Eine direkte Referenz zur Bestimmung der Spannung oder EMF in Stromkreisen. Verbindet parallel Last oder elektrische Energiequelle. Show
Bei niedrigen Frequenzen können Sie auch eine Diodendiode oder vier Dioden im Grazer Anschluss sowie die Glättungsfunktion des Kondensators anzeigen. Der Drosseleffekt ist jedoch angesichts der niedrigen Frequenz unklar. Abb. 3 Messung des gemessenen Stroms. Selbst in diesem Fall demonstrieren wir das Phänomen in der ersten Stufe mit einem Voltmeter, das die Eingangswechselspannung registriert, und einem Milliamperemeter, das den Strom aufzeichnet. In der Grundschule können wir uns nur mit den Ansichten der Schüler über die unterschiedlichen Schwingungen der beiden Sensoren zufrieden geben. Geeignete Frequenzen sind 0, 3 Hz. Mit der niedrigsten erreichbaren Frequenz von 0,1 Hz kann der Stromfluss wie in der obigen Tabelle gezeigt aufgezeichnet und grafisch dargestellt werden. Eine niederfrequente dreiphasige Stromquelle ermöglicht ein weiteres, sehr anschauliches Experiment, bei dem ein rotierendes Magnetfeld in einem dreiphasigen Elektromotor simuliert wird. Legen Sie einfach die entsprechenden Spannungen an das Dreispulenmodell eines Dreiphasen-Elektromotors an und erhöhen Sie das Magnetfeld in dem Bereich, in dem der Rotor entweder mit kleinen Magneten oder Stahlsägen oder mit einem Magneten gelagert wird. Ein ideales Voltmeter sollte einen unendlich großen Innenwiderstand haben. Je höher der Innenwiderstand in einem realen Voltmeter ist, desto weniger Einfluss hat das Gerät auf das Messobjekt und desto höher ist die Genauigkeit und desto breiter ist der Anwendungsbereich. Klassifizierung und FunktionsprinzipKlassifizierung
Analoge elektromechanische Voltmeter
Analoge elektronische UniversalvoltmeterAnaloge elektronische Voltmeter enthalten neben einem magnetoelektrischen Messgerät und einem zusätzlichen Widerstand einen Messverstärker (Gleich- oder Wechselstrom), mit dem Sie niedrigere Messgrenzen (bis zu zehn Millivolt und weniger) festlegen, den Eingangswiderstand des Geräts erheblich erhöhen und eine kleine lineare Skala erhalten können Messgrenzen der Wechselspannung. Die Feldfotografie ist anders und beseitigt Missverständnisse über Feldlinien wie konzentrische Kreise. Abb. 5: Demonstration eines langsam rotierenden Feldes eines dreiphasigen Stroms. Da diese Methode in Grundschulen praktisch nicht geeignet ist, möchten wir eine spezielle Ressource für diese Demonstration entwickeln und sie einem der Produzenten von Bildungsunterstützung anbieten. Wir glauben, dass Physiklehrer der Grundschule, die nicht nur mit Kreide und Tafel zufrieden sein werden, glücklich sein werden. Wenn die Spannung im Stromkreis nicht bekannt ist, stellen Sie den Bereich auf den höchsten Spannungswert ein und stellen Sie den Drehknopf auf ṽ. Die meisten Multimeter werden im Autokorrekturmodus eingeschaltet. Dadurch wird der Messbereich automatisch entsprechend der vorhandenen Spannung ausgewählt. Wenn Sie fertig sind, entfernen Sie die Drähte in umgekehrter Reihenfolge: zuerst rot, dann schwarz. Schließen Sie die Messleitungen an den Stromkreis an: erstes schwarzes Kabel, rotes zweites. Digitale elektronische UniversalvoltmeterDas Funktionsprinzip von Voltmetern mit diskreter Wirkung besteht darin, die gemessene konstante oder sich langsam ändernde Spannung unter Verwendung eines Analog-Digital-Wandlers, der in digitaler Form auf der Platine angezeigt wird, in einen elektrischen Code umzuwandeln. Hinweis: Wechselspannung hat keine Polarität. Achtung: Lassen Sie Ihre Finger nicht die Bleispitzen berühren. Lassen Sie die Spitzen nicht miteinander in Kontakt kommen. Lesen Sie die Messung auf dem Display ab. Wenn Sie fertig sind, entfernen Sie zuerst den roten Draht, den schwarzen - den zweiten. Weitere nützliche Funktionen zur Messung der WechselspannungSie kann nach Abschluss der Messung angezeigt werden. Klicken Sie auf die entsprechende Schaltfläche, um das Multimeter auf einen bestimmten Referenzwert einzustellen. Die Messungen werden über und unter dem Referenzwert angezeigt. Vermeiden Sie diesen häufigen und schwerwiegenden Fehler: Stecken Sie die Messleitungen in die falschen Eingangsbuchsen. Dies kann zu einem gefährlichen Lichtbogenblitz führen. Wechselstrom-DiodenkompensationsvoltmeterDas Funktionsprinzip von Diodenkompensationsvoltmetern besteht darin, unter Verwendung einer Vakuumdiode den Spitzenwert der gemessenen Spannung mit einer Referenzgleichspannung von einer internen geregelten Quelle des Voltmeters zu vergleichen. Der Vorteil dieser Methode liegt im sehr weiten Betriebsfrequenzbereich (von Hertz-Einheiten bis zu Hunderten von Megahertz), bei sehr guter Messgenauigkeit ist der Nachteil die hohe Kritikalität der Abweichung der Wellenform von der Sinuskurve.
