alexxlab Arduino: Мультиметр
Статья проплачена кошками — всемирно известными производителями котят.
Если статья вам понравилась, то можете поддержать проект.
Для измерения силы ток, напряжения, сопротивления и прочих действий используется универсальный прибор — мультиметр. Основные приёмы работы с мультиметром совпадают у всех моделей. Я буду рассказывать на примере очень распространённой модели среди начинающих — DT838. Рассматривать его будем в качестве ардуинщика.
К мультиметру прилагаются два щупа с красным и чёрным проводом. Чёрный провод всегда вставляется в гнездо COM, а красный в один из двух (или трёх) гнёзд. Как правило, одно из таких гнёзд служит для измерения больших токов и имеет обозначение 10A и нам вряд ли пригодится. Второе гнездо по соседству с COM позволяет измерять сопротивление, малый ток, напряжение. Поэтому используем два соседних гнезда в своих экспериментах.
Для выбора диапазона измерений используется дисковый переключатель.
Каждая позиция переключателя соответствует определённому числу, которое означает «не больше чем». Смотри описание измерения напряжения. Если вы выбрали неправильный диапазон, то тестер отобразит сообщение об ошибке. Измените положение переключателя и выполните измерение снова.
Прозвонка
Для прозвонки или простой проверки работы мультиметра достаточно установить режим прозвонки и соединить два щупа. При этом раздаётся звук на некоторых моделях. У меня никаких звуков не было из-за слабых значений. Второй вариант — установите на макетной плате светодиод с резистором и соедините его с батареей. Теперь уберите провода от батареи и приставьте красный щуп к ножке резистора, а чёрный щуп к ножке светодиода — светодиод должен загореться, так как мультиметр работает как источник тока.
Измеряем напряжение
Измерять можно напряжение постоянного и переменного тока. Не путайте эти настройки. Для переменного тока обычно доступны значения 200 и 750 В. У постоянного тока значений больше: 200m (0.
2В), 2000m (2В), 20, 200, 1000. Для Arduino как правило достаточно значения 20В.
Измерим напряжение у батарейки. Установите регулятор в значение 20 В (наиболее близкое значение к стандартным 9-вольтовым батарейкам типа Крона) и присоедините щупы к полюсам в любом порядке. Если вы присоедините неправильно, то перед показаниями будет стоять знак минуса. Так вы можете быстро определить полярность у батареек.
Попробуем измерить напряжение в собранной схеме. Сделаем простую схему со светодиодом и резистором, питание будем подавать из вывода 5 V. В этом случае нам не придётся писать скетч, светодиод загорится и так из-за наличия тока.
Установите регулятор снова на положение 20 В и щупы вставьте в отверстия макетной платы (на рисунке показаны красной и чёрной точками). Должно показать 5 В. Переставьте провод на 3.3 В и снова измерьте напряжение. Возможны небольшие погрешности, но в целом должно показывать правильно.
Мы измерили общее напряжение цепи. Теперь приставьте щупы к разным ножкам резистора и снимите показания.
Затем присоедините щупы к ножкам светодиода и снова снимите показания. Значения будут отличаться на разных участках цепи. У меня показало 2.15 и 2.85 соответственно, что в сумме даёт тоже 5 Вольт.
Измеряем сопротивление
Для измерения сопротивления у резисторов установите подходящее значение, например, 20К и приложите щупы к концам резистора. Проверьте, совпадает ли значение с вашими показаниями.
После всех измерений не забывайте выключать его, чтобы не разряжать батарею.
Измеряем силу тока
Ардуинщикам почти не приходится измерять силу тока. Но если придётся, то используйте значок A. Подключается в разрыв цепи.
Отрицательный кабель чёрного цвета остаётся всегда в гнезде с подписью «COM». Кабель красного цвета вставляется в гнездо, предназначенное для измерения тока. Как правило, для измерения тока есть два гнезда, одно обозначено «10 А» (или «20 А»), другое обозначено «мА» (или «мА/μA»). Вначале необходимо решить, какой диапазон измерений выбрать.
Каким будет ток в цепи? Начинают с самого высокого диапазона измерений и после этого, по возможности, переходят к меньшим (и более точным) диапазонам.
