Voltmetr používaný ve školních experimentech je znázorněn na obrázku. 65a.
Mnoho voltmetrů se svým vzhledem velmi podobá ampérmetrům. Pro odlišení voltmetru od jiných elektrických měřicích přístrojů se na jeho stupnici umisťuje písmeno V. Na schématech je voltmetr znázorněn jako kruh s písmenem V uvnitř. (obr. 65b).
Stejně jako u ampérmetru má jeden vývod voltmetru znaménko „+“. Tento vývod musí být připojen k vodiči vycházejícímu z kladného pólu zdroje proudu. Jinak se ručička přístroje vychýlí opačným směrem.
Voltmetr se zapojuje jinak než ampérmetr. Na obrázku 66a Je znázorněn elektrický obvod, který obsahuje elektrickou lampu, ampérmetr a voltmetr. Obrázek 66b Je znázorněno schéma takového obvodu. Ampérmetr V tomto obvodu se měří proud v lampě, za tímto účelem je s ní zapojena sériově. Voltmetr by měl ukazovat napětí na svorkách lampy.
Voltmetr
Proto není v obvodu zapojen sériově s lampou, ale jak je znázorněno na obrázek 66a a na diagramu (viz obr. 66b). Svorky voltmetru se připojují k těm bodům v obvodu, mezi kterými je třeba měřit napětí. Tento typ zapnutí zařízení se nazývá paralelníParalelní zapojení vodičů bude uvažováno v § 49Poznamenejme si jen, že proud procházející voltmetrem je malý ve srovnání s proudem v obvodu, takže sotva mění napětí mezi body, ke kterým je připojen.
Pro měření napětí na pólech zdroje proudu se voltmetr připojuje přímo ke svorkám zdroje proudu, jak je znázorněno na obrázku. obrázek 67.
Zapojení voltmetru a ampérmetru k obvodu
Připojení voltmetru ke zdroji proudu
§ 41
Jak se nazývá zařízení pro měření napětí?
- Voltmetr
- Ampérmetr
- Galvanometr
Jak zapnete voltmetr pro měření napětí na úseku obvodu?
Jak použít voltmetr k měření napětí na pólech zdroje proudu?
Jaký by měl být proud protékající voltmetrem v porovnání s proudem v obvodu?
- Proud procházející voltmetrem musí být roven proudu v obvodu.
- Proud procházející voltmetrem musí být malý ve srovnání s proudem v obvodu.
- Proud procházející voltmetrem musí být větší než proud v obvodu.
Nakreslete schéma obvodu složeného z baterie, žárovky, spínače, ampérmetru a voltmetru pro případ, kdy voltmetr měří napětí na pólech zdroje proudu.
jít do laboratoře
Prvním vědcem, který navrhl a vytvořil dostatečně výkonnou stejnosměrnou elektrickou baterii, byl slavný italský fyzik Alessandro Volta. Tato baterie se nazývala „voltinova sloupce“ a skládala se z několika tisíc zinkových a měděných kruhů, které byly odděleny látkovými distančními vložkami namočenými v kyselině chlorovodíkové. Používal baterie s větším či menším počtem prvků. Malé baterie dávaly slabou jiskru, velké baterie silnou a jasnou.
Vědec se přiblížil kvantitativnímu pojmu napětí, proto byla po něm pojmenována jednotka potenciálového rozdílu: „Volt“. V mezinárodní soustavě jednotek SI se volt označuje písmenem „V“, proto se střídavé napětí označuje: VAC a stejnosměrné napětí: VDC. V naší zemi se jednotka napětí označuje písmenem „V“ – volt. Například 220 V, 380 V a nejčastěji používané derivace: 10³ kilovoltů (kV), 3⁶ megavoltů, 10⁻³ milivoltů (mV), 6⁶ mikrovoltů (μV). Jiné větší či menší derivace se používají pouze v laboratorních podmínkách. Více o derivacích se dozvíte na stránce o zkráceném zápisu číselných veličin.
K měření napětí nebo rozdílu potenciálů se používá zařízení zvané voltmetr. Obrázek ukazuje panelový voltmetr s ručičkou, který lze namontovat na ovládací panel libovolného zařízení. Používá se pouze k měření specifické hodnoty napětí na jednom z uzlů tohoto zařízení. Voltmetr zobrazený na fotografii se používá k měření stejnosměrného napětí do 15 voltů. Podívejte se na jeho stupnici. Je omezen na 15 voltů.
Na schématech zapojení může symbolické znázornění voltmetru vypadat takto.
