления цепи, собственное его сопротивление, как следует из формулы (54.2), должно быть малым по сравнению с сопротивлением цепи. Поэтому амперметры делают с очень малым сопротивлением (несколько десятых или сотых долей Ома).
54.1. Сопротивление амперметра равно 0,1 Ом. Чему равно напряжение на амперметре, если он показывает силу тока 10 А?
54.2. Сопротивление вольтметра равно 12 кОм. Какой ток проходит через вольтметр, если он показывает напряжение 120 В?
54.3. Вольтметр со шкалой 0-120 В имеет сопротивление 12 кОм. Какое сопротивление и каким способом нужно подключить к этому вольтметру, чтобы им можно было измерять напряжение до 240 В? Начертите схему включения. Изменится ли чувствительность вольтметра в предыдущей задаче, если указанное сопротивление включить параллельно вольтметру?
54.4. Вольтметр, присоединенный к горящей лампочке накаливания, показывает 220 В, а амперметр, измеряющий силу тока в лампочке, -0,5 А. Чему равно сопротивление лампочки? Начертите схему включения вольтметра и амперметра.
Схема включения амперметра и вольтметра
В амперметрах ток, проходящий по прибору, создает вращающий момент, вызывающий отклонение его подвижной части на угол, зависящий от этого тока. По этому углу отклонения определяют величину тока амперметра.
Для того, чтобы амперметром измерить ток в каком-то приемнике энергии, необходимо амперметр соединить последовательно с приемником с тем, чтобы ток приемника и амперметра был один и тот же. Сопротивление амперметра должно быть мало по сравнению с сопротивлением приемника энергии, последовательно с которым он включен, с тем, чтобы его включение практически не влияло на величину тока приемника (на режим работы цепи). Таким образом, сопротивление амперметра должно быть малым и тем меньшим, чем больше его номинальный ток. Например, при номинальном токе 5 А сопротивление амперметра составляет r а= (0,008 — 0,4) ом. При малом сопротивлении амперметра мала и мощность потерь в нем.
Рис. 1. Схема включения амперметра и вольтметра
При номинальном токе амперметра 5 А мощность потерь P а = I а 2 r = (0,2 — 10) Ва . Напряжение, приложенное к зажимам вольтметра вызывает в его цепи ток. При постоянном ток зависит только от напряжения, т.е. I v = F(U v ). Этот ток, проходя но вольтметру, так же как и в амперметре, вызывает отклонение его подвижной части на угол, зависящий от тока. Та к им образом, каждому значению напряжения на зажимах вольтметр бу дут соответствовать вполне определенные значения тока и угла поворота подвижной части .
Для того чтобы по показанию вольтметра определить напряжение на зажимах приемника энергии или генератора, необходимо его зажимы соединить с зажимами вольтметра так, чтобы напряжение на приемнике (генераторе) было равно напряжению на вольтметре (рис. 1).
Сопротивление вольтметра должно быть большим по сравнению с сопротивлением приемника энергии (или генератора) с тем, чтобы его включение не влияло на измеряемое напряжение (на режим работы цепи).
Пример. К зажимам цепи с двумя последовательно соединительными приемниками (рис. 2), имеющими сопротивления r1 = 2000 ом и r2 = 1000 ом , приложено напряжение U =120 В.
Рис. 2. Схема включения вольтметра
При этом на первом приемнике напряжение U1 =80 В, а на втором U 2=40 В.
Если параллельно первому приемнику включить вольтметр с сопротивлением rv= 2000 ом для измерения напряжения на его зажимах, то напряжение как на первом, так и на втором приемниках будет иметь значение U ‘ 1 = U ‘ 2 =60 В.
Таким образом, включение вольтметра вызвало изменение напряжения на первом приемнике с U1= 80 В до U ‘ 1 = 60 В , т. е. погрешность в измерении напряжения, обусловленная включением вольтметра равна ((60 В — 80 В)/80 В) х 100% = -25%
Таким образом, сопротивление вольтметра должно быть большим и тем большим, чем больше его номинальное напряжение. При номинальном напряжении 100 В сопротивление вольтметра rv = (2000 — 50000) ом. Вследствие большого сопротивления вольтметра мала мощность потерь в нем .
При номинальном напряжении вольтметра 100 В мощность потерь Р v = ( Uv 2 /rv ) Ва.
Из изложенного следует, что амперметр и вольтметр могут иметь измерительные механизмы одинакового устройства, отличающиеся только своими параметрами. Но амперметр и вольтметр различным образом включаются в измеряемую цепь и имеют разные внутренние (измерительные) схемы.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Какое сопротивление должно быть у вольтметра и амперметра? Почему?
Для начала вспомним, что устройство в цепь/к цепи можно подключать двумя способами — параллельно и последовательно. При последовательном подключении через все компоненты течёт один и тот же ток. При параллельном подключении на всех компонентах одно и то же напряжение.
А теперь вдумаемся, что должны измерять эти попугаеметры. И тогда из анализа предыдущего текста должно стать ясно, что через амперметр должен течь весь ток, который мы собираемся измерить. Потому что если не весь — то на хрена ж нужен такой амперметр. А к вольтметру должно быть приложено всё напряжение, которое мы хотим измерить, и по той же причине.
Поэтому амперметр должен включаться в цепь последовательно, а вольтметр должен подключаться к цепи параллельно.
И ещё одно соображение, тоже довольно очевидное: процесс измерения и, стало быть, измерительный прибор не должны влиять на измеряемый параметр (мы тут имеем дело с классической системой, а не квантовой, где такое в принципе невозможно).
Ну и ясен пень, что при этом требовании сопротивление амперметра должно быть равно нулю. Если оно ненулевое, то изменяется общее сопротивление участка цепи, в который он втыкается (последовательно втыкается), и, по закону Ома, может измениться ток через неё. Не должен, а именно может, потому что существуют случаи, когда ток мало зависит от сопротивления данного участка цепи (цепь является нагрузкой источника тока), но мы ж говорим об универсальном приборе, а не каком-то ущербном, годящимся только для каких-то уникальных случаев.
При том же требовании — «не навреди» — сопротивление вольтметра должно быть в идеале бесконечно большим (и такие да, существуют). Потому что он не должен отвлекать на себя часть протекающего тока — такое отвлечение вызвало бы уменьшение тока, протекающего через измеряемую цепь и, опять же по закону Ома, изменение падения напряжения на ней. Аналогично, можно представить себе ситуацию, когда сопротивление ещё одной ветки ни на что не влияет (цепь подключена к идеальному источнику напряжения), но, повторюсь, нам нужен универсальный прибор.
Так что логическая цепочка выстраивается так: (измеритель должен измерять весь ток или всё напряжение) => (амперметр должен включаться последовательно, а вольтметр параллельно) : (измерение не должно изменять измеряемый параметр) => (измерительный прибор не должен влиять на измеряемую цепь) => (сопротивление амперметра должно быть как можно меньшим, а сопротивление вольтметра должно быть как можно бóльшим).
Какое сопротивление должны иметь вольтметр и амперметр? Пояснить.
Амперметр включается в измеряемую цепь последовательно с нагрузкой. Для того, чтобы его сопротивление вносило как можно меньше погрешности в измеряемую цепь, оно ( сопротивление амперметра) должно быть как можно меньше. А вольметр подключается параллельно измеряемому участку цепи. И, для того чтобы его спротивление вносило как можно меньше погрешности в измеряемую цепь, оно ( сопротивление вольтметра) должно быть как можно больше.
Источник: Законы Ома, Киргофа, школьный курс физики, теоретические основы электротехники
Остальные ответы
В идеале сопротивление вольтметра должно равняться бесконечности, а амперметра — нулю. Вольтметр включается в схему параллельно приемнику энергии, амперметр — последовательно. А так же они должны вносить в распределение токов и нгапряжений в эл. схеме как можно меньше искажений.
Похожие вопросы