Как правило, максимально допустимая сила тока для бытового мультиметра составляет 10 ампер (реже – 20 А), и для измерения тока силой до 10 А есть гнездо с обозначением «10 A». Вставьте в него красный кабель. Выберите диапазон измерения постоянного тока до 10 А. Если позднее понадобится измерить более низкие диапазоны измерений, то необходимо ещё раз переключить провод и вставить его в гнездо «мА/μA».
Даже опытные электронщики иногда забывают переключать провода, когда переходят от измерения напряжения к измерению
силы тока (или наоборот). Если число на дисплее выглядит бессмыслицей, то это сразу бросается в глаза. Как правило, мультиметр не выходит из строя. Гораздо хуже измерять на диапазоне мА и через разъём мА силу тока, существенно большую. В этом случае зачастую перегорает внутренний плавкий предохранитель мультиметра.
Инструкция
1.Общие положения
Данный инструмент является портативным, с батарейным питанием цифровым мультиметром с 3 1/2 — разрядным индикатором для измерения постоянного и переменного напряжения, температуры, проверки диодов, транзисторов и прозвонки цепей.
2.Технические характеристики
Постоянное напряжение
| ПРЕДЕЛ | РАЗРЕШЕНИЕ | ТОЧНОСТЬ |
|---|---|---|
| 200 мВ | 100 мкВ | ±0,25%±2 ед счета |
| 2000 мВ | 1 мВ | ±0,5%±2 ед счета |
| 20 В | 10 мВ | ±0,5%±2 ед счета |
| 200 В | 100 мВ | ±0,5%±2 ед счета |
| 1000 В | 1 В | ±0,5%±2 ед счета |
ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕГРУЗОК: 200 В эфф.
на пределе 200 мВ и 1000 В
пост. или 750 В эфф. переменного тока на остальных пределах.
Переменное напряжение
| ПРЕДЕЛ | РАЗРЕШЕНИЕ | ТОЧНОСТЬ |
|---|---|---|
| 200 В | ±1,2%±10 ед счета | |
| 750 В | 1 В | ±1,2%±10 ед счета |
ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕГРУЗОК: 1000 В пост. или 750 В эфф. переменного тока на всех пределах.
КАЛИБРОВКА: Среднее, калиброванное в эфф. значениях синусоидального сигнала.
ДИАПАЗОН: 45 Гц — 450 Гц.
Постоянный ток
| ПРЕДЕЛ | РАЗРЕШЕНИЕ | ТОЧНОСТЬ |
|---|---|---|
| 2 мА | 1 мкА | ±1%±2 ед счета |
| 20 мА | 10 мкА | ±1%±2 ед счета |
| 200 мА | 100 мкА | ±1,2%±2 ед счета |
| 10 А | 10 мА | ±2%±2 ед счета |
ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕГРУЗОК: 200 мА 250 В — плавкий предохранитель, предел 10 А без предохранителя.
ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ :200 мВ
Сопротивление
| ПРЕДЕЛ | РАЗРЕШЕНИЕ | ТОЧНОСТЬ |
|---|---|---|
| 200 Ом | 0,1 Ом | ±0,8%±2 ед счета |
| 2000Ом | 1 Ом | ±0,8%±2 ед счета |
| 20 КОм | 10 Ом | ±0,8%±2 ед счета |
| 200 КОм | 100 Ом | ±0,8%±2 ед счета |
| 2000 КОм | 1 КОм | ±1%±2 ед счета |
МАКС. НАПРЯЖ. НА РАЗОМКН. ЩУПАХ: 2,8 В.
ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕГРУЗОК: 15 сек. максимум 220В на всех пределах.
Звуковая прозвонка
| ПРЕДЕЛ | ОПИСАНИЕ |
| o))) | Встроенный зуммер звучит, если сопротивление менее 1кОм |
ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕГРУЗОК: 15 сек.
220В максимум, звучит сигнал./p>
Измерение температуры
| ПРЕДЕЛ | РАЗРЕШЕНИЕ | ТОЧНОСТЬ |
|---|---|---|
| от -20 | 1°С | ±3°С±2 ед сч (до150°С) |
| до +1370°С | ±3% (выше 150°С) |
Тестовый сигнал частотой 50 Герц и амплитудой 5 вольт
2. Комплектация
- Измерительные щупы
- Коробка
- Термопара типа К
3. Руководство по работе с мультиметром
1. Проверьте 9В батарею путем включения прибора. Если батарея разряжена, на дисплее возникнет знак [- +]. Если необходимо заменить батарею смотрите раздел «Уход за прибором»
2. Знак ! Рядом с гнездами прибора предупреждает о том, что входные токи и напряжения не должны превышать указанных величин.
Это сделано для предотвращения повреждения схемы прибора.
3. Перед измерением необходимо переключатель установить на требуемый диапазон измерений.
4. Если предел измеряемого тока или напряжения заранее неизвестен , установите переключатель пределов на максимум и затем переключайте вниз по мере необходимости.
5. При возникновении на дисплее «1»(перегрузка) необходимо переключиться на верхний предел измерений.
3.1 Измерение постоянного напряжения
1.Вставьте красный щуп в гнездо «V,W,A» черный — в гнездо «СОМ»
2.Установите переключатель в положение V= и подсоедините концы щупов к измеряемому источнику напряжений. Полярность напряжения на дисплее при этом будет соответствовать полярности напряжения на красном щупе.
Замечание! Не подключайте прибор к напряжению более 1000В. Индикация возможна и на больших напряжениях, но при этом есть опасность повреждения схемы прибора.
3.2 Измерение переменного напряжения
1.Вставьте красный щуп в гнездо «V,W,A» черный — в гнездо «СОМ»
2.
Установите переключатель в положение V= и подсоедините концы щупов к измеряемому источнику напряжений.
Замечание! Не подключайте прибор к напряжению более 700В. Индикация возможна и на больших напряжениях, но при этом есть опасность повреждения схемы прибора.
3.3 Измерение постоянного тока
1.Подключите черный провод к разъему CОМ, а красный к разъему mA для токов до 200мА. Для токов максимум до 20А подключить красный щуп к гнезду 20А
2.Установите переключатель пределов в положение А= и подсоедините концы щупов последовательно с нагрузкой. Полярность тока на дисплее при этом будет соответствовать полярности на красном щупе.
Замечание! Максимальный входной ток равен 200mA или 20А в зависимости от используемого гнезда. Превышение предельных значений вызовет выгорание предохранителя, что потребует его замены. Заменять предохранитель следует аналогичным на ток не более 200мА. Несоблюдение этих требований может привести к повреждению схемы. Вход 20А не защищен.
Максимальное падение напряжения 200мВ.
3.4 Измерение сопротивлений
1.Вставьте красный щуп в гнездо «V, W,A» черный — в гнездо «СОМ».
2. Установите переключатель на требуемый диапазон и подсоедините концы щупов к измеряемому сопротивлению.
Замечание
1. Если величина измеряемого сопротивления превышает максимальное значение диапазонов, на котором производиться измерение, индикатор высветит «1». Выберите больший предел измерений. Для сопротивлений 1МОм и выше время установления показаний составляет несколько секунд. Это нормально для измерения больших сопротивлений.
2. Когда цепь разомкнута, на дисплее будет выводиться «1»
3. При изменении сопротивлений в схеме убедитесь, что схема обесточена и все конденсаторы полностью разряжены.
4. Напряжение разомкнутой цепи на пределе 200М равно 3В. При замкнутых накоротко, концах на этом пределе дисплей показывает 1,0+-0,1МОм, это нормально. При измерении сопротивления в 10МОм дисплей будет показывать 11Мом, при изменении сопротивления в 100МОм дисплей будет показывать 101МОм.
1,0 (+-0,1) является константой, которая должна вычитаться из показаний.
3.5 Проверка диодов и звуковая прозвонка
1.Подключите красный провод к разъему «V, W» черный — к разъему «СОМ». (Полярность красного при этом будет «+».
2. Установите переключатель на предел«—|>|—» и подсоедините щупы к измеряемому диоду, дисплей покажет прямое падение напряжения на диоде.
3. Подсоедините щупы к двум точкам исследуемой цепи. Если сопротивление будет менее 5Ом зазвучит сигнал.
3.6 Измерение транзистора
1.Установите переключатель функций на диапазонh FE.
2. Определите тип транзистора: «NPN» или «PNP» и найти выводы эмиттера, базы и коллектора.
Вставьте выводы в соответствующие отверстия на передней панели.
3. На дисплее будет значение h FE при токе базы 10 мкА и напряжении коллектор-эмиттер 2,8В.
3.7 Измерение температуры
1.Установите переключатель функций на диапазон ТЕМР и воткните вилку термопары в разъем прибора.
2.
Измерение внутренней температуры без термопары: установите переключатель функций на диапазон ТЕМП и считайте показания дисплея.
4.Уход за прибором
Замена батареи и предохранителя производится при выключенном питании и отсоединении концов от прибора.
4.1 Замена батареи
При необходимости замены батареи откройте заднюю крышку, выньте старую и поставьте аналогичную новую батарею.
4.2 Замена предохранителя
Если необходимо заменить предохранитель, используйте только предохранитель на 200мА, идентичных размеров.
Работаем с мультиметром
В комплект к мультиметру входят два щупа — с красным и чёрным проводом. Вилка чёрного щупа вставляется в гнездо с отметкой «COM» (от Common, общий). Вилка красного провода вставляется в соседнее гнездо с отметкой «V». Рядом может находиться ещё одно гнездо, которое тоже предназначено для красного щупа, но для измерения больших токов.
Щуп имеет острую иглу-наконечник, которым нужно касаться компонентов при выполнении электрических измерений.
Наконечники не являются источником большого заряда, и не могут нанести вам травму (только не пораньтесь острым концом).
Каждая позиция переключателя соответствует определённому числу, которое означает «не больше чем». Например, при измерении напряжения батарейки номиналом 6 В, нужно использовать позицию 20, а не 2. Если вы выберете неправильную позицию, то мультиметр покажет ошибку, например, «E» (error), «L» (lapse), «1» (изучите документацию к вашему устройству). Измените положение переключателя и выполните измерение снова.
Сопротивление
Международным обозначением сопротивления является греческая буква Омега — Ω, в России используется «Ом». Соотвественно, таблица различных значений выглядит следующим образом.
| Количество | Произносится | Международное | Русское |
|---|---|---|---|
| 1000 ом | 1 килоом | 1KΩ или 1K | 1 кОм |
| 10 000 ом | 10 килоом | 10KΩ или 10K | 10 кОм |
| 100 000 ом | 100 килоом | 100KΩ или 100K | 100 кОм |
| 1 000 000 ом | 1 мегаом | 1MΩ или 1М | 1 МОм |
| 10 000 000 | 10 мегаом | 10MΩ или 10М | 10 Мом |
Для измерения сопротивления нужно установить переключатель в позицию не меньше 100 КОм.
А затем переключать в меньшие значения.
Напряжение
Международным обозначением напряжения является буква V, в России используется «В». Соотвественно, таблица различных значений выглядит следующим образом.
| Количество | Произносится | Международное | Русское |
|---|---|---|---|
| 0.001 вольта | 1 милливольт | 1 mV | 1 мВ |
| 0.01 вольта | 10 милливольт | 10 mV | 10 мВ |
| 0.1 вольта | 100 милливольт | 100 mV | 100 мВ |
| 1 вольт | 1000 милливольт | 1 V | 1 В |
Сила тока
Международным обозначением силы тока является буква A, в России используется также «А». Соотвественно, таблица различных значений выглядит следующим образом.
| Количество | Произносится | Международное | Русское |
|---|---|---|---|
| 0.001 ампера | 1 миллиампер | 1 mA | 1 мА |
| 0.01 ампера | 10 миллиампер | 10 mA | 10 мА |
0. 1 ампера | 100 миллиампер | 100 mA | 100 мА |
| 1 ампер | 1000 миллиампер | 1 A | 1 А |
Электрический ток в батарейках называется постоянным током (DC, direct current).
В домах в розетках переменный ток (AC, alternating current).
Реклама
Как измерять напряжения в тысячи вольт с помощью мультиметра
Принципиальная схема приставки для возможности измерения высоких напряжений (много тысяч Вольт) с помощью мультиметра. В некоторых случаях требуетсяизмерять очень большие напряжения (десятки киловольт). Для таких целей существуют специальные приборы — «киловольтметры».
