O připojení voltmetru: schéma zapojení voltmetrů k obvodu

Jako každá fyzikální veličina se k tomu dá měřit napětí; Chcete-li však získat spolehlivá data, musí být správně připojen.

Princip

Všechna zařízení používaná k provádění měření v elektrických sítích jsou rozdělena do dvou skupin: elektromechanická a elektronická.

Elektromechanická zařízení

Jedná se o ukazovací nástroje. Šipka v nich je upevněna na rámu, na kterém je navinutý drát. Tato cívka je umístěna na stejné ose s permanentním magnetem u zařízení používaných ve stejnosměrných sítích, nebo s jinou cívkou u zařízení na střídavý proud.

Help. Střídavé zařízení nebude fungovat ve stejnosměrné síti, ale zařízení pro měření stejnosměrného napětí, pokud je připojeno přes diodový můstek, může být připojeno ke střídavé síti se ztrátou přesnosti.

Při průchodu proudu vinutím se v něm indukuje elektromagnetické pole, interagující s magnetem nebo jiným vinutím a rám se otáčí. Otáčení cívky se šipkou brání pružina, takže úhel natočení rámu odpovídá proudu procházejícím jí a potenciálu na svorkách.

Pro snížení vibrací ukazatele je instalován elektromagnetický tlumič z hliníkové desky nebo pneumatický tlumič z pístu a válce.

Pro zvýšení přesnosti je šíp vybaven protizávažím eliminujícím vliv gravitace a samotný mechanismus je vyroben z legované oceli pro snížení opotřebení.

Elektronická zařízení

V elektronických zařízeních je citlivým prvkem elektronická deska, která převádí vstupní signál na údaje přístroje. Takové zařízení může přijímat energii z měřeného napětí nebo jiného zdroje – interní baterie nebo externí napájení.

Existují dva typy elektronických voltmetrů:

• Analogový. Obsahují převodník vstupního signálu na úhel natočení šipky, ukazující na stupnici hodnotu měřeného napětí. Nevýhodou analogových obvodů je nutnost přepočítávat hodnoty na stupnici při změně meze měření;
• Digitální. Taková zařízení mají digitální displej a převodník, který zobrazuje vstupní signál v digitální podobě. Při připojení zařízení ke stejnosměrné síti se na displeji zobrazí polarita připojení. Tyto návrhy jsou kompaktní a přesnost takového zařízení závisí na kvalitě vestavěného ovladače.

Připojení voltmetru

Napětí na napájecím zdroji nebo prvku obvodu je měřeno zařízením, které je paralelně připojeno k zařízení.

Schéma zapojení voltmetru

Cívka zařízení má nízký odpor a při přímém připojení k síti bude proud velký. Pro snížení spotřeby proudu a vlivu na elektrickou síť jsou do série se zařízením zapojeny další odpory.

Důležité! Když je voltmetr zapojen do série se zátěží, bude ukazovat napětí napájecího zdroje s chybou způsobenou odporem zátěže. Ampérmetr je zapojen do série.

Konstantní napětí

Metody měření stejnosměrného napětí závisí na jeho velikosti:

• do 1 milivoltu – digitální a analogová zařízení s vestavěným zesilovačem;
• do 1000 voltů používají konvenční zařízení různých systémů;
• Nad 1 kV se měření provádí elektrostatickými přístroji určenými pro provoz v sítích vysokého napětí nebo klasických připojených přes dělič.

Schéma zapojení pro připojení voltmetru s přídavnými odpory

Mezní hodnota měření se zvýší zapojením do série s přídavným odporovým zařízením Rext. Chcete-li zvýšit limit v n krát musí být také zvýšen celkový odpor o n časy a s přihlédnutím k odporu zařízení Rpr, Rext=Rpr*(n-1). Hodnoty na stupnici se také násobí n.

střídavé napětí

Metody a typy zařízení pro měření ve střídavých sítích závisí na napětí a frekvenci sítě:

• do 1 voltu – digitální a analogová zařízení se zesilovači;
• do 1 kV a frekvence do desítek kHz – usměrňovací soustavy, elektromagnetická, elektrodynamická zařízení;
• při frekvencích do desítek megahertzů – termoelektrická a elektrostatická zařízení.

Důležité! Střídavý voltmetr ukazuje aktuální hodnotu napětí. Při sinusovém tvaru je jeho hodnota o √3 (1,7) menší než amplituda.

Rozšíření mezí měření se provádí zapnutím přes oddělovací nebo autotransformátor a také použitím dodatečného odporu. Jeho hodnota se počítá podobně jako při měření ve stejnosměrné síti.

Při použití oddělovacího transformátoru se hodnoty zařízení násobí transformačním poměrem n=U1/U2.

Schéma zapojení voltmetru a ampérmetru přes transformátory

Voltmetr musí být zapojen podle určitých schémat. To se provádí, aby bylo zajištěno, že hodnoty zařízení odpovídají parametrům sítě.

K měření napětí v elektrickém obvodu se používá voltmetr třídy přesnosti 1,0 s měřicím limitem Unom = 300 V. Naměřená hodnota voltmetru je Ui = 100 V. Určete absolutní chyby měření DU a relativní d a skutečnou hodnotu naměřeného napětí.

