Какие параметры электрической цепи измеряются с помощью амперметра и вольтметра кратко

Обновлено: 07.07.2024

Что такое вольтметр, принято считать его прибором предназначенным для измерения напряжения электрического тока в цепи. Его название происходит от единицы измерения напряжения. Что такое напряжение электрического тока- это разность потенциалов между двумя точками электрического поля; это физическая величина, значение которой равно работе электрического поля по перемещению единичного заряда между двумя точками.

Что такое амперметр,принято считать его прибором предназначенным для измерения силы электрического тока в электрической цепи. Током называют направленное перемещение силами электрического поля заряженных частиц.

Давайте теперь посмотрим устройство вольтметра и амперметра.

Приборы устроены абсолютно одинаково за исключением в амперметр паралельно включено сопротивление.

Теперь выясним каким образом поворачивается указывающая стрелка в приборах Когда по проводнику идет электрический ток в нем возникает магнитное поле и оно взаимодействуя с магнитом установленным в приборе поворачивает стрелку. Это справедливо для обеих приборов.

Тогда возникает вопрос почему один прибор показывает напряжение, а другой силу тока, если приборы одинаковые и как можно умножать амперы на вольты и получить третью единицу ватт?

Кто то скажет они подключаются по разному- амперметр последовательно, а вольтметр паралельно. Думаю и подсоединяются они одинаково.

Прибор аналогичный вольтметру подключен в электросхему паралельно сопротивлению, из за того что сопротивление встроено в прибор он называется амперметром но схема остается параллельная.

Так же и вольтметр подключается вместо лампочки может быть такое же сопротивление.

Теперь факты, источник электротока или напряжения при замыкании цепи создает магнитное поле в проводнике и вокруг него, думаю этого отрицать не кто не будет это факт. Приборы которые фиксируют магнитное поле связанное с проводником называются вольтметрами и амперметрами, это факт. Эти приборы могут фиксировать только магнитное поле в проводнике и больше нечего, это факт.Устройство этих приборов, что вольтметр, что амперметр одинаковое, это факт. Подключаются одинаково в электросеть одинаково паралельно сопротивлению, просто у амперметра сопротивление встроено внутри.

Где логика? Приборы одинаковые измеряют только магнитное поле связанное с проводником, зачем умножать одну шкалу с другой и почему возникает другая единица. Это как показания градусника по Цельсию умножить на показания по Кельвину и получить что то третье.

Если приборы измеряют только магнитную составляющую проводника, то на каких основаниях утверждается что напряжение это разность потенциалов между двумя точками электрического поля; это физическая величина, значение которой равно работе электрического поля по перемещению единичного заряда между двумя точками. Прибор показывает только магнитное поле, и не какой разницы потенциалов.

Амперметр измеряет магнитную составляющую так же как и вольтметр, он не показывает направленное перемещение заряженных частиц.

Так что нет оснований утверждать, что есть разница потенциалов. так как нет прибора измеряющего эту разницу Нет оснований утверждать, что по проводу движутся заряды так как нет прибора фиксирующего движение эти зарядов и вообще их существование.

так же нет смысла умножать показание шкалы, что на амперметре на показание шкалы на вольтметре, это одно и тоже но с разным расположение цифер на шкале.

Контроль параметров элементов электрической цепи производится с помощью электроизмерительных приборов. Сила тока, протекающего через нагрузку, измеряется амперметром, а напряжение на нагрузке — вольтметром. Амперметр включается в разрыв электрической цепи последовательно с нагрузкой, вольтметр — параллельно нагрузке.

Электроизмерительные приборы бывают двух типов: стрелочные и цифровые. Техника измерений с помощью цифровых приборов достаточно проста: прибор включается в электрическую цепь и на его экране высвечивается измеряемая величина. Не сложно пользоваться и стрелочными приборами с одним пределом шкалы: измеряемая величина определяется по делениям шкалы, на которые указывает стрелка.

Предел измерения измерительного прибора — это наибольшее значение измеряемой величины. На рисунке 58 приведены шкалы амперметра и вольтметра: амперметром можно измерить силу тока до 3 А, а вольтметром — напряжение до 6 В. При этом стрелка амперметра указывает силу тока 2,5 А, а стрелка вольтметра — напряжение 5 В.

