Волтметер Десигн

digital voltmeter using icl7107 (Јули 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Волтметер Десигн

ДЦ струјни кругови


Питање 1

Претпоставимо да ћу измерити непознати напон са волтметром мануелног домета. Овај волтметар има неколико различитих опсега мерења напона да бирају од:

500 волти
250 волти
100 волти
50 волти
25 волти
10 волти
5 волти

Који опсег би требало најприје почети, када прво мерите овај непознати напон помоћу мерача "# 1"> Открити одговор Сакриј одговор

Започните подешавањем волтметра на највиши опсег: 500 волти. Затим, проверите да ли иглица за кретање региструје било шта помоћу мерног кабла повезаног на коло. Одлучите да промените опсег мерача на основу ове прве индикације.

Напомене:

Увек волим да ученици започну своју фамилију тест опреме помоћу старомодних аналогних мултиметара. Тек након што су научили да се упознају са јефтиним мерачем, да ли им дозвољавам да користе нешто боље (дигитално, ауто-рангирање) у свом раду. На овај начин се ученици цијењу колико их "фанци" метер ради за њих, као и да их подучавају основним принципима распоређивања инструмента и прецизности мерења.

Питање 2

Шта би се догодило с овим мерачем кретања, ако је директно прикључен на 6-волтну батерију?

Открити одговор Сакриј одговор

Две ствари ће се догодити: прво, покрет би највероватније био оштећен од прекомерне струје. Друго, игла би се померила лево уместо десно (како то обично треба), јер је поларитет уназад.

Напомене:

Када је електромеханички покретач метала надмоћан, што доводи до тога да се игла "сламује" све до једног екстремног краја кретања, то се обично назива "фиксирањем" мерача. Видео сам покретаче метара који су били толико "везани" тако да су игле савијене од ударања!

На основу знања ваших студената о дизајну покрета мотора, замолите их да вам кажу шта мисле да би могле постати оштећене у тешком инциденту овакве ситуације као што је ова. Реците им да буду специфични у својим одговорима.

Питање 3

Важан корак у изградњи било ког аналогног волтметра или ампера је прецизно одређивање отпорности завојнице кретања бројила. У електричној мјеритељству често је лакше добити екстремно прецизне ("стандардне") вриједности отпорности него да добије једнако прецизне напонске или струјне мјерења. Једна техника која се може користити за одређивање отпорности завојнице покрета бројила без потребе прецизног мерења напона или струје је следећа.

Прво, повежите декадни тип кутије променљиве отпорности у серији са регулисаним ДЦ напајањем, а затим да се провери кретање бројила. Подесите отпор декадне кутије тако да се кретање бројила помера до неке тачне тачке на њеној скали, пожељно пуном (100%) ознаком. Снимите поставку отпора декадне кутије као Р 1 :

Потом повежите познати отпор паралелно са терминалима кретања бројила. Овај отпор ће бити познат као Р с, отпорност на шантање . Промена кретања бројача ће се смањити када то урадите. Поново прилагодите отпор декадне кутије док се неуспјех кретања бројила не врати на своје раније мјесто. Снимите поставку отпора декадне кутије као Р 2 :

Отпор намотаја кретања бројила (Р калем ) може се израчунати према следећој формули:

Р калем = Р с


Р 2

(Р1-Р2)

Ваш задатак је да покажете одакле долази ова формула, која произилази из Охмовог закона и било које друге једначине за које сте можда упознати за анализу кола.

Напомена: у оба случаја (декадна кутија постављена на Р 1 и постављена на Р 2 ), напон преко отпорника завојнице покрета је исти, струја кроз кретање бројача је иста, а напон напајања је исти.

Открити одговор Сакриј одговор

Једно место за почетак је једначина разводника напона, В Р = В Т ((Р / (Р Т ))) која се примјењује на сваки коло сценарио:

В метар = Р калем


Р 1 + Р калем

В метар = Р калем || Р с


Р 2 + (Р калем || Р с )

Пошто знамо да је напон мерача исти у ова два сценарија, можемо да подесите ове једначине једнаке једни другима:

Р калем


Р 1 + Р калем

= Р калем || Р с


Р 2 + (Р калем || Р с )

Напомена: двоструке шипке у горњој једначини представљају паралелни еквивалент Р калема и Р с, за који ћете имати замјену одговарајућег математичког израза.

