В Бессонов - Радиоэлектроника для начинающих (и не только)

Если в формуле (2.15) сила тока выражена в амперах, а напряжение в вольтах, то мощность получается в джоулях в секунду (Дж/с), т. е. в ваттах (Вт).

Другие формулы для вычисления мощности: Р= U 2/ R= I 2∙ R.

2.7.1.Миллиавометр

Этот прибор будет в вашей квартире, в вашем доме, выражаясь образно, «настольной книгой». Уже из названия прибора ясно, что он позволяет измерять силу тока, напряжение и сопротивление резисторов и цепей. Слово «авометр» расшифровывается как «ампер- вольтомметр», а слово «милли» относится к слову «ампер» и указывает, что прибор позволяет измерять силу тока в миллиамперах. Более общее название такого прибора — мультиметр.

Изготовив своими руками такой прибор, вы будете лучше понимать физическую сущность процесса измерения, можете находить и устранять хотя бы относительно простые неисправности в различной бытовой аппаратуре, имеющейся в вашей квартире, в вашем доме. Для изготовления прибора необходимо, прежде всего, иметь стрелочный прибор магнитоэлектрической системы. Чем меньше сила тока, на которую рассчитан стрелочный прибор, и чем больше шкала, тем точнее будет конструируемый на его основе авометр.

Прибор позволяет измерять постоянный ток до 100 мА на пяти пределах, постоянное напряжение до 300 В на 6-ти пределах, переменное напряжение до 300 В на 5-ти пределах и сопротивление резисторов от 100…150 Ом до 60…80 кОм на одном пределе. Принципиальная схема прибора приведена на рис. 2.29, на ней приведены все основные обозначения. Зажим «—Общ» является общим для всех измерений, к нему подключается один из двух щупов; второй щуп подключается в одно из гнезд: XS1…XS5 — при измерении переменного напряжения; XS6 — при измерении сопротивления; XS7…XS12 — при измерении постоянного напряжения; XS13…XS17 — при измерении постоянного тока.

Вам, наверное, непонятно слово «предел», которое встречалось выше. Для выяснения обратимся к принципиальной схеме (рис. 2.29). Из схемы видно, что прибор позволяет измерять напряжение постоянного тока на 6-ти пределах: 1 В (гнездо XS7), 3 В (XS8), 10 В (XS9), 30 В (XS10), 100 В (XS11), 300 В (XS12).

Рис. 2.29. Принципиальная схема миллиавометра

Указанные пределы называются верхними, нижние пределы во всех случаях равны нулю вольт. Применяется и другое понятие — диапазон измерения. Тогда мы сказали бы иначе — прибор позволяет измерять напряжение постоянного тока на 6-ти диапазонах: (0…1) В, (0…3) В, (0…10) В, (0…30) В, (0…100) В, (0…300) В.

При наличии нескольких диапазонов (пределов измерений) их выбирают таким образом, чтобы они частично перекрывались в соотношениях 1:2:5 или 1:3:10 (посмотрите на надписи у гнезд прибора). В нашем приборе реализовано последнее соотношение.

О возможном применении гальванометра для тех или иных измерений можно судить по таким его характеристикам, как класс точности и чувствительность. По классу точности существуют гальванометры классов: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4. Класс точности задается в процентах от наибольшего (конечного) значения шкалы гальванометра. Наиболее точными являются гальванометры класса 0,05. Если конечное значение шкалы микроамперметра 100 мкА, число делений на шкале 100, класс точности равен 1 (что соответствует ± 1 %), то в этом случае разность между показанием прибора и истинным значением измеряемой величины может быть не более ± 1 мкА (рис. 2.30, а ). Если у второго микроамперметра с такой же длиной шкалы, но имеющим конечное значение шкалы, равное 10 мкА, и число делений на шкале также равно 100 (рис. 2.30, б ), то для первого прибора на интервал измерения величины в 1 мкА приходится одно деление шкалы, а для второго прибора 10. Это означает, что вторым прибором можно измерять силу тока с точностью до 0,1 мкА, а первым — только до 1 мкА, т. е. у второго прибора разрешающая способность выше. Эта способность измерительного устройства характеризует его чувствительность, которая определяется количеством единиц измеряемой величины, отсчитываемых на одно деление.

Рис. 2.30. Из которого водно, что первый прибор позволяет измерить силу тока с точностью ± 1 мкА, а второй — с точностью ± 0,1 мкА

Так как класс точности измерительного устройства задается в процентах (например, 1,5 %) от наибольшего (конечного) значения шкалы (предела измерений), то это означает, что приведенная погрешность измерения на любой отметке шкалы не превышает 1,5 % от предела измерения. Отсюда следует также, что точность любого измерения зависит от положения стрелки на отметках шкалы. Так, например, при измерении силы тока рассмотренным выше микроамперметром с конечным значением шкалы 100 мкА и классом точности 1 (±1 %) абсолютная погрешность измерения силы тока 100 мкА составляет 100 мкА ± 1 % = 100 ± 1 мкА. То есть, если прибор показывает 100 мкА, то реальное значение силы тока находится в пределах 100 ± 1 = 99…101 мкА. Если этот же микроамперметр, но уже включенный в другую цепь, показывает силу тока 10 мкА, то погрешность измерения будет составлять уже не 1 %, а 10 %, потому что погрешность измерения силы тока в 1 мкА составляет от текущего значения измеряемой силы тока 10 мкА уже 10 % (1 мкА / 10 мкА)∙100 % = 0,1∙100 % = 10 %. А если если прибор показывал силу тока 30 мкА, то погрешность измерения была бы равна (1 мкА / 30 мкА)∙100 % = 3,3 %. Поэтому все измерения следует проводить таким образом, т. е. выбирать пределы измерения, чтобы стрелка прибора (амперметра, вольтметра или омметра) находилась в конце шкалы. Об этом следует всегда помнить.

В изготавливаемом приборе использован индикатор магнитоэлектрической системы типа М24 с током полного отклонения стрелки I по= 200 мкА и сопротивлением рамки R п= 800 Ом. Эти два параметра ( I по, R п) являются основными параметрами гальванометра. Ток полного отклонения гальванометра I поопределяется максимальным значением шкалы гальванометра. Например, если микроамперметр имеет конечную отметку шкалы, равную 100, то это соответствует силе тока полного отклонения 100 мкА.Такой прибор можно включать только в такие цепи, сила тока в которых не превышает 100 мкА. Сопротивление рамки R пгальванометра используется при расчетах шунтов и добавочных сопротивлений и часто указывается на шкале прибора. Так как в нашем миллиавометре использован гальванометр с I по = 200 мкА, то с его помощью можно измерить силу тока только до 200 мкА. А если требуется измерить бóльшую силу тока, то для этого необходимо использовать шунт-резистор, подключенный параллельно гальванометру. Применение шунтов позволяет расширить пределы измерений амперметров (миллиамперметров, микроамперметров), хотя при этом ухудшается чувствительность прибора.