Входное сопротивление вольтметра должно быть

Входное сопротивление — вольтметр

Входное сопротивление купроке-ных вольтметров достигает 2 000 ом / в п уступает лишь аналогичному параметру ламповых вольтметров. [16]

Входное сопротивление вольтметра электромагнитной системы не может быть велико, так как для создания значительного магнитного поля в катушке требуется довольно большой ток. [17]

Величина входного сопротивления вольтметра определяется в основном добавочным сопротивлением. Если выбрать более высокий предел измерения напряжения, а также применить более чувствительный индикатор, величину добавочного сопротивления следует увеличить, следовательно, возрастает входное сопротивление вольтметра. [18]

Итак, входное сопротивление вольтметра должно быть как можно больше. У современных вольтметров входное сопротивление составляет от 10 до 20 и даже до 50 кОм на 1 В шкалы. Достаточно ли это для измерения режима транзисторов. [19]

С увеличением частоты входное сопротивление вольтметра уменьшается вследствие уменьшения сопротивления входной емкости и увеличения потерь в диэлектрике. [20]

В этом случае относительное входное сопротивление вольтметра уменьшится до 2 кОм / В. [22]

Практически на низких частотах входное сопротивление вольтметров составляет единицы мегом, а а высоких — единицы и десятки килоом. Входное сопротивление электронных вольтметров, предназначенных для измерения постоянного напряжения, достигает десятков и сотен мегом. [24]

Таким образом, если входное сопротивление вольтметра в двадцать раз превосходит величину сопротивления, на зажимах которого этим вольтметром производится измерение падения напряжения, то поправка на шунтирующее действие вольтметра не превосходит 5 % и может не учитываться в большинстве радиотехнических измерений. [25]

Какие требования предъявляются к входному сопротивлению вольтметра . [26]

При очень высоких частотах на входное сопротивление вольтметра влияет также время пролета электронов между электродами лампы. Данный фактор проявляется в том случае, если время пролета электронов между электродами лампы становится соизмеримым с периодом исследуемого напряжения, так как при этом увеличиваются потери во входной цепи лампьг, а соответственно и уменьшается ее входное сопротивление. [27]

Наиболее сильное влияние на величину входного сопротивления вольтметра оказывает сопротивление лампы гл, во время работы которой величина этого сопротивления периодически меняется. [28]

Гц, полагая активную составляющую входного сопротивления вольтметра пренебрежимо большой. [29]

Как видите, на разных пределах измерения входное сопротивление вольтметра различно, поэтому и погрешности измерений, обусловленные его шунтирующим действием, будут на разных шкалах неодинаковыми. [30]

Важной метрологической характеристикой вольтметра является его входное сопротивление. Измерить сопротивление между входными клеммами вольтметра можно с помощью любого измерителя сопротивления (например, мультиметром UT60A в режиме омметра). Однако чаще используется метод определения входного сопротивления по двум показаниям поверяемого вольтметра, во входную цепь которого включен магазин сопротивлений (см. рис. 5.1). Показание вольтметра, измеряющего напряжение на зажимах источника с пренебрежимо малым внутренним сопротивлением, равно

,

где U_пр — предельное значение напряжения источника ЭДС;

R_м — сопротивление магазина;

R_в — входное сопротивление вольтметра.

Рис. 5.1. Измерение входного сопротивления вольтметра

Если произвести два измерения с различными значениями сопротивления магазина, то можно вычислить R_в. Пусть одно измерение проводится при R_м=0, тогда вольтметр покажет значение U_пр (внутренним сопротивлением источника мы пренебрегаем). Второе измерение проведем при введенном сопротивлении R_м:

;

. (5.1)

Погрешность измерения R_в зависит от точности изготовления R_м и погрешностей измерений U_пр и U_х. Так как U_пр и U_х измеряются одним и тем же вольтметром, происходит компенсация систематических погрешностей измерения U_пр и U_х в знаменателе и, следовательно, систематическая погрешность измерения R_в определяется погрешностью числителя. По формуле Тейлора

.

Учитывая, что сопротивление магазина изготовлено с высокой точностью, можно пренебречь третьим слагаемым. Считая, что (определяется классом точности измерительного прибора), имеем:

; (5.2)

. (5.3)

Если погрешности DU_х и DU_пр независимы, то возможен вариант, когда они принимают максимальные по величине, но противоположные по знаку значения. В этом случае, считая , погрешности измерения сопротивлений равны

; (5.4)

. (5.5)

В частном случае, если выбором R_м можно добиться , т.е. чтобы показания вольтметра уменьшились ровно в 2 раза, формулы (5.1), (5.2) и (5.3) принимают вид:

;

; (5.6)

(5.7)

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ

1. Изучить инструкцию по эксплуатации цифрового мультиметра UT60A.

2. Изучить инструкцию по эксплуатации комбинированного прибора (тестера).

3. Экспериментально определить входное сопротивление тестера и цифрового вольтметра на выбранном пределе измерений с помощью магазина сопротивлений и мультиметра UT60A.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Подготовка измерительных приборов к работе

Поворотный переключатель цифрового мультиметра UT60A установить в положение Hz V (измерение напряжений).

Подготовка электромеханического вольтметра (тестера) состоит в установке соответствующих положений переключателей рода тока и предела измерений, а также стрелки на нуль с помощью корректора.

Установить на источнике постоянного напряжения ВСП-50 выходной сигнал равным нулю (повернуть рукоятки плавного и грубого изменения выходного напряжения против часовой стрелки до упора).

Собрать схему для проведения измерений. После проверки собранной схемы преподавателем, включить цифровой мультиметр нажатием кнопки POWER и источник постоянного напряжения переключением тумблера ВКЛ.

Проведение эксперимента

Измерить входные сопротивления электромеханического и цифрового вольтметров по методике, изложенной в теоретической части данной лабораторной работы.

Измерение входного сопротивления тестера на пределах измерения
0,5 В, 2,5 В и 10,0 В проводить следующим образом:

2. С помощью регуляторов источника ВСП-50 установить стрелку тестера на максимальную отметку шкалы.

3. Не изменяя напряжение с ВСП-50, увеличить сопротивление R_м так, чтобы стрелка измерительного механизма остановилась посередине шкалы. Это означает, что ток через измерительный механизм уменьшился в 2 раза, т.е. в цепь источника сигнала введено сопротивление R_м, равное имевшемуся ранее в цепи сопротивлению R_в.

Если с помощью магазина сопротивлений не удается установить стрелку измерительного механизма посередине шкалы, необходимо занести в отчет значения напряжений при R_м =0 (U_пр) и при R_м = R_max (U_х) и вычислить значение входного сопротивления R_в по формуле (5.1).

4. Вычислить предельные значения погрешностей измерения R_в по формулам (5.2)-(5.7).

5. Измерить входное сопротивление тестера цифровым мультиметром UT60A.

6. Занести результаты измерений и вычислений в табл. 5.1.

7. Сравнить результаты измерений R_в, полученные двумя способами.

8. Вычислить погрешности измерений R_в с помощью магазина сопротивлений. В качестве действительного значения сопротивления взять показание цифрового вольтметра. Занести экспериментально определенные значения DR_в в табл. 5.1.

9. Сравнить предельные и экспериментальные значения DR_в.

Таблица 5.1

Пределы измерения Umax i, В	Измерение входного сопротивления магнитоэлектрического вольтметра
Rв, кОм	DRв, кОм
По методике, изложенной в п. 2.1	UT60A	По формуле (5.2)	По формуле (5.4)	Экспер. UT60A
0,5
2,5
10,0

Учитывая большое входное сопротивление цифрового вольтметра (порядка 5–15 МОм), необходимо брать сопротивление R_м такого же порядка. В лабораторной работе вместо R_м используется добавочное сопротивление, значение которого с высокой точностью измеряется цифровым вольтметром. Методика измерения входного сопротивления цифрового вольтметра состоит в следующем:

1. Измерить цифровым вольтметром добавочное сопротивление номиналом 5–10 МОм, занести его значение в табл. 5.2.

2. Подключить цифровой вольтметр к источнику постоянного напряжения. Установить на выходе ВСП-50 напряжение, соответствующее пределу измерения цифрового вольтметра, и снять показание с вольтметра.

3. Последовательно с вольтметром подключить добавочное сопротивление и снять показание вольтметра.

4. Вычислить входное сопротивление цифрового вольтметра по формуле (5.1).

5. Вычислить погрешность измерения сопротивления R_впо формулам (5.2) – (5.5).

6. Измерить входное сопротивление цифрового вольтметра на пределах измерения 4 В, 40 В, 400 В. Сделать вывод об изменении входного сопротивления электронных вольтметров в зависимости от предела измерений.

7. Заполнить табл. 5.2.

Таблица 5.2

Пределы измерения Umax i, В	Rд2=…, МОм	Предельные погрешности измерений, Rв
U, В	Uх, В	Rв, МОм	абсолютные, МОм	относительные, %
ΔR’	ΔR’’	δR’	δR’’
Umax 1=4	По формуле (5.1)	По формуле (5.2)	По формуле (5.4)	По формуле (5.3)	По формуле (5.5)
Umax 2=40
Umax 3=400

8. Сделать вывод о проделанной работе, в котором указать, можно ли использовать методику, изложенную в теоретической части данной лабораторной работы для измерения сопротивления вольтметра с целью расширения его пределов измерения в соответствии с рис. 5.2.

Рис. 5.2. Методическая погрешность измерения напряжения

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Перед проведением лабораторной работы отчет должен содержать:

— цель лабораторной работы и применяемое оборудование;

— схемы приборов и экспериментальных установок (рис. 5.1-5.2);

— расчетные формулы для определения погрешности измерения сопротивления вольтметра по методике, изложенной в теоретической части данной лабораторной работы.

После проведения лабораторной работы отчет также должен содержать:

— результаты экспериментов в виде таблиц 5.1 и 5.2.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Почему входное сопротивление цифрового вольтметра не зависит от предела измерения?

2. Какие характеристики называют метрологическими?

3. От чего зависит сопротивление вольтметра?

4. Что такое нормированное сопротивление и для чего оно нужно?

5. Для чего устанавливалось значение R_м=0?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6.

СХЕМЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ОММЕТРА

ЦЕЛИ РАБОТЫ

1. Получение практических навыков работы с тестером и электронным вольтметром.

2. Изучение способов оценки погрешностей измерений тестером и электронным вольтметром сопротивления.

3. Освоение методики поверки омметров.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

В радиолюбительской практике это наиболее распространенный вид измерений. Например, при ремонте телевизора измеряются напряжения в характерных точках устройства, а именно на выводах транзисторов и микросхем. Если есть под рукой принципиальная схема, и на ней указаны режимы транзисторов и микросхем, то найти неисправность опытному мастеру не составит труда.

При налаживании конструкций, собранных своими руками, без измерения напряжений обойтись нельзя. Исключения составляют лишь классические схемы, про которые пишут примерно так: «Если конструкция собрана из исправных деталей, то наладки не требуется, заработает сразу».

Как правило, это классические схемы электроники, например, мультивибратор. Такой же подход может получиться даже к усилителю звуковой частоты, если он собран на специализированной микросхеме. Как наглядный пример TDA 7294 и еще много микросхем этой серии. Но качество «интегральных» усилителей невелико, и истинные ценители строят свои усилители на дискретных транзисторах, а порою на электронных лампах. И вот тут-то без налаживания и связанных с этим измерений напряжений просто не обойтись.

Как и что предстоит измерять

Показано на рисунке 1.

Возможно, кто-то скажет, мол, что тут можно измерять? И какой смысл собирать подобную цепь? Да, практического применения для такой схемы найти, наверно, трудно. А для познавательных целей она вполне подойдет.

Прежде всего, следует обратить внимание на то, как подключается вольтметр. Поскольку на рисунке показана цепь постоянного тока, то и вольтметр подключается с соблюдением полярности, указанной на приборе в виде знаков «плюс» и «минус». В основном это замечание справедливо для стрелочного прибора: при несоблюдении полярности стрелка отклонится в обратную сторону, по направлению к нулевому делению шкалы. Так что получится какой-то отрицательный ноль.

Цифровые приборы, мультиметры, в этом плане более демократичны. Даже если измерительные щупы подключены в обратной полярности, напряжение все равно будет измерено, только на шкале перед результатом появится знак «минус».

Еще на что следует обратить внимание при измерении напряжений это диапазон измерений прибора. Если предполагаемое напряжение находится в пределах, например, 10…200 милливольт, то такому диапазону соответствует шкала прибора 200 милливольт, а измерение упомянутого напряжения по шкале 1000 вольт вряд ли даст вразумительный результат.

Так же следует выбирать диапазон измерений и в других случаях. Для измеряемого напряжения 100 вольт вполне подойдет диапазон 200В и даже 1000В. Результат будет один и тот же. Это что касается современного мультиметра.

Если же измерения производятся старым добрым стрелочным прибором, то для измерения напряжения 100В следует выбрать диапазон измерений, когда показания находятся в середине шкалы, что позволяет осуществить более точный отсчет.

И еще одна классическая рекомендация по использованию вольтметра, а именно: если величина измеряемого напряжения неизвестна, то измерения следует начинать, установив вольтметр на самый большой диапазон. Ведь если измеряемое напряжение будет 1В, а диапазон будет 1000В, самая большая опасность в неверных показаниях прибора. Если же получится наоборот, — диапазон измерений 1В, а измеряемое напряжение 1000, покупки нового прибора просто не избежать.

Что покажет вольтметр

Но, пожалуй, вернемся к рисунку 1, и попробуем определить, что, же покажут оба вольтметра. Для того, чтобы это определить, придется воспользоваться законом Ома. Задачу можно решить за несколько шагов.

Во-первых, рассчитать ток в цепи. Для этого надо напряжение источника (на рисунке это гальваническая батарея с напряжением 1,5 В) разделить на сопротивление цепи. При последовательном соединении резисторов это будет просто сумма их сопротивлений. В виде формулы это выглядит примерно так: I = U / (R1 + R2) = 4,5 / (100 + 150) = 0,018 (А) = 180 (мА).

Маленькое замечание: если выражение 4,5 / (100 + 150) скопировать в буфер обмена, затем вставить в окно виндоус-калькулятора, то после нажатия клавиши «равно» будет получен результат вычислений. На практике вычисляются еще более сложные выражения, содержащие квадратные и фигурные скобки, степени и функции.

Во-вторых, получить результаты измерений, как падение напряжения на каждом резисторе:

U1 = I * R1 = 0,018 * 100 = 1,8 (В),

U2 = I * R2 = 0,018 * 150 = 2,7 (В),

Для проверки правильности вычислений достаточно сложить оба получившиеся значения падения напряжений. Сумма должна быть равна напряжению батареи.

Возможно, у кого-то может возникнуть вопрос: «А если делитель будет не из двух резисторов, а из трех или даже из десяти? Как определить падение напряжения на каждом из них?». Точно так же, как и в описанном случае. Сначала надо определить общее сопротивление цепи и рассчитать общий ток.

После чего этот уже известный ток просто умножить на сопротивление соответствующего резистора. Иногда такие вычисления делать приходится, но тут тоже есть одно но. Чтобы не сомневаться в полученных результатах ток в формулы следует подставлять в Амперах, а сопротивление в Омах. Тогда, вне всяких сомнений, результат получится в Вольтах.

Входное сопротивление вольтметра

Сейчас все привыкли пользоваться приборами китайского производства. Но это не говорит о том, что качество у них никудышное. Просто в отечестве никто не додумался до производства собственных мультиметров, а стрелочные тестеры делать, видимо, разучились. Просто обидно за державу.

Рис. 2. Мультиметр DT838

Когда-то в инструкциях к приборам указывались их технические характеристики. В частности для вольтметров и стрелочных тестеров это было входное сопротивление, и указывалось оно в Килоомах/Вольт. Были приборы с сопротивлением 10 К/В и 20 К/В. Последние считались более точными, поскольку меньше подсаживали измеряемое напряжение и показывали более точный результат. Сказанное можно подтвердить рисунком 3.

На рисунке показан делитель напряжения из двух резисторов. Сопротивление каждого резистора 1КОм, напряжение питания 3В. Нетрудно догадаться, даже считать ничего не надо, что на каждом резисторе будет ровно половина напряжения.

Теперь представим, что измерения проводятся прибором ТЛ4, который в режиме измерения напряжений имеет входное сопротивление 10КОм/В. При указанном на схеме напряжении вполне подходит предел измерений 3В, на котором полное сопротивление вольтметра составит 10*3 = 30(КОм).

Таким образом, получается, что параллельно резистору сопротивлением в 1КОм подключено еще 30КОм. Тогда общее сопротивление при параллельном включении составит 999,999Ом. Хотя и несколько меньше меньшего, но не намного. Поэтому погрешность результата измерения напряжения будет незначительна.

В случае, если оба резистора делителя имеют номинал 1 мегаом, то результаты расчета будут выглядеть примерно так:

Суммарное сопротивление параллельно соединенного вольтметра и резистора R1 будет меньше меньшего, а по расчету составит 29,126КОм. Кто не верит, может для практики пересчитать по формулам для параллельного соединения сопротивлений.

Общий ток в цепи делителя: I = U / (R1 + R2) = 3 / (1000 + 29,126) = 0,0029150949446423470012418304464176 (мА).

Значения сопротивлений подставлены в килоомах, поэтому ток получился в миллиамперах. Тогда получается, что вольтметр покажет

0,0029150949446423470012418304464176 * 29,126 ≈ 0,085 В.

А ожидалась половина, т.е. полтора вольта! Если ток в миллиамперах, сопротивление в килоомах, то результат получается в вольтах. Хотя и не по системе СИ, но иногда поступают и так.

Конечно, такой делитель несколько не реален: зачем на напряжение всего 3В ставить резисторы сопротивлением 1 мегаом? А может где-нибудь такой делитель и применяется, вот только напряжение на нем надо мерить совсем другим прибором.

Например, один из самых дешевых китайских мультиметров DT838, на всех диапазонах измерения напряжений обладает входным сопротивлением 1 мегаом, намного выше, чем прибор в предыдущем примере. Но это вовсе не говорит о том, что стрелочные авометры отжили свой век. В некоторых случаях они просто незаменимы.

Измерение переменных напряжений

Все методы и рекомендации, касающиеся измерения постоянных напряжений, справедливы и для переменных: вольтметр включается параллельно участку цепи, входное сопротивление вольтметра должно быть по возможности большим, диапазон измерений должен соответствовать измеряемому напряжению. Но при измерении переменных напряжений следует учитывать еще два фактора, которых постоянное напряжение не имеет. Это частота напряжения и его форма.

Измерения могут проводиться двумя типами приборов: либо современным цифровым мультиметром, либо «допотопным» стрелочным тестером. Естественно, что оба прибора при таком измерении включаются в режим измерения переменных напряжений. Оба прибора рассчитаны на измерение напряжений синусоидальной формы, и при этом будут показывать действующее значение напряжения.

Действующее напряжение U составляет 0,707 амплитудного напряжения Uм.

U = Uм/√2 = 0,707 * Uм, откуда можно сделать вывод, что Uм = U * √2 = 1,41 * U

Здесь уместно привести широко распространенный пример. При измерении переменного напряжения прибор показал 220В, значит, амплитудное значение по формуле получится

Uм = U * √2 = 1,41 * U = 220 * 1,41 = 310В.

Этот расчет подтверждается каждый раз, когда сетевое напряжение выпрямляется диодным мостом после которого стоит хотя бы один электролитический конденсатор: если померить постоянное напряжение на выходе моста, то прибор покажет как раз 310В. Эту цифру следует запомнить, она может пригодиться при разработке и ремонте импульсных блоков питания.

Указанная формула справедлива для всех напряжений, если они будут иметь синусоидальную форму. Например, после понижающего трансформатора имеется 12В переменки. Тогда после выпрямления и сглаживания на конденсаторе получится

12 * 1,41 = 16,92 почти 17В. Но это если не подключена нагрузка. При подключенной нагрузке постоянное напряжение подсядет почти до 12В. В случае, когда форма напряжения иная, чем синусоида эти формулы не работают, приборы показывают не то, что от них ожидалось. На этих напряжениях измерения производятся другими приборами, например, осциллографом.

Еще один фактор, влияющий на показания вольтметра это частота. Например, цифровой мультиметр DT838 согласно своих характеристик меряет переменные напряжения в диапазоне частот 45…450Гц. Несколько лучше в этом плане выглядит старенький стрелочный тестер ТЛ4.

В диапазоне напряжений до 30В его частотный диапазон составляет 40…15000Гц (почти весь звуковой диапазон, можно пользоваться при настройке усилителей), но с увеличением напряжения допустимая частота падает. В диапазоне 100В это 40…4000Гц, 300В 40…2000Гц, а в диапазоне 1000В всего 40…700Гц. Вот тут уже бесспорная победа над цифровым прибором. Эти цифры также справедливы лишь для напряжений синусоидальной формы.

Хотя иногда и не требуется никаких данных о форме, частоте и амплитуде переменных напряжений. Например, как определить работает гетеродин коротковолнового приемника или нет? Почему приемник ничего не «ловит»?

Оказывается, все очень просто, если воспользоваться стрелочным прибором. Надо включить его на любой предел измерения переменных напряжений и одним щупом (!) коснуться выводов транзистора гетеродина. Если есть высокочастотные колебания, то они продетектируются диодами внутри прибора, и стрелка отклонится на некоторую часть шкалы.