Напомене:

Овај проблем заправо није ништа друго до вежба у алгебри, иако показује како се могу добити прецизна електрична мерења коришћењем стандардних отпорника, а не прецизних волтметара или амперметара.

Питање 4

Немој само седети тамо! Изградите нешто!

Учење математички анализирајућих кола захтева много студија и праксе. Уобичајено, ученици практикују тако што раде кроз многе проблеме узорка и провјеравају своје одговоре против оних које предвиђа уџбеник или инструктор. Иако је ово добро, постоји много бољи начин.

Више ћете научити стварајући градњу и анализу стварних кола, дозвољавајући вашој опреми за тестирање да пружи "одговоре" уместо књиге или друге особе. За вежбе вежбања кола, следите ове кораке:

  1. Пажљиво измерите и забележите све компоненте прије изградње кола.
  2. Прикријемо шематски дијаграм за коло које треба анализирати.
  3. Пажљиво изградите овај круг на плочи или другом пригодном медију.
  4. Проверите тачност конструкције кола, пратите сваку жицу на сваку везну тачку и проверите ове елементе један по један на дијаграму.
  5. Математички анализира круг, решава за све вредности напона, струје итд.
  6. Пажљиво измерите те количине како бисте потврдили тачност ваше анализе.
  7. Ако постоје било какве значајне грешке (веће од неколико процената), пажљиво провјерите конструкцију кола на дијаграму, а затим пажљиво поновно израчунајте вриједности и поновно измјерите.

Избегавајте врло високе и веома ниске вредности отпорника, како бисте избегли грешке у мерењу узроковане "учитавањем" мерача. Препоручујем отпорнике између 1 кΩ и 100 кΩ, осим ако, наравно, сврха кола није да илуструје ефекте утискивања мерача!

Један од начина на који можете уштедјети време и смањити могућност грешке је започињање врло једноставног круга и постепено додавање компоненти како би се повећала његова сложеност након сваке анализе, умјесто изградње потпуно новог кола за сваки проблем у пракси. Друга техника за уштеду времена је поновна употреба истих компоненти у различитим конфигурацијама кола. На овај начин нећете морати да измерите вредност било које компоненте компоненте више од једном.

Открити одговор Сакриј одговор

Нека сами електрони дају одговоре на своје "проблеме у пракси"!

Напомене:

Било је моје искуство да студенти захтевају много вежбања са анализом кола како би постали способни. У том циљу, инструктори обично пружају својим ученицима мноштво проблема у пракси и пружају одговоре студентима да провере свој рад против. Иако овакав приступ чини ученицима умешан у теорију кола, не успије их потпуно образовати.

Студенти не требају само математичку праксу. Они такође требају стварне, практичне кругове за изградњу праксе и употребу опреме за тестирање. Дакле, предлажем следећи алтернативни приступ: ученици треба да граде сопствене "праксе" са стварним компонентама и покушају математички предвидјети различите напонске и тренутне вриједности. На овај начин, математичка теорија "оживи", а студенти стичу практичну стручност коју не би добили само решавањем једначина.

Други разлог за пратњу овог начина праксе јесте да науче ученичке научне методе : процес тестирања хипотезе (у овом случају, математичких предвиђања) вршењем правог експеримента. Студенти ће такође развити стварне вештине решавања проблема јер повремено врше грешке у конструкцији кола.

Проведите неколико тренутака са вашом класом да бисте прегледали неке од "правила" за изградњу кругова пре него што почну. Разговарајте о овим питањима са вашим ученицима на исти начин у Сократу како бисте нормално разговарали о питањима радног листа, а не само да им кажете шта требају и не би требало да раде. Никада не престајем да се чудим колико су лоши ученици схватили упуте када су представљени у типичном предавању (инструктор монологу) формату!

Напомена инструкторима који се могу жалити на "изгубљено" време потребно да ученици граде стварна кола уместо само математички анализирање теоријских кругова:

Која је сврха ученика који изводе курс "ворксхеет панел панел-дефаулт" итемсцопе>

Питање 5

Шта је галванометар ? Како можете направити свој галванометар од најчешће доступних компоненти?

Открити одговор Сакриј одговор

Постоји неколико извора информација о галванометрима, историјским и модерним. Остављам вам то да истражите и презентирате своје налазе.