Protože skutečná (skutečná) hodnota měřené veličiny není známa, používáme pro určení absolutní chyby třídu přesnosti přístroje (redukovaná chyba přístroje se rovná jeho třídě přesnosti, tj. r = 1 %):

Naměřená hodnota napětí Ui = 100 V se proto může lišit od skutečné hodnoty maximálně o 3 %.

Určete absolutní chybu DI a relativní chybu d měření proudu ampérmetrem s jmenovitou mezní hodnotou proudu Iном = 5 A a třídou přesnosti 0,5. Pokud je jeho naměřená hodnota Iи = 2,5 A.

Odpověď: DI = 0,025 A, d = 1 %.

Maximální hodnota proudu naměřená miliampérmetrem I = 4·10⁻³ A, jehož odpor je RA = 3 Ohmů. Určete odpor R₁ bočníku použitého k rozšíření meze měření proudu na I = 5 A.

Odpověď: Rш = 1,33 mOhm.

Elektrická měřicí souprava K-505 je vybavena voltmetrem se stupnicí NВ = 150 dílků a ampérmetrem se stupnicí NА = 100 dílků. Určete hodnotu dílku stupnice zařízení, jejichž hodnoty voltmetru, šipka ukazuje = 100 dílků, a hodnoty ampérmetru, jejichž šipka ukazuje = 50 dílků, pro meze měření proudu a napětí, jejichž jmenovité hodnoty jsou uvedeny v tabulce 54.1.

Tabulka 4.1 Parametry přístroje

Pro elektrický obvod (obrázek 54.1) určete proudy ve větvích a odečet voltmetru PV1, který má vnitřní odpor Rв = 300 Ohm. Odpory rezistorů: R1 = 50 Ohm, R2 = 100 Ohm, R2 = 150 Ohm, R4 = 200 Ohm. Elektromotorické napětí zdrojů energie: E1 = 22 V, E2 = 22 V.

Odpověď: I1 = 0,026 A, I2 = 0,026 A, I3 = 0,052 A, Uв = 15,6 V.

Obrázek 5.1 Schéma elektrického zapojení

Elektrická měřicí souprava K-505 je vybavena wattmetrem určeným pro proudové a napěťové limity uvedené v tabulce 5.2, stupnice wattmetru má N = 150 dílků. Určete hodnotu dílku wattmetru CW pro všechny napěťové a proudové limity odpovídající jeho odečtům. Ručička wattmetru se během měření ve všech případech vychýlila o Nґ = 100 dílků.

Tabulka 5.2 Parametry přístroje

Ampérmetr určený pro maximální stejnosměrný proud Iном = 20 A je zapojen do stejnosměrného elektrického obvodu pro měření proudu. Údaj ampérmetru je I = 10 A, skutečný proud je Iд = 10,2 A. Určete absolutní chyby měření DI, relativní d a redukovanou r.

Odpověď: DI = 0,2 A; d = 2 %; g = 1 %.

Voltmetr s přídavným odporem Rd = 220 Ohmů je připojen k elektrickému obvodu s napětím U = 4000 V, odpor voltmetru RB = 2000 Ohmů. Určete naměřené hodnoty voltmetru.

Odpověď: UB = 73,33 V.

Ampérmetr typu M-61 s měřicím limitem Iном = 5 A je charakterizován úbytkem napětí na svorkách ДУА = 75 × 10⁻³ V = 3 mV. Určete odpor ampérmetru RA a jím spotřebovaný výkon РА.

K voltmetru s vnitřním odporem 8 kOhm je připojen přídavný odpor Rd = 12 kOhm. S tímto přídavným odporem může tento voltmetr měřit napětí až do 500 V. Určete, jaké napětí lze tímto přístrojem měřit bez přídavného odporu.

Na štítku elektroměru je uvedeno „220 V, 5 A, 1 kWh = 500 otáček“. Určete relativní chybu elektroměru, pokud byly při ověřování získány následující hodnoty: U = 220 V, I = 3 A, kotouč provedl 63 otáček za 10 minut. Uveďte schéma zapojení elektroměru.

Na panelu elektroměru je uvedeno „1 kWh = 2500 otáček kotouče.“ Určete spotřebu energie, pokud kotouč elektroměru provede 40 otáček za 20 sekund.

Odpověď: P = 720 W.

Odpor magnetoelektrického ampérmetru bez bočníku je RA = 1 Ohm. Přístroj má 100 dílků, hodnota dílku je 0,001 A/dílek. Určete mez měření přístroje při připojení bočníku s odporem RШ = 52,6·10⁻³ Ohm a hodnotu dílku.

Odpověď: 2 A; 0,02 A/dílek.

Horní mez měření mikroampérmetru je 100 μA, vnitřní odpor je 15 Ohmů. Jaký by měl být odpor bočníku, aby se horní mez měření zvýšila 10krát?

Pro elektromagnetický voltmetr s vychylovacím proudem v plném rozsahu 3 mA a vnitřním odporem 30 kOhm určete horní mez měření a odpor přídavného rezistoru potřebného k rozšíření horní meze měření na 600 V.