Obrázek ukazuje, že konvenční zobrazení voltmetru na diagramu se může lišit. Pokud je v kruhu uvedeno písmeno „V“, znamená to, že tento voltmetr je určen k měření hodnot napětí v řádech jednotek až stovek voltů. Obrázky s označením „mV“ a „μV“ jsou uvedeny v případech, kdy je voltmetr určen k měření zlomků voltu – milivoltů (1mV = 0,001V) a mikrovoltů (1μV = 0,000001 V).
Někdy je vedle obrázku voltmetru uvedena i maximální hodnota napětí, kterou voltmetr dokáže měřit. Například takto – 100 mV. Tato hodnota je obvykle uvedena u vestavěných voltmetrů s ručičkou. Toto napětí byste neměli překročit, jinak byste mohli zařízení poškodit.
Kromě toho mohou být vedle svorek voltmetru umístěny značky polarity jeho připojení k obvodu „+“ a „-“. To platí pro voltmetry, které se používají k měření stejnosměrného napětí.
Je třeba poznamenat, že panelové voltmetry jsou zvláštním případem použití těchto zařízení. V laboratořích, rádiových továrnách, konstrukčních kancelářích a amatérské radiopraxi se voltmetry nejčastěji používají jako součást multimetrů, které se dříve nazývaly avometry, tj. ampérvolt-ohmmetry.
V dnešní době, s rozvojem digitální elektroniky, se ukazovací přístroje stávají minulostí a jsou nahrazovány digitálními multimetry s pohodlnou digitální stupnicí, automatickým přepínáním měřicího limitu, nízkou chybou a vysokou třídou přesnosti.
V radioamatérské praxi nahradily kompaktní a pohodlné digitální přístroje „cešky“ a „avošky“. Práce s nimi není obtížná, ale je třeba dodržovat určitá bezpečnostní opatření.
Jak měřit napětí multimetrem?
Je třeba si pevně uvědomit, že voltmetr, na rozdíl od ampérmetru, je připojen paralelně k zátěži.
Například potřebujete změřit napětí na rezistoru, který je součástí elektronického obvodu. V tomto případě přepněte multimetr do režimu měření napětí (stejnosměrného nebo střídavého – v závislosti na tom, jaký proud protéká obvodem), nastavte nejvyšší limit měření. Jak získáte zkušenosti, naučíte se nastavovat limit měření vědoměji, někdy toto pravidlo zanedbáte. Dále připojte sondy multimetru paralelně k rezistoru. Zde je návod, jak to lze znázornit pomocí diagramu.
Takto plynule přejdeme k definici tzv. bočníku. Jak je vidět z diagramu, voltmetr, který měří napětí na rezistoru R1, vytváří paralelní cestu pro proud, který protéká elektrickým obvodem. V tomto případě část proudu (Ibočník) se odbočuje a protéká měřicím zařízením – voltmetrem PV1. Poté se opět vrací do obvodu.
V tomto případě voltmetr PV1 přepíná odpor R1 – vytváří tak obtokovou cestu pro proud. Pro elektrický obvod je voltmetr přepínáním – obtokovou cestou pro proud. Podle Ohmova zákona závisí napětí v části obvodu na proudu protékajícím tímto obvodem. Část proudu v obvodu jsme však odbočili a tuto část jsme provedl voltmetrem. Protože odpor odporníku je konstantní a proud protékající odporem se zmenšil (IR1), pak se napětí na něm změnilo. Ukazuje se, že voltmetrem měříme napětí na rezistoru, které vzniklo po připojení měřicího zařízení k obvodu. Kvůli tomu vzniká chyba měření.
Jak můžeme snížit vliv měřicího zařízení na elektrický obvod při měření? Je nutné zvýšit tzv. „vstupní odpor“ měřicího zařízení – voltmetru. Čím je vyšší, tím menší část proudu je měřicím zařízením posouvána a tím přesnější data získáváme při měření.
Moderní digitální multimetry mají poměrně vysoký vstupní odpor a při měření prakticky neovlivňují funkci obvodu. Zároveň je přesnost měření přirozeně poměrně vysoká.
Dříve byly všechny přístroje ukazovacího typu a aby se zabránilo poškození přístroje vysokým napětím, používaly se odporové bočníky, které snižovaly měřené napětí na bezpečnou hodnotu. Tyto bočníky však zaváděly tzv. „parazitní odpor“, který ovlivňoval přesnost měření.
Proto se v laboratorních podmínkách používaly speciální trubicové voltmetry, které měly vysoký vstupní odpor a některé z nich měly třídu přesnosti zlomku procenta.