Напомене:

Могуће је направити сирови галванометар из великог звучног звучника, користећи склоп звучне / конусне склопке као покретни елемент. Коришћењем малих ласера ​​и огледала, требало би лако направити галванометар са светлосним снопом, за већу осјетљивост. Ово би могло бити забаван и едукативни учионични разред!

Питање 6

Опишите дизајн и функцију покрета ПММЦ стила.

Открити одговор Сакриј одговор

"ПММЦ" је акроним који стоји за "Перманент Магнет, Мовинг Цоил". У суштини, покретање ПММЦ бројача изграђено је као мали електромотор ДЦ, са ограниченим кретањем.

Напомене:

Многи уџбеници пружају добре илустрације ПММЦ метара покрета. Ваши ученици могу пронаћи неке електронске слике ПММЦ метара покрета на интернету. Ако је могуће, направите видео пројектор у учионици за пројектовање оваквих слика које ученици преузму.

Питање 7

Знамо да је повезивање осетљивог мерења бројила директно преко терминала значајног извора напона (као што је батерија) лоша ствар. Дакле, желим да одредите која друга компонента мора бити повезана са покретом мерача да би се ограничила струја кроз свој намотај, тако да повезивање склопа на батерију са 6 волти доводи до тога да се иглица метра помера точно до пун- положај на скали:

Открити одговор Сакриј одговор

Напомене:

Почетни ученици понекад осећају "изгубљене" када покушавају одговорити на овакво питање. Они могу знати како примијенити Охмов закон у коло, али не знају како дизајнирати круг који користи Охмов закон за одређену сврху. Ако је то случај, можете усмјерити њихово разумијевање кроз низ питања попут овога:

Зашто покретач мерила "клинч" ако је директно повезан са батеријом "// ввв.аллабоутцирцуитс.цом/тектбоок/дирецт-цуррент/цхпт-7/вхат-ис-а-сериес-параллел-цирцуит/"> радни или паралелни )? (Обратите обе конфигурације и пустите да студент одреди за себе који модел везе испуњава циљ ограничавања струје на мерач.)

Математика је довољно једноставна за ово питање како би се омогућило рјешење без кориштења калкулатора. Кад год је то могуће, изазивам ученике током времена дискусије да обављају било коју аритметичку "ментално" (тј. Без употребе калкулатора), чак и ако само да процијените одговор. Сматрам да су многи амерички дипломци средњих школа неспособни да изврше чак и врло једноставну аритметику без калкулатора, а овај недостатак вештине не изазива им мању количину проблема. Не само да су ови ученици беспомоћни без калкулатора, али им недостаје могућност да ментално проверавају одговоре на основу калкулатора, тако да када користе калкулатор, они немају појма да ли је њихов одговор чак и близу да буду тачни.

Питање 8

Израчунајте потребну вредност отпорности и снагу за Р опсег како бисте учинили да кретање бројила одговара као волтметар са опсегом од 0 до 100 волти:

Открити одговор Сакриј одговор

Р опсег = 99, 35 кΩ, (1/8) ват ће бити довољан.

Напомене:

То заправо није ништа друго до једноставни проблем са серијским склоповима, иако је контекст волтметра изгледа да збуњује неке ученике. Ако нађете велики проценат ваше класе који не разуме где да започне у оваквом проблему, то значи да они стварно не разумеју кругове серија - све што су научили да раде када проучавају серије отпорних кругова пре него што следи једноставан низ кораци за проналажење напона и струја у серијским отпорним круговима. Нису довољно научили концепте да се апстрахују на нешто што изгледа мало другачије.

Питање 9

Израчунајте потребну вредност отпорности и снагу за Р опсег како бисте учинили да кретање бројила одговара као волтметар с опсегом од 0 до 50 волти:

Открити одговор Сакриј одговор

Р опсег = 830, 83 кΩ, (1/8) вата ће бити довољно.

Напомене:

То заправо није ништа друго до једноставни проблем са серијским склоповима, иако је контекст волтметра изгледа да збуњује неке ученике. Ако нађете велики проценат ваше класе који не разуме где да започне у оваквом проблему, то значи да они стварно не разумеју кругове серија - све што су научили да раде када проучавају серије отпорних кругова пре него што следи једноставан низ кораци за проналажење напона и струја у серијским отпорним круговима. Нису довољно научили концепте да се апстрахују на нешто што изгледа мало другачије.