Gegenwärtig wurden neue Arten von Voltmetern entwickelt, wie B7-83 (20-mm-Sonde) und VK3-78 (12-mm-Sonde) mit ähnlichen Eigenschaften wie bei der Diodenkompensation. Letzteres kann bald zur Verwendung als Arbeitsstandard zugelassen werden. Unter den Fremdanaloga sind Voltmeter der URV-Serie von Rohde & Schwarz mit Sonden mit einem Durchmesser von 9 mm zu unterscheiden. Impulsvoltmeter1. Pulsspannungsmesser dienen zum Messen der Amplituden periodisch gepulster Signale mit einem großen Arbeitszyklus und der Amplituden einzelner Impulse. Phasenempfindliche VoltmeterPhasenempfindliche Voltmeter (Vektormesser) werden verwendet, um die Quadraturkomponenten der komplexen Spannungen der ersten Harmonischen zu messen. Sie sind mit zwei Indikatoren zum Zählen der realen und imaginären Komponenten der komplexen Spannung ausgestattet. Ein phasensensitives Voltmeter ermöglicht es somit, die komplexe Spannung sowie ihre Komponenten zu bestimmen, wobei die Anfangsphase einer bestimmten Referenzspannung als Null angenommen wird. Phasenempfindliche Voltmeter sind sehr praktisch, um die Amplituden-Phasen-Eigenschaften von Geräten mit vier Anschlüssen, beispielsweise Verstärkern, zu untersuchen. Selektive VoltmeterEin selektives Voltmeter kann die einzelnen harmonischen Komponenten einer komplexen Wellenform isolieren und den Effektivwert ihrer Spannung bestimmen. Je nach Gerät und Funktionsprinzip ähnelt dieses Voltmeter einem Überlagerungsfunkempfänger ohne AGC-System, dessen Niederfrequenzschaltungen ein elektronisches Gleichstromvoltmeter verwenden. Das selektive Voltmeter kann als Messempfänger mit Messantennen verwendet werden.
Namen und BezeichnungenArtennamen
Bezeichnungen
Um die Bedeutung dieser Frage zu verstehen, betrachten wir sorgfältig den Graphen der sinusförmigen Spannung in Abb. 4.2. Zu jedem Zeitpunkt ist der Spannungswert darin unterschiedlich - dementsprechend ist die Größe des Stroms durch den Lastwiderstand, an den wir diese Spannung anlegen, unterschiedlich. Zu den durch 772 und T angegebenen Zeitpunkten (dh Vielfachen der halben Periode unserer Schwingung) ist die Spannung an der Last im Allgemeinen Null (der Strom fließt nicht durch den Widerstand) und ändert sich in den Intervallen zwischen ihnen bis zu einem bestimmten Maximalwert, der dem Amplitudenwert A entspricht. Auf die gleiche Weise ändert sich der Strom durch die Last und folglich die zugewiesene Leistung (die nicht von der Richtung des Stroms abhängt - Physiker werden sagen, dass Leistung eine skalare Größe ist, keine Vektorgröße). Der Prozess der Wärmeerzeugung ist jedoch äußerst träge - selbst ein so kleines Objekt wie das Haar einer Glühbirne in 1/100 Sekunde, das zwischen Spannungsspitzen in einem industriellen Netzwerk mit einer Frequenz von 50 Hz verläuft, hat keine Zeit, sich merklich abzukühlen. Daher sind wir am häufigsten an der durchschnittlichen Leistung über einen langen Zeitraum interessiert. Womit wird es gleich sein? Um diese Frage genau zu beantworten, müssen wir die Integrale nehmen: Die durchschnittliche Leistung über einen Zeitraum ist das Zeitintegral des Quadrats der Spannungsfunktion. Hier geben wir nur das Ergebnis an: Die durchschnittliche Leistung im Wechselstromkreis wird durch die sogenannte bestimmt. Der tatsächliche Spannungswert (U, der für eine sinusförmige Schwingung mit seinem Amplitudenwert (f / a) durch die folgende Formel verknüpft ist: Die exakt gleiche Formel gilt für Strom. Wenn sie "Wechselspannung 220 V" sagen, bedeutet dies immer den tatsächlichen Wert. Darüber hinaus beträgt der Amplitudenwert ungefähr 311 V, was leicht zu berechnen ist, wenn Sie 220 mit der Wurzel von zwei multiplizieren. Dieser Wert sollte bei der Auswahl von Komponenten für den Betrieb in Wechselstromnetzen immer berücksichtigt werden. Wenn Sie eine Diode mit einer Nennspannung von 250 V verwenden, kann dies leicht möglich sein geh raus Fehler bei der Arbeit in einem herkömmlichen Netzwerk, in dem der Momentanwert 300 V überschreitet, obwohl der effektive Wert 220 V beträgt. Bei Komponenten, die den Erwärmungseffekt nutzen (Lampen, Widerstände usw.), müssen Sie jedoch die zulässige Leistung berechnen es ist der tatsächliche Wert. Es ist falsch, den Effektivwert als „Durchschnitt“ zu bezeichnen, und es ist richtig, ihn als quadratischen Mittelwert zu bezeichnen (gemäß der Berechnungsmethode durch das Quadrat der Funktion der Zeit). Aber es gibt Konzepte von durchschnittlicher Bedeutung, nicht nur eines, sondern sogar zwei. Nur "Durchschnitt" (streng im Sinne des Namens) ist die Summe aller Momentanwerte für den Zeitraum. Da der untere Teil der Sinuskurve (unter der Abszissenachse) in Bezug auf die obere streng symmetrisch ist, kann man nicht einmal Integrale nehmen, um herauszufinden, dass der Durchschnittswert der in Fig. 1 gezeigten Sinusspannung. 4.2, genau gleich Null - der positive Teil kompensiert den negativen. Ein solcher Wert ist jedoch nicht aussagekräftig, weshalb der durchschnittliche gleichgerichtete Wert (durchschnittliche Amplitude) häufiger verwendet wird, bei dem die Vorzeichen nicht berücksichtigt werden (dh der Absolutwert der Spannung wird in das Integral eingesetzt). Dieser Wert (U ist dem Amplitudenwert zugeordnet (U entspricht nach der Formel ungefähr 1,57-f / c-) Abb. 4.5. Diagramme einiger nicht sinusförmiger Schwingungen Bei konstanter Spannung und konstantem Strom fallen die effektiven, durchschnittlichen und durchschnittlichen Amplitudenwerte zusammen und sind einfach gleich dem Spannungs- (Strom-) Wert. In der Praxis finden sich jedoch häufig variable Schwingungen, deren Form sich sowohl von einem konstanten als auch von einem streng sinusförmigen Wert unterscheidet. Die Oszillogramme einiger von ihnen sind in Abb. 1 dargestellt. 4.5. Für solche Signale sind die obigen Verhältnisse für die effektiven und Durchschnittswerte ungültig! Der einfachste Fall ist in Abb. 2 dargestellt. 4.5, c-Schwingung ist eine Sinuskurve, die jedoch um die Größe der Amplitude nach oben verschoben ist. Ein solches Signal kann als die Summe einer konstanten Spannung der Größe A (konstante Komponente) und einer alternierenden Sinusspannung (variable Komponente) dargestellt werden. Dementsprechend ist sein Durchschnittswert gleich A und das wirkende A -\u003e aHi. Für eine rechteckige Schwingung (Abb. 4.5, b) mit gleich langer Dauer positiver und negativer Halbwellen (Symbol metrischer Mäander) Die Beziehungen sind sehr einfach: der effektive Wert \u003d durchschnittliche Amplitude \u003d Amplitude, wie für Gleichstrom, aber der durchschnittliche Wert ist gleich Null, wie für Sinus. In dem in der Praxis häufig anzutreffenden Fall, in dem das Minimum der rechteckigen Spannung mit Null zusammenfällt, dh die Spannung von Null bis zur Versorgungsspannung variiert (in Abb. 4.5 nicht dargestellt), kann ein solcher Mäander ähnlich wie in Abb. 4,5, in, als Summe aus konstanter Spannung und Rechteck. Für den obersten Fall (Abb. 4.5, a), bei dem es sich um eine sinusförmige Spannung handelt, die durch einen Halbwellengleichrichter geleitet wird (siehe Kapitel P), sind die Werte für die effektive Amplitude und die durchschnittliche Amplitude gleich den entsprechenden Werten für die sinusförmige Spannung, aber der Durchschnitt ist nicht Null, sondern fällt zusammen mit mittlerer Amplitude. Für den kleinsten Fall (Abb. 4.5, d) ist es im Allgemeinen schwierig, alle diese Größen anzugeben, da sie von der Wellenform abhängen. Aber selbst wenn Sie dies alles gelernt haben, können Sie die Werte von Spannungen und Strömen einer nicht sinusförmigen Form nicht mit einem Multimeter messen! Vergessen Sie dies nicht und die Tatsache, dass es für jedes Multimeter Grenzwerte für die Frequenz von Schwingungen gibt. Wenn Sie das Multimeter in einen Schaltkreis mit anderen Parametern einbeziehen, kann es nach einem allgemeinen Ausdruck alles anzeigen, was Sie möchten - "Wetter auf dem Mars". Messgeräte für Wechselspannung werden in den Werten der effektiven Spannung kalibriert, aber sie messen normalerweise die durchschnittliche Amplitude (zumindest die meisten - wir werden uns jetzt nicht mit den Details befassen), und es ist alles andere als einfach, herauszufinden, wie die Messwerte neu berechnet werden können. Und für komplexe Signale wie in Abb. 4,5, g, dies führt zu einem echten Rätsel auf der Ebene der Aufgaben für Mechmath-Schüler. Das Oszilloskop kann auch bei der Kenntnis der zuvor angegebenen Verhältnisse für Signale der häufigsten Form hilfreich sein. Bei komplexeren Signalen müssen wir jedoch nicht die effektiven und Durchschnittswerte berechnen. Randnotizen Das einzige Gerät, das den Wert der Betriebsspannung in irgendeiner Form korrekt anzeigt, ist ein analoges Voltmeter des elektromagnetischen Systems (sie sind auf einer ungleichmäßigen Skala leicht zu erkennen, deren Unterteilungen am Ende immer weiter voneinander entfernt sind). Um die nicht sinusförmige Spannung mit einem digitalen Instrument zu messen, kann ein Integrationsfilter (Tiefpassfilter) zwischen den Messwert und das Voltmeter eingefügt werden, wie in Kapitel 5 beschrieben. Für rechteckige Spannungen, die ein Mäander sind, ähnlich wie in Abb. 4.5, b gibt es ein weiteres wichtiges Merkmal. Schließlich verbietet niemand, sich eine rechteckige Spannung vorzustellen, bei der die Vertiefungen kürzer oder länger als die Bursts sind. In der Elektronik bedeutet der Mäander ohne weitere Erklärung die symmetrische Form einer rechteckigen Spannung, bei der die Täler in der Dauer genau den Bursts entsprechen, dies ist jedoch im Allgemeinen nicht erforderlich. In Abb. 4.6 Zwei Beispiele für solche Spannungen sind im Vergleich zu einem symmetrischen Mäander angegeben. Das Merkmal der Beziehung zwischen den Dauern der Teile der Periode wird als Arbeitszyklus bezeichnet und ist definiert als das Verhältnis der Dauer der gesamten Periode zur Dauer des positiven Teils (dh nicht umgekehrt, dh der Arbeitszyklus ist immer größer als I). Für den Mäander beträgt das Tastverhältnis 2, für enge kurze Impulse mehr als 2, für breite weniger. Was zeigt das Voltmeter an?Ein Spannungsmessgerät (auch als Spannungsmesser oder umgangssprachlich als Voltmeter bezeichnet) dient zur Messung elektrischer Spannungen. Bei der Messung wird die Messgröße in eine Anzeige ihres Vielfachen der Einheit Volt umgeformt.
Wie misst ein Voltmeter die Spannung?Um die Spannung zu messen, wird ein Voltmeter verwendet. Dabei kann es sich zum Beispiel um ein Multimeter handeln. Es wird an den Stromkreis parallel zum Verbraucher angeschlossen. Das Multimeter misst dann die benötigte Spannung, um Strom durch den Stromkreis zu bewegen und gibt den Wert aus.
Wird die Spannung in Volt gemessen?Gemessen wird die Spannung in Volt. An einer normalen Steckdose liegt die Spannung in Europa meist bei 230 Volt, im Ortsnetz bei 400 Volt, im Mittelspannungsnetz zwischen zehn und 36 Kilovolt und im Hochspannungsnetz bei 220 bis 300 Kilovolt.
Wie misst ein Voltmeter?Fließt Strom durch die Spule, so werden die beiden Eisenblättchen gleichsinnig magnetisiert und stoßen einander ab. Die Abstoßung und damit der Ausschlag des Zeigers ist umso größer, je größer die Spannung und damit die Stromstärke durch die Spule ist. Genutzt wird also die magnetische Wirkung des elektrischen Stromes.
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Welche Spannung zeigt das Voltmeter an?
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