Pojďme se cvičit.
V první řadě nezapomeňte, že existuje střídavé (anglická zkratka – VAC) a stejnosměrné napětí (VDC). Profesionální přístroje samy určí, s jakým napětím pracujete, a samy přepnou do požadovaného režimu a požadovaného podrozsahu měření. Při práci s malými přístroji je nutné veškeré přepínání provádět ručně.
Obrázek ukazuje část ovládacího panelu oblíbeného a levného testeru DT-830B.
Je jasně vidět, že rozsahy měření střídavého napětí jsou omezeny na hodnoty: 750 voltů (750 V~) a 200 voltů (200 V~). Je zřejmé, že s tímto zařízením byste se neměli ani přibližovat k průmyslovým elektrickým sítím. Rozsah stejnosměrného a pulzního napětí je poněkud větší: od 200 milivoltů (200 mV) do tisíce voltů (1000).
Jak již bylo zmíněno, pro měření napětí na úseku obvodu je třeba přepínačem rozsahu měření zvolit největší mez měření a paralelně zapojit sondy multimetru k úseku obvodu, na kterém se měření provádí.
Pokud je měřicí limit vhodný, displej zobrazí naměřené hodnoty. Pokud se tak nestane, odpojte voltmetr od obvodu a snižte měřicí limit o jeden krok. Měření opakujte. A tak dále, dokud nezískáte požadované hodnoty.
Upozorňujeme, že vodiče měřicích sond se časem opotřebovávají. Tím se přeruší elektrický kontakt. Před jakýmkoli měřením zkontrolujte neporušenost sond!
Často je také nutné měřit napětí na výstupu napájecího zdroje nebo chemického zdroje proudu (baterie nebo akumulátor).
Na přístrojové desce vybereme sekci, která je zodpovědná za měření stejnosměrného napětí. Limit nastavíme mírně výše, než je napětí, které chceme měřit. Poté připojíme sondy přístroje podle polarity a měníme měřicí limit směrem dolů, dokud se na displeji neobjeví data.
Fotografie ukazuje měření napětí kompozitní baterie ze tří 1,5V baterií pomocí multimetru Victor VC9805A+. Pro měření byl zvolen limit 20V.
Napětí na uzavřené olověné baterii se měří podobným způsobem.
Je třeba si uvědomit, že tímto způsobem měříme tzv. EMF. EMF neboli elektromotorická síla je napětí na svorkách baterie bez připojené zátěže. Pokud k baterii připojíte jakékoli zařízení, napětí bude o něco nižší.
Nikdy se nedotýkejte rukama holých sond! Malé napětí z 1,5voltové baterie vás samozřejmě nezabije, ale při měření napětí nad 24 voltů může dojít k vážným následkům v důsledku úrazu elektrickým proudem.
Abyste měli volné ruce, použijte krokosvorky, ale připojte je, když je zařízení odpojené od sítě. Často je nutné měřit napětí na pracovní desce v různých bodech.
Pokud pracujete s nízkonapěťovým zařízením, dbejte na to, abyste sondami nezkratovali jednotlivé vodiče. K měření napětí v zařízení se obvykle používá následující metoda.
- Co nejbezpečněji připojte „zemnící“ sondu zařízení a „zem“ desky. Vždy je pohodlnější pracovat s jednou sondou. Pro ty, kteří to nevědí, „zemnící“ nebo „společná“ sonda zařízení je sonda, která je připojena ke konektoru „COM“. Obvykle je černá. Zkratka „COM“ je odvozena z anglického slova „common“.
- Na pracovní sondu zařízení nasaďte kousek PVC trubice a ponechte pouze malý ostrý hrot. Není to nutné, ale je to vhodné. Pokud se sonda náhodou dotkne sousedních vodičů, PVC trubice izoluje kontakty a ochrání je před zkratem.
Měření střídavého napětí se provádí podobným způsobem. Střídavé napětí elektrické sítě si můžete otestovat ve vlastním bytě.
Obrázek ukazuje, že maximální limit je nastaven na 750 voltů (střídavé napětí – V~). Po nastavení tohoto limitu se na indikátoru objeví dvě písmena: HV – vysoké napětí (zkratka pro angličtinu – High Voltage). Protože se jedná o střídavé napětí, na polaritě nezáleží. V tomto případě je napětí v síti 217 voltů.
Jak již bylo zmíněno, při práci s vysokým napětím je nutné dodržovat pravidla elektrické bezpečnosti.
