При каких условиях использование вольтметра будет более точным, чем амперметр для измерения тока?

8

Предположим, у вас есть простая схема с источником напряжения V1, подключенным к резистору R1, например:

схематический

смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

Вы можете подключить амперметр последовательно, и тогда внутреннее сопротивление амперметра повлияет на фактическое значение тока, что приведет к некоторой ошибке. Но вы также можете подключить вольтметр (с высоким внутренним сопротивлением) параллельно через R1 и рассчитать ток путем деления измеренного напряжения на R1. Из-за внутреннего сопротивления вольтметра все равно будет какая-то ошибка, но что будет более точным? Или, более конкретно, при каких условиях (т. Е. Большой / малый ток, R1, V1 и т. Д.) Было бы более точно использовать второй подход с вольтметром вместо амперметра?

goodatthis
источник
Вы говорите в симуляции или с реальными устройствами?
crj11
2
Если V1источник постоянного напряжения, то вольтметр не повлияет на ток в резисторе, даже если внутреннее сопротивление вольтметра низкое. ... источник напряжения просто подаст больший ток для использования вольтметра.
Jsotola
С реальными устройствами мира.
Goodatthis
Вы также можете подключить в цепь последовательно вольтметр (хорошо работает с аналоговым типом подвижной катушки) - иногда удобно находить неисправности ...
Solar Mike
Добро пожаловать в мир Гейзенберга ! Я с сарказмом?
Trevor_G

Ответы:

10

Давайте возьмем два примера: один с высоким током и низким сопротивлением, а другой с низким током и высоким сопротивлением. Давайте также предположим, что наш амперметр имеет сопротивление1Ω и наш вольтметр имеет сопротивление 1MΩ

схематический

смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

В этой схеме у нас очень низкий источник сопротивления и низкое сопротивление нагрузки. Эта ситуация не очень хороша для амперметра, так как это шунтирующее сопротивление1Ω собирается изменить общее сопротивление 11Ω, что довольно много изменений. Однако вольтметр имеет такой высокий импеданс по сравнению с нагрузочным резистором, что почти не влияет на него. Кроме того, поскольку выходное сопротивление источника очень низкое, параллельное добавление нагрузки будет очень мало влиять на напряжение на V1. В этом случае, если сопротивление нагрузки точно известно, вольтметр является лучшим выбором.

схематический

смоделировать эту схему

В этой схеме полное сопротивление нагрузки и источника высокое. Если мы поместим вольтметр параллельно с R1, то1MΩ входной импеданс довольно близок к R1 и изменит его на 90.9kΩ, Тем не менее, амперметр1Ω сопротивление вряд ли повлияет на реальное сопротивление нагрузки, так как оно намного ниже, чем 100kΩ, Кроме того, поскольку импеданс V1 очень высок, добавление последовательной нагрузки к нему вряд ли повлияет на ток, который он производит. В этом случае добавление амперметра в серии является лучшим выбором.

Как вы можете видеть, выбор прибора с высоким импедансом, где импеданс источника низкий, и импедансом низким, когда импеданс источника высокий, являются наилучшим выбором, чтобы минимизировать ошибку, вызванную добавлением инструмента в цепь.

C_Elegans
источник
2
+1 TL; DR; Вы используете тот метод, который вносит наименьшую ошибку, основанную на сопротивлении измерителя и сопротивлении цепи.
Trevor_G
1

Есть много причин, помимо точности, хотя в моем первом примере это действительно так. Вот несколько реальных приложений, с которыми я имел дело. Сначала два из настроек университета:

  • Если есть даже малейшие шансы, текущие переходные процессы или глюки являются проблемой. Амперметр слишком медленный для отклика, но вы можете заменить вольтметр на осциллографе (отключение светодиода от цифрового источника питания в режиме постоянного тока приводило к случайным скачкам тока в 1 мА, что нарушало эксперимент).
  • Если вы хотите иметь возможность снять счетчик без разрыва цепи или выключения питания (например, проведите несколько экспериментов с лазерными диодами в образовательной среде с помощью простой цепи источника тока - измерьте V через серию 1Ω резистор встроен в цепь привода и вы можете убрать счетчик.

Тогда один (буквально) ближе к дому:

  • В автомобильной электронике иногда у вас большой ток при подключении питания, но вы хотите измерить низкий ток впоследствии. Вы можете (i) перевести измеритель в режим мА, замкнуть его, подключить аккумулятор, устранить короткое замыкание или (ii) последовательно подключить силовой резистор и измерить V на нем. Последнее рекомендуется, если у вас есть только ограниченный запас мультиметровых предохранителей. (У меня были только диапазоны 200 мА и 10 А постоянного тока на нескольких метрах, диапазоны 10 А имели точность 100 мА, и я пытался отследить сток ~ 40 мА)
Крис Х
источник