Применяемая в вольтметре схема, обеспечивающая измерение напряжений разных диапазонов, показана на рис. 13.15, а. В качестве основного измерителя в приборе используется мил-ли- или микроамперметр, а последовательно с измерителем подключаются резисторы с различным сопротивлением. Последовательные резисторы служат для ограничения максимально допустимого тока, протекающего через измеритель, до величины, которая определяется внутренней катушкой измерителя. Таким образом, независимо от диапазона измеряемого напряжения напряжение, прикладываемое к катушке измерителя, не превышает установленного значения.
Величину сопротивления последовательного резистора, требуемую для измерения в пределах определенной шкалы, можно найти из следующего выражения:
Rн = R„(R-1), (13.1)
где Rn — сопротивление одного из последовательных резисторов;
rh — внутреннее сопротивление измерителя; А7 — множитель, на который следует умножить показание прибора.
Рис. 13.15. Схемы вольтметра (а) и амперметра (б).
Таким образом, если в вольтметре с максимальным пределом измерения 5 В используется измеритель от 0 до 1 мА с внутренним сопротивлением Rи=50 Ом, то вначале нужно определить падение напряжения на внутреннем сопротивлении измерителя. При токе I=1 мА E = IRи =0,001 -50 = 0,05 (В). Эта величина меньше 5 В в 5/0,05=100 раз. Следовательно, из уравнения (13.1) получим Rп = 50.(100 — 1) = 50*99 = 4950 Ом.
Измерительный прибо(р с максимальным током 50 мкА обладает в измерительных схемах более высокой чувствительностью по сравнению с измерителем, максимальный ток которого равен 1 мА. Чувствительность вольтметра (Ом/В) показывает величину множителя, на который нужно умножить сопротивление резистора, чтобы увеличить шкалу измерителя на 1 В. Измеритель чувствительностью 20 000 Ом/В оказывает меньший нагрузочный эффект на схему, в которой производится измерение, по сравнению с измерителем чувствительностью 1000 Ом/В.
Схема амперметра, в которой также используется переключатель для выбора различных диапазонов измерения, показана на рис. 13.15,6. Диапазоны измерения от миллиампер до ампер можно получить путем использования соответствующих шунтирующих резисторов. Через шунтирующий резистор протекает избыточный ток, и таким образом предотвращается протекание через измеритель больших токов, превышающих максимально-допустимую величину, соответствующую полному отклонению стрелки прибора.
Сопротивление шунтирующего резистора, обеспечивающего определенный диапазон измерения тока, можно найти из уравнения
(13.2)
где Rш — сопротивление шунтирующего резистора; Rи — внутреннее сопротивление измерителя; N — множитель, на который следует умножить показание прибора.
Таким образом, если миллиамперметр имеет основной диапазон измерений от 0 до 3 мА и требуется расширить диапазон измерений до 9 мА, то N = 3. Если внутреннее сопротивление измерителя равно 28 Ом, то сопротивление шунтирующего резистора
Рис. 13.16. Схемы комбинированного вольтметра и миллиамперметра (а) и омметра (б).
Если вольтметр, амперметр « другие измерительные приборы объединяют вместе, то требуется применять специальный переключатель. Прибор такого типа, включающий в себя вольтметр и амперметр, изображен на рис. 13.16, а. Заметим, что при измерении напряжения резисторы подключаются последовательно с выводами прибора. При измерении тока используются два контакта переключателя, которые присоединяют шунтирующий резистор параллельно измерителю.
Типичная схема омметра приведена на рис. 13.16,6. Для обеспечения более широких пределов измерения сопротивлений миллиамперметр, используемый в омметре, должен иметь более-высокую чувствительность. В приведенной схеме резистор R1 служит для ограничения тока, протекающего через измерительный прибор, в допустимых пределах. Переменный резистор R2 обеспечивает возможность регулировки нулевого положения стрелки прибора при изменении напряжения источника питания. Шкала в таких приборах калибруется таким образом, что нулевое положение соответствует полному отклонению стрелки вправо. Следовательно, при измерении сопротивлений их большему значению соответствует большее отклонение стрелки влево. При измерении больших сопротивлений через прибор протекает очень малый ток и стрелка отклоняется влево, где шкала фиксирует большие величины сопротивлений.