Рис. 58. Внешний вид школьных электроизмерительных приборов постоянного тока — амперметра и вольтметра — и их шкала

Работа со стрелочными приборами немного осложняется, если приборы имеют несколько пределов измерений. Для изменения предела приборы имеют дополнительные клеммы или переключатель пределов измерения. '

Допустим, что амперметр кроме предела 3 А имеет второй предел измерения — б А, а вольтметр — 30 В. При новых пределах измерения и тех же отклонениях стрелок приборов силу тока и напряжение определяют по количеству делений шкалы, на которое указывает стрелка прибора, умноженному на цену деления 1 .

Цена деления прибора определяется по пределу измеряемой величины, делённому на число делений прибора.

В случае указанных пределов (см. рис. 58) цена деления амперметра равна: 6 А/60 дел. = 0,1 А/дел.; цена деления вольтметра: 30 В/30 дел. = = 1 В/дел.

Тогда амперметр показывает:

50 дел. • 0,1 А/дел. = 5 А.

25 дел. • 1 В/дел = 25 В.

В цепях постоянного тока при включении измерительных приборов учитывают полярность источника тока и приборов. Для облегчения подключения измерительных приборов в электрическую цепь постоянного тока около их клемм указывается полярность (см. рис. 58).

Рис. 59. Схема подключения измерительных приборов в электрическую цепь постоянного тока

Сведения о типе электроизмерительного механизма прибора, о возможности его работы в цепях постоянного или переменного тока и некоторые другие можно узнать по условным знакам, нанесённым на шкале прибора:

— прибор предназначен только для работы в электрических цепях постоянного тока;

— прибор предназначен для работы в электрических цепях переменного тока;

С амперметрами, вольтметрами и другими электроизмерительными приборами мы знакомимся на уроках физики или технологии. Однако в каждом доме имеется электроизмерительный прибор, которым пользуются в быту. Прибор этот называется электросчётчиком. С его помощью измеряется количество потребляемой энергии, единицей измерения которой является киловатт-час (кВт • ч). Энергия, потребляемая из сети, регистрируется счётным механизмом счётчика.

Для определения расхода электроэнергии за некоторый промежуток времени, обычно за месяц, необходимо знать начальное и конечное показания счётчика. Разность конечного и начального показаний счётчика определяет количество израсходованной электроэнергии. Её стоимость вычисляется как произведение расхода электроэнергии на тариф 2 .

Электрические параметры счётчика указываются на его щитке в застеклённом окошке корпуса: максимальное рабочее напряжение, сила тока, частота сети, в каких единицах измеряется электроэнергия, класс точности прибора и его передаточное число, которое означает, скольким оборотам диска соответствует 1 кВт • ч.

максимальное напряжение 250 В;
сила тока 10 А;
частота сети 50 Гц;
1 кВт • ч = 2500 оборотов диска;
класс точности 2,5%.

По этим данным можно вычислить расчётную мощность счётчика:

Р = IU = 10 А • 250 В = 2500 Вт.

Параметрами счётчика допускается увеличение этой мощности на 20 % (в 1,2 раза), тогда максимально допустимая мощность счётчика и нагрузки равна:

Р_макс = 1,2 • 2500 = 3000 Вт.

С помощью электросчётчика можно определить мощность любого электроприбора, если она неизвестна. Для этого в квартире отключают все электроприборы, кроме того, у которого определяют мощность. Исследуемый электроприбор подключают к сети, берут секундомер и начинают наблюдать за движением диска электросчётчика. В момент, когда метка на диске счётчика совпадет с риской или стрелкой на его щитке, включаем секундомер и отсчитываем время за 10-20 оборотов диска.

Допустим, что диск совершил 20 оборотов за 19 секунд (N — 20). По полученным данным определяем энергию, которую потребляет нагрузка в 1 секунду, т. е. её мощность. Для этого по передаточному числу счётчика вычисляем цену одного оборота диска, которая называется номинальной постоянной счётчика (Кн). Обычно постоянную счётчика выражают в Вт • с/об. Поэтому 1 кВт • ч переводим в Вт • с (1 кВт = 1000 Вт; 1 ч = 3600 с) и делим на 2500 об.:

К_н = 1000 • 3600 Вт • с/2500 об. = 1440 Вт • с/об.

Номинальную постоянную умножаем на число оборотов (20) и вычисляем количество электроэнергии, полученное нагрузкой:

А = К_н • N = 1440 Вт • с/об. • 20 об. = 28 800 Вт • с.

Израсходованную энергию А делим на время и получаем мощность.

Р = A/t = 28 800 Вт • с/19 с = 1516 Вт.

Зная, что напряжение в сети равно 220 В, по полученной мощности прибора Р можем вычислить силу тока I:

I = P/U= 1516/220 = 6,9 А.

