Вимірювальні та випробувальні схеми; Базові знання електроніки

Вимірювання напруги¶

Прилади для вимірювання напруги («вольтметри») використовуються для вимірювання напруги; вони доступні як в аналоговому, так і в цифровому дизайні. Звичайні мультиметри також можна використовувати як прилади для вимірювання напруги, встановивши поворотний перемикач на напругу постійного або змінного струму, якщо потрібно.

Якщо ви з’єднаєте два з'єднання компонента з двома випробувальними щупами в увімкненому ланцюзі, внутрішній опір вольтметра і компонента утворюють паралельне з'єднання двох резисторів. У цьому випадку дві напруги, що подаються на вольтметр і компонент, однакові.

Схема для вимірювання напруг за допомогою вольтметра.

Похибка вимірювання в результаті вимірювання тим менша, чим вище внутрішній опір вольтметра; Тому вольтметри завжди мають дуже високий електричний опір.

В аналогових вольтметрах діапазон вимірювання в принципі обмежений кінцем шкали; Якщо до вимірювального пристрою подається більша напруга, вказівник вимірювального пристрою не може відхилятися далі, з іншого боку, навіть вимірювальний пристрій може бути пошкоджений. Для того, щоб розширити діапазон вимірювання вгору, слід використовувати відповідну схему, щоб забезпечити, щоб до вольтметра подавалася лише частина напруги, що вимірюється.

Цього можна досягти поєднанням вольтметра з послідовним резистором. Наприклад, якщо вольтметр з діапазоном вимірювання, наприклад, має внутрішній опір, послідовний резистор з розміром має наслідком те, що падає лише напруга на вольтметрі. Діапазон вимірювання збільшується на коефіцієнт, щоб напруги до тепер можна було виміряти за допомогою вольтметра.

Навряд чи є якісь верхні межі розширення діапазону вимірювань. Якщо послідовний резистор має значення у наведеному вище прикладі, тоді загальний опір становить, і на вольтметрі падає лише наявна напруга. Відповідно, можна виміряти напругу, яка в рази вище, тобто максимальна.

За допомогою цифрових вимірювальних приладів вимірювання здійснюється в електронному вигляді та відображається цифровим способом на дисплеї. Однак проблема помилок вимірювання та принцип розширення діапазону вимірювань однакові для аналогових та цифрових вимірювальних приладів.

Вимірювання струму¶

Прилади для вимірювання струму («амперметри») використовуються для вимірювання струму; вони також доступні як в аналоговому, так і в цифровому дизайні. Звичайні мультиметри також можна використовувати як прилади вимірювання струму, встановивши поворотний перемикач на вимірювання струму.

Для вимірювання сили струму амперметр повинен бути з'єднаний послідовно з вимірюваним компонентом. [1] У цьому випадку внутрішній опір амперметра і компонента утворюють послідовне з'єднання двох резисторів. Тому той самий струм повинен протікати через амперметр і компонент.

Схема для вимірювання струмів за допомогою амперметра.

Похибка вимірювання в результаті вимірювання тим менша, чим менший внутрішній опір амперметра; Тому амперметри завжди мають дуже низький електричний опір.

З аналоговими амперметрами діапазон вимірювання також обмежений кінцем шкали; Якщо через вимірювальний пристрій протікає більший струм, тоді вказівник вимірювального пристрою знову не може відхилятись, або навіть вимірювальний прилад може бути пошкоджений. Для того, щоб розширити діапазон вимірювання вгору, також слід досягти, щоб через амперметр протікала лише частина вимірюваного струму.

Це можливо, якщо амперметр поєднати з паралельно підключеним резистором. Наприклад, якщо амперметр з діапазоном вимірювання, наприклад, має внутрішній опір, паралельно підключений резистор також має наслідком, що через амперметр протікає лише половина струму. Діапазон вимірювання розширюється на коефіцієнт, так що амперметр тепер може вимірювати струми до.

Навряд чи є якісь верхні межі для розширення діапазону вимірювання амперметрів. Паралельні резистори, як правило, вже вбудовані в амперметр, і їх можна ввімкнути за допомогою поворотного перемикача.

Вимірювання опору¶

Розмір резистора можна визначити відповідно до закону Ома, якщо відомо, яка напруга подається на резистор і яка інтенсивність струму протікає через резистор.

Схема для вимірювання опорів за допомогою вольтметра та амперметра.

Тому визначення опору компонента за допомогою цього методу вимагає вимірювання струму та напруги. Як зазначено на малюнку вище, в основному є дві можливості: У варіанті вольтметр показує занадто велике значення ("схема помилки напруги"), оскільки частина напруги, що подається на вольтметр, падає при внутрішньому опорі амперметра. У варіанті амперметр показує занадто велике значення ("ланцюг несправності струму"), оскільки частина струму, що протікає через амперметр, потім протікає через вольтметр.

Опір компонента також можна визначити лише за допомогою одного вимірювального пристрою за умови, що відома напруга. Таке вимірювання передбачає, що компонент, що підлягає вимірюванню, видаляється або, принаймні, ланцюг, що оточує компонент, не замикається. Тоді вимірювальний пристрій, як правило, мультиметр, може сам служити джерелом напруги з відомим значенням напруги, якщо в нього вбудована батарея. Таким чином, вимірювання опору відповідає вимірюванню сили струму, але з відповідно адаптованою шкалою.

Мірний міст Уїтстоун

Іншим варіантом вимірювання опору є використання “мірного містка Уітстона”, названого на честь Чарльза Уітстона. Це структуровано таким чином:

Схема мосту Уітстона для вимірювання опору за допомогою амперметра.

Вимірюваний опір послідовно з'єднується з відомим опором.
Одночасно кріпиться регульований резистор (потенціометр) з рухомим струмозбірником; Це ділить загальний опір потенціометра на два часткові опори (що лежать послідовно один з одним), завдяки чому відношення цих двох опорів можна встановити через положення струмоприймача.
Між струмоприймачем і двома резисторами встановлений чутливий амперметр.

Для вимірювання опору за допомогою цього методу струмоприймач штовхається вперед-назад, доки амперметр більше не показує жодного потоку струму. У цьому положенні напруга на вимірювальному мосту Уітстона ділиться на дві гілки струму (і або та в тому ж співвідношенні. У цьому випадку застосовується наступне:

Оскільки відомо, і відношення до можна зчитувати за допомогою шкали на потенціометрі, бажаний опір можна визначити безпосередньо за допомогою вищезазначеного коефіцієнта опору:

Оскільки потенціометр в кінцевому рахунку складається з дроту опору, намотаного на довгу котушку, а опір однорідного провідника прямо пропорційний його довжині, числове відношення опорів ідентичне відношенню двох довжин котушок ліворуч і праворуч від пантографа. Тому достатньо простої міліметрової шкали як шкали на потенціометрі.