13.16. Основные измерительные схемы

Применяемая в вольтметре схема, обеспечивающая измере­ние напряжений разных диапазонов, показана на рис. 13.15, а. В качестве основного измерителя в приборе используется мил-ли- или микроамперметр, а последовательно с измерителем под­ключаются резисторы с различным сопротивлением. Последо­вательные резисторы служат для ограничения максимально допустимого тока, протекающего через измеритель, до величи­ны, которая определяется внутренней катушкой измерителя. Таким образом, независимо от диапазона измеряемого напря­жения напряжение, прикладываемое к катушке измерителя, не превышает установленного значения.

Величину сопротивления последовательного резистора, тре­буемую для измерения в пределах определенной шкалы, можно найти из следующего выражения:

R_н = R„(R-1), (13.1)

где R_n — сопротивление одного из последовательных резисто­ров;

r_h — внутреннее сопротивление измерителя; А⁷ — множитель, на который следует умножить показание прибора.

Рис. 13.15. Схемы вольтметра (а) и амперметра (б).

Таким образом, если в вольтметре с максимальным преде­лом измерения 5 В используется измеритель от 0 до 1 мА с внутренним сопротивлением Rи=50 Ом, то вначале нужно оп­ределить падение напряжения на внутреннем сопротивлении измерителя. При токе I=1 мА E = IR_и =0,001 -50 = 0,05 (В). Эта величина меньше 5 В в 5/0,05=100 раз. Следовательно, из уравнения (13.1) получим R_п = 50.(100 — 1) = 50*99 = 4950 Ом.

Измерительный прибо(р с максимальным током 50 мкА обла­дает в измерительных схемах более высокой чувствительностью по сравнению с измерителем, максимальный ток которого равен 1 мА. Чувствительность вольтметра (Ом/В) показывает вели­чину множителя, на который нужно умножить сопротивление резистора, чтобы увеличить шкалу измерителя на 1 В. Измери­тель чувствительностью 20 000 Ом/В оказывает меньший нагру­зочный эффект на схему, в которой производится измерение, по сравнению с измерителем чувствительностью 1000 Ом/В.

Схема амперметра, в которой также используется переклю­чатель для выбора различных диапазонов измерения, показана на рис. 13.15,6. Диапазоны измерения от миллиампер до ампер можно получить путем использования соответствующих шунти­рующих резисторов. Через шунтирующий резистор протекает избыточный ток, и таким образом предотвращается протекание через измеритель больших токов, превышающих максимально-допустимую величину, соответствующую полному отклонению стрелки прибора.

Сопротивление шунтирующего резистора, обеспечивающего определенный диапазон измерения тока, можно найти из урав­нения

(13.2)

где Rш — сопротивление шунтирующего резистора; R_и — внут­реннее сопротивление измерителя; N — множитель, на который следует умножить показание прибора.

Таким образом, если миллиамперметр имеет основной ди­апазон измерений от 0 до 3 мА и требуется расширить диапазон измерений до 9 мА, то N = 3. Если внутреннее сопротивление измерителя равно 28 Ом, то сопротивление шунтирующего ре­зистора

Рис. 13.16. Схемы комбинированного вольтметра и миллиамперметра (а) и омметра (б).

Если вольтметр, амперметр « другие измерительные прибо­ры объединяют вместе, то требуется применять специальный переключатель. Прибор такого типа, включающий в себя вольт­метр и амперметр, изображен на рис. 13.16, а. Заметим, что при измерении напряжения резисторы подключаются последова­тельно с выводами прибора. При измерении тока используются два контакта переключателя, которые присоединяют шунтирую­щий резистор параллельно измерителю.

Типичная схема омметра приведена на рис. 13.16,6. Для обеспечения более широких пределов измерения сопротивлений миллиамперметр, используемый в омметре, должен иметь более-высокую чувствительность. В приведенной схеме резистор R₁ служит для ограничения тока, протекающего через измеритель­ный прибор, в допустимых пределах. Переменный резистор R₂ обеспечивает возможность регулировки нулевого положения стрелки прибора при изменении напряжения источника питания. Шкала в таких приборах калибруется таким образом, что ну­левое положение соответствует полному отклонению стрелки вправо. Следовательно, при измерении сопротивлений их боль­шему значению соответствует большее отклонение стрелки вле­во. При измерении больших сопротивлений через прибор проте­кает очень малый ток и стрелка отклоняется влево, где шкала фиксирует большие величины сопротивлений.