Каждый счётчик работает с некоторой погрешностью. В приведённом примере погрешность прибора не должна превышать 2,5 %.

Реальную погрешность показаний электросчётчика можно оценить практически, включая в сеть поочерёдно нагрузки с известной мощностью. Для примера рассмотрим несколько приборов разной мощности (Р), кВт: кипятильник — 1; электрофен — 1,2; электрочайник — 1,25.

Как и в предыдущем случае, определяем с помощью секундомера время, равное 20 оборотам диска счётчика, для каждого электроприбора.

Для повышения точности измерение времени для каждого прибора производят 3-5 раз и по полученным данным вычисляют средний результат.

По затраченной энергии и среднему времени вычисляем мощность каждого электроприбора и сравниваем её с его паспортной мощностью. При значительных расхождениях экспериментальных и паспортных данных можно сделать заключение о завышенных или заниженных показаниях счётчика и обратиться в электрокомпанию для его замены.

Определите по параметрам электросчётчика максимально допустимую мощность вашей квартирной электросети.
Вычислите суточный расход электроэнергии в вашей квартире и её стоимость.
С помощью счётчика проверьте, соответствует ли заданная мощность лампочки в вашем светильнике её реальной мощности.

Новые слова и понятия

Предел измерения, цена деления; тариф; стрелочные и цифровые измерительные приборы; передаточное число, номинальная постоянная, максимально допустимая мощность.

Проверяем свои знания

Что такое энергия и мощность, в каких единицах они измеряются?
Какие параметры электрической цепи измеряются с помощью амперметра и вольтметра?
Как включаются в электрическую цепь амперметр и вольтметр?
Можно ли амперметр включить параллельно источнику электрической энергии?
Можно ли вольтметр включить последовательно с нагрузкой?
Как с помощью электросчётчика измерить количество израсходованной за сутки электроэнергии и определить её стоимость?
Как с помощью счётчика измерить мощность электрического прибора и мощность, которую он потребляет?

1 Цена деления прибора — это измеряемая величина, соответствующая одному делению шкалы.

Но, если вы достаточно давно окончили школу, а ваша профессиональная деятельность не связана с физикой и другой наукой, то, возможно, вы забыли для чего предназначены эти устройства. И если вы человек любознательный, то будете не против освежить эти знания.

Для измерения силы тока и напряжения в электрической цепи необходимы специальные приборы. Этими приборами и являются амперметр и вольтметр. Итак, чтобы измерить ток, нам понадобится амперметр. Ампер – это единица измерения силы тока. Единица измерения электродвижущей силы и напряжения – это вольт. Следовательно, и прибор называется вольтметр.

Приборы ничем не отличаются по своей конструкции. Принцип работы данных приборов зависит от взаимодействия электрического и магнитного поля. Как только меняется показатель силы тока и напряжения, то стрелка на приборах отклоняется.

Но приборы делают разные измерения электрического тока, следовательно, они отличаются друг от друга. Если вам необходимо измерить силу тока, амперметр должен иметь минимальное сопротивление. При условии, что амперметр имеет сильное сопротивление, показатели силы тока будут искажаться и иметь неверное значение. Сопротивление – важный показатель, который может изменить ход всей работы. В теории, амперметр должен иметь нулевое сопротивление, но на практике это невозможно.

Принцип работы вольтметра противоположный, то есть сила тока должна быть снижена. Это необходимо для поддержания стабильного напряжения. Задача вольтметра измерить показатель напряжения. Для достижения точных показателей нужно максимальное сопротивление, то есть необходимо создать социальные условия для этого. Очень трудно создать эти условия на практике. От показателя сопротивления зависит точность показателя напряжения.

Приборы имеют разные задачи, следовательно, подключаться к электрической цепи они должны по-разному. Подключение амперметра происходит последовательно, а вольтметра по принципу параллельного подключения. Необходимо помнить, что амперметр никогда не подключается напрямую к источнику питания, это может стать причиной короткого замыкания.

Если ваша деятельность связана с работой при помощи данных приборов, то на сайте компании Промышленной группы "Фрегат" можно приобрести амперметр и вольтметр.

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

Измерение тока. Амперметр.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Выразим ток шунта через ток амперметра:

Измеряемый ток равен:

Подставим в это уравнение предыдущее выражение для тока шунта:

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

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

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

Измерение напряжения. Вольтметр.

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

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

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

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

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

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

Подставим в эту формулу выражение для расчета сопротивления добавочного резистора:

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

В завершении статьи пару слов об измерении сопротивления и мощности.

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

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

Читайте также: