Электроника:Эксперименты/Основные концепции и испытательное оборудование/Использование вольтметра

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 656.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Использование вольтметра[1]

Оборудование и материалы

  • Мультиметр (цифровой или аналоговый)
  • Батареи различных номиналов
  • Светодиод, 1 шт. (номер в каталоге Radio Shack 276-026 или аналог)
  • Небольшой двигатель с постоянными магнитами (номер в каталоге Radio Shack 273-223 или аналог)
  • Две перемычки с зажимами типа «крокодил» на концах (номера в каталоге Radio Shack 278-1156, 278-1157 или аналоги)

Мультиметр – это электрический прибор, способный измерять напряжение, силу тока и сопротивление.

Цифровые мультиметры имеют цифровые дисплеи (как в цифровых часах, например), для отображения величины напряжения, тока или сопротивления.

Аналоговые мультиметры показывают эти величины с помощью стрелки, движущейся вдоль шкалы.

Аналоговые мультиметры, как правило, дешевле цифровых и более полезны в качестве инструментов обучения для начинающих изучать электричество.

Я настоятельно рекомендую приобрести именно аналоговый мультиметр, а уж потом купить и цифровой, дабы в конечном итоге иметь оба в своём наборе инструментов для экспериментов по электричеству.

Ссылки по теме

Цели эксперимента

  • Измерение напряжения
  • Характеристики напряжения
  • Выбор правильного диапазона измерений

Иллюстрации

Рис. 1. Цифровой и аналоговый мультиметры.
Рис. 1. Цифровой и аналоговый мультиметры.
Рис. 2. Батареи (аккумуляторы); светодиод; компактный двигатель с постоянными магнитами.
Рис. 2. Батареи (аккумуляторы); светодиод; компактный двигатель с постоянными магнитами.

Ход эксперимента

Во всех экспериментах, описанных в этой книге, вы будете использовать разнообразное испытательное оборудование для измерения аспектов электричества, которые вы не можете воспринимать своими органами чувств.

Электричество – по крайней мере, в небольших безопасных количествах – не ощущается нашим человеческим телом.

Вашим самым фундаментальным «глазом» в мире электричества и электроники будет устройство, называемое мультиметром.

Мультиметры показывают наличие электрического тока и определяют меру электрических свойств, таких как напряжение, ток и сопротивление.

В этом опыте вы познакомитесь с измерением напряжения.

Напряжение – это мера электрического «толкателя», готового заставить заряды двигаться по проводнику.

С научной точки зрения, это удельная энергия на единицу заряда, математически определяемая как джоули, делённые на кулоны.

Это аналогично давлению в жидкостной системе, где можно выделить силу, перемещающую жидкость по трубам. В электричестве аналогичная электродвижущая сила измеряется в вольтах (В).

При покупке нового мультиметра к нему должна прилагаться инструкция.

Прочтите её хорошенько! Если мультиметр цифровой, для его работы потребуется небольшая батарейка.

Если аналоговый, для измерения напряжения батарейка не нужна.

Некоторые цифровые мультиметры имеют автоматический выбор диапазона. Измеритель с автоматическим выбором диапазона имеет только несколько положений селекторного переключателя (в виде «циферблата»).

Измерители, где диапазон выбирается вручную, имеют несколько различных положений селектора для каждой основной величины: несколько для напряжения, несколько для силы тока и несколько для сопротивления.

Автоматический выбор диапазона обычно используется только в более дорогих цифровых счётчиках. Можно провести аналогию с автомобилями: в одних используется автоматическая коробка передач, в других – ручная.

Измеритель с автоматическим выбором диапазона «переключает передачи» автоматически, находя наилучший диапазон измерения для отображения конкретной измеряемой величины.

Установите селекторный переключатель мультиметра в максимально доступное положение «DC volt» (т.е. для напряжения постоянного тока).

Мультиметры с автоматическим выбором диапазона могут иметь только одно положение для напряжения постоянного тока, и в этом случае вам необходимо установить переключатель в это положение.

Прикоснитесь красным щупом к положительной (+) стороне батареи, а чёрным щупом — к отрицательной (-) стороне той же батареи.

Измеритель теперь должен показать вам какую-то индикацию.

Поменяйте местами соединения измерительного щупа с батареей, если показания отрицательные (на аналоговом измерителе отрицательное значение отображается стрелкой, отклоняющейся влево, а не вправо).

Если ваш измеритель относится к типу с «ручным» диапазоном, а селекторный переключатель установлен в положение высокого диапазона, индикация будет небольшой.

Переместите селекторный переключатель на следующее более низкое значение диапазона напряжения постоянного тока и снова подключите аккумулятор.

Индикация теперь должна быть сильнее, о чем свидетельствует большее отклонение стрелки аналогового измерителя (стрелка) или более высокие цифры на дисплее цифрового измерителя.

Для достижения наилучших результатов переместите селекторный переключатель в положение наименьшего диапазона, которое не выходит за пределы диапазона измерителя.

Аналоговый измеритель с завышенным диапазоном называется «связанным», поскольку стрелка будет вынуждена до упора сместиться к правой стороне шкалы, выйдя за пределы шкалы полного диапазона.

Цифровой измеритель с завышенным диапазоном иногда отображает буквы «OL» или серию пунктирных линий. Что именно будет показано – зависит от производителя.

В ходе эксперимента задайтесь вопросами:

  • Что произойдёт, если вы прикоснётесь только одним измерительным щупом к одному из концов батареи?
  • Как счётчик должен быть подключён к батарее, чтобы обеспечить показание?
  • Что это говорит нам об использовании вольтметра и природе напряжения?
  • Существует ли такое понятие, как напряжение «в одной точке»?

Обязательно измерьте более чем одного номинала батареи и узнайте, как выбрать лучший диапазон напряжения на мультиметре, чтобы получить максимальную индикацию без превышения диапазона.

Теперь переключите мультиметр на самый низкий доступный диапазон постоянного напряжения и прикоснитесь измерительными щупами мультиметра к клеммам (выводам) светодиода (LED).

Светодиод предназначен для получения света при питании от небольшого количества электричества, но светодиоды также генерируют постоянное напряжение при воздействии света, являясь неким солнечным элементом.

Направьте светодиод на яркий источник света с подключённым к нему мультиметром и обратите внимание на показания измерителя:

Рис. 3. При воздействии света на светодиод, счётчик фиксирует скачок напряжения.
Рис. 3. При воздействии света на светодиод, счётчик фиксирует скачок напряжения.

Батареи вырабатывают электрическое напряжение в результате химических реакций. Когда батарея «умирает», это значит, что она исчерпала свой первоначальный запас химического «топлива».

Однако светодиод не использует внутреннее «топливо» для генерации напряжения; скорее, он преобразует энергию света в электрическую энергию.

Пока есть свет для освещения светодиода, он будет производить напряжение.

Другим источником напряжения путём преобразования энергии является генератор.

Небольшой электродвигатель, указанный в списке «Оборудование и материалы», работает как электрический генератор, если его вал вращается под действием механической силы.

Подключите вольтметр (ваш мультиметр, настроенный на функцию «вольтметр») к клеммам двигателя так же, как вы подключили его к клеммам светодиода, и вращайте вал пальцами.

Измеритель должен показывать напряжение в виде отклонения стрелки (если это аналоговый прибор) или чисел на экране (если прибор цифровой).

Если вам неудобно удерживать оба измерительных щупа вместе с клеммами двигателя, одновременно вращая вал пальцами, вы можете использовать «перемычки» типа «крокодил»:

Рис. 4. Пока вручную вращается вал двигателя, на его клеммах зажимы-«крокодилы» удерживают измерительные щупы вольтметра.
Рис. 4. Пока вручную вращается вал двигателя, на его клеммах зажимы-«крокодилы» удерживают измерительные щупы вольтметра.

Чтобы определить зависимость между напряжением и частотой вращения вала генератора, измените направление вращения генератора и обратите внимание на изменение показаний счётчика.

Когда вы меняете направление вращения вала, вы меняете полярность напряжения, создаваемого генератором.

Вольтметр указывает полярность направлением стрелки (если он аналоговый) или знаком цифровой индикации (если цифровой).

Когда красный щуп положительный «+», а чёрный щуп отрицательный «-», прибор регистрирует напряжение в нормальном направлении.

Если приложенное напряжение имеет обратную полярность (отрицательное на красном и положительное на черном), индикатор покажет «наоборот».

См.также

Внешние ссылки