Питање 10

Израчунајте потребне вредности отпорности да бисте овом опсегу волтметра дали опсеге које су означене позицијама селектора:

Открити одговор Сакриј одговор

Р 1 = 39 кΩ
Р 2 = 199 кΩ
Р 3 = 499 кΩ
Р 4 = 999 кΩ
Р 5 = 1, 9999 М Ω

Напомене:

То заправо није ништа друго до скуп једноставних проблема са серијским склоповима, иако је контекст волтметра изгледа да збуњује неке ученике. Ако нађете велики проценат ваше класе који не разуме где да започне у оваквом проблему, то значи да они стварно не разумеју кругове серија - све што су научили да раде када проучавају серије отпорних кругова пре него што следи једноставан низ кораци за проналажење напона и струја у серијским отпорним круговима. Нису довољно научили концепте да се апстрахују на нешто што изгледа мало другачије.

Питање 11

Израчунајте потребне вредности отпорности да бисте овом опсегу волтметра дали опсеге које су означене позицијама селектора:

Открити одговор Сакриј одговор

Р 1 = 99 кΩ
Р 2 = 300 кΩ
Р 3 = 600 кΩ
Р 4 = 1 М Ω
Р 5 = 3 М Ω

Напомена: ако вам је потребна помоћ при започињању овог проблема, почните са израчунавањем вредности Р1.

Напомене:

То заправо није ништа друго до скуп једноставних проблема са серијским склоповима, иако је контекст волтметра изгледа да збуњује неке ученике. Ако нађете велики проценат ваше класе који не разуме где да започне у оваквом проблему, то значи да они стварно не разумеју кругове серија - све што су научили да раде када проучавају серије отпорних кругова пре него што следи једноставан низ кораци за проналажење напона и струја у серијским отпорним круговима. Нису довољно научили концепте да се апстрахују на нешто што изгледа мало другачије.

На своје ученике треба обратити пажњу на то како се серијски распоред отпорника опсега пружа већој заједничкој вредности отпора, за разлику од одвојеног опсега домета за сваки домет. Међутим, постоји недостатак овог дизајна: поузданост. Разговарајте са својим ученицима о посљедицама "отворених" отпорних отпорника у оба типа волтметарских дизајна.

Питање 12

У идеалном случају, ако волтметар има веома ниску улазну отпорност или врло високу отпорност на улаз "# 12"> Открити одговор Сакри одговор

У идеалном случају, волтметар треба да има највећи могући улазни отпор. Ово је важно када га користите за мерење извора напона и падова напона у круговима који садрже велике количине отпора.

Напомене:

Одговор на ово питање односи се на веома важан принцип мерења . Техници, нарочито, морају бити веома свесни оптерећења мерача и како то може резултирати погрешним мерењима. Одговор се такође односи на то како су волтметери повезани са тестираним колима: увек паралелно!

Питање 13

Објасните шта значи опсег осможивости на волтву аналогног волтметра. Многи аналогни волтметри показују осјетљивост од 20 кΩ по волту. Да ли је боље да волтметар поседује високу оцјену на охм по волти или низак ниво охм-по-волт? Зашто?

Открити одговор Сакриј одговор

Оцењивање осетљивости на охм по волтметру волтметра је израз колико ома отпорности на улаз који мерач има по опсегу волт мерења. Што је ова бројка већа, боље је волтметар.

Напомене:

Ако ученици поседују аналогне волтметре у којима поседују (што их у великој мјери охрабрујем), оцјена честице охмс-пер-волт се често налази у углу мерне скале, у дну исписа. Ако није, оцена треба пронаћи у упутству за корисника који се испоручује са мерачем.

Питање 14

У основи, који појединачни фактор у дизајну волтметара успоставља оцјену осмова по волту?

Открити одговор Сакриј одговор

Ако је ваш одговор "вредност отпорника (с) серије", ви сте нетачно.

Напомене:

Непосредан утисак студената је да вриједност отпорника опсега мора успоставити оцјену осјетљивости, јер виде да отпорник највише утиче на улазни отпор. Међутим, неке брзе прорачуне са различитим вредностима отпорника опсега доказују другачије! Осетљивост мерача је независна од било којих серијски спојених вредности отпорника домета.

Можда бисте желели да питате своје ученике зашто отпор мерача покрета мерача није фактор у одређивању осетљивости волтметара. Изазовите својим ученицима да постављају проблеме узорковања кола како би доказали неријешност отпорности завојнице на осјетљивости волтметра. Нека схвате како да постављају проблеме, а не да постављате проблеме за њих!

Питање 15

Одредите различите вредности опсега овог волтметра вишеструког опсега:

Све компоненте на штампаној плочи су "површински монтирани", спајани на горње површине трагова бакра. Схематски дијаграм прекидача (СВ1) приказан је у десном углу плоче, са вредностима отпорника приказаних испод плоче.

Открити одговор Сакриј одговор

Распон = 10 В, 25 В и 50 В.

Напомене:

Одређивање опсега напона за овај волтметар је једноставно вјежба у Охмовом закону. Аритметика је довољно једноставна да дозволи решење без употребе калкулатора, тако да изазов својим ученицима током разговора да раде кроз математику "старомодан начин".

Питање 16

Шта ако овај волтметар одједном престане да ради када је постављен у средњем опсегу. Ипак, горњи и доњи опсег функционише сасвим добро. Идентификујте највероватнији извор проблема.

Открити одговор Сакриј одговор

Средњи контакт у прекидачу СВ2 је отворен. Ово, упркос томе што је највероватније неуспех, није једини могући неуспјех који би могао изазвати овај проблем (средњи распон не функционира)!

Питање изазов: објасните како можете провјерити природу грешке без кориштења другог мерача.

Напомене:

Мозете замислити неке друге алтернативне могућности за изазивање проблема, заједно са дијагностичким процедурама за верификацију сваког од њих (користећи други метар, ако је потребно). Затим разговарајте са ученицима о томе зашто је прекид струје више вјероватан него било који од других грешака.

Питање 17

Претпоставимо да сте покушали да измерите напон на тестној тачки 2 (ТП2) помоћу дигиталног волтметра који има улазни отпор од 10 МΩ. Колико напона би назначио "// ввв.беаутицрев.цом.ау//суб.аллабоутцирцуитс.цом/имагес/куиз/01795к01.пнг">

Открити одговор Сакриј одговор

Идеално је, наравно, да ово коло одводника напона треба да испољава 7.5 волта на тестној тачки 2. Волтметар ће међутим регистровати само 6.76 волти.

Следеће питање: да ли се волтметар региструје нетачно, или је његова веза са склопом заправо мијењањем В ТП2 ? Другим речима, који је стварни напон на ТП2 са волтметром повезан као што је приказано?

Напомене:

Аналогија коју често користим да објасним оптерећење метара је употреба манометра за мерење притиска ваздуха у пнеуматској гуми. Да би се измерио притисак, неки ваздух мора бити испражњен од гуме, што наравно мења притисак ваздуха пнеуматика.

И у случају да се питате: не, ово није пример Хеисенберговог принципа несигурности, који је популарно погрешно схваћен као грешка уведена мерењем. Принцип несигурности је далеко дубљи од овога!

Питање 18

Претпоставимо да сте покушали да измерите напон у свим три тестне тачке аналогним волтметром који има осетљивост од 20 кΩ по волту, постављеном на скали од 10 В. Колико напона би то указивало на свакој тестној тачки? Колико напона би било најбоље у свакој тестној тачки?


Тестна тачкаИдеалан напонИндикација метара


ТП1


ТП2


ТП3


Открити одговор Сакриј одговор


Тестна тачкаИдеалан напонИндикација метара


ТП15 В5 В


ТП24.138 В0.805 В


ТП31.293 В0.197 В


Напомене:

Аналогија коју често користим да објасним оптерећење метара је употреба манометра за мерење притиска ваздуха у пнеуматској гуми. Да би се измерио притисак, неки ваздух мора бити испражњен од гуме, што наравно мења притисак ваздуха пнеуматика.

И у случају да се питате: не, ово није пример Хеисенберговог принципа несигурности, који је популарно погрешно схваћен као грешка уведена мерењем. Принцип несигурности је далеко дубљи од овога!

  • ← Претходни радни лист

  • Индек листова

  • Следећи радни лист →