Покупать специально киловольтметр имеет смысл только когда вам нужно довольно часто измерять «киловольты». В повседневной же радиолюбительской практике такие измерения проводить приходится крайне редко.
И в этом случае можно обойтись и простым мультиметром. Но верхний предел измерения напряжение у стандартного мультиметра, обычно не бывает более 2000V.
Для того, чтобы мультиметром можно было измерять значительно более высокое напряжение, его необходимо дополнить приставкой в виде высокоомного и высоковольтного делителя напряжения.
Принципиальная схема
На рисунке ниже показана схема такого делителя. Он состоит из десяти резисторов сопротивлением по 68 МОм каждый, включенных последовательно, и одного резистора на 68 кОм.
Высокоомные резисторы образуют одно плечо делителя суммарным сопротивлением 680 МОм. А второе плечо образует резистор 68 кОм. Получается делитель напряжения на 10000.
Выход делителя подключаем к гнездам «СОМ» и «VОмmA», а вход (Х1 и Х2) к измеряемой цепи.
Рис. 1. Принципиальная схема высоковольтного делителя напряжения для измерения высоких напряжений с помощью мультиметра.
Мультиметр устанавливают в положение «2000мV», в котором он будет показывать напряжения до 20КV, а в положении «20V», теоретически, до 200 КV. Хотя, следует заметить, что таким способом нельзя измерять напряжение более 50 КV, так как приставку-делитель напряжения может пробить.
Либо нужно делать другую приставку, совсем по другому отнесясь к изолированию, и с большим сопротивлением. Что же касается этой приставки, то все резисторы должны быть крупными мощностью не менее 2W, а монтаж нужно выполнить, расположив все резисторы равномерно в линейку, так, чтобы расстояние между клеммами Х1 и Х2 было не менее 200мм.
Изоляция должна выдерживать большое напряжение. Схему можно собрать объемным способом и поместить внутрь стеклянной трубки, концы которой закрыть резиновыми пробками (через них выпустить провода). Можно сделать монтаж на листе органического стекла, на котором установить клеммы.
В любом случае, монтаж должен исключать возникновение токов утечки, а диэлектрические свойства основы должны соответствовать величине измеряемого напряжения.
Предостережение
ВНИМАНИЕ ! при работе с прибором нужно соблюдать все меры предосторожности при работе с высоковольтными установками. Приставка НЕПРИГОДНА для измерения напряжений в высоковольтных линиях электропередачи и промышленных электроустановках !!!
Можно измерять напряжения только на выходах умножителей, импульсных источников, схем развертки телевизоров, и в других подобных схемах.
Андреев С. РК-08-17.
Как измерить напряжение мультиметром в домашних условиях
{% if result.isEmpty and result.term %}
{% if translation.search.not_found %}{{translation.search.not_found}}{% else %}К сожалению, ничего не найдено для{% endif %} { {результат.термин | побег}}
{% endif%}
{% если ложь и результат.загрузка %}
{% еще %}
{% if result.suggestions или result.collections или result.pages %}
{{keywords_suggestions_title | побег}}
- {% для предложения в result.suggestions %}
- {{suggestion.keyword | escape}}{{suggestion.count}} {% конец для%}
{% конец%}
{% if result.
collections %}
{{translation.search.collections | по умолчанию: «Коллекции»}}
- {% для коллекции в result.collections %}
- {{collection.title | побег}} {% конец для%}
{% endif%}
{% endif%}
{% if result.products %}
{{products_suggestions_title}}
{% if result.term и result.isEmpty == false %} {% if translation.search.view_all_products %}{{translation.search.view_all_products}}{% else %}Просмотреть все продукты{% endif %} {% endif%}
{% if product_list_layout == ‘карусель’ %}
{% для продукта в result.products %}
{% если product.
image %}
{% еще %}
{% endif %}
{{product.title | escape}}
{{product.first_available_variant.sku}}
{{ product.price | деньги}}
{% конец для%}
{% еще %}
{% для продукта в result.products %}
{% если product.image %} {% еще %} {% endif %}
{{product.title | escape}}
{{product.first_available_variant.sku}}
{{ product.price | деньги}}
{% конец для%}
{% endif%}
{% endif%}
{% endif%}
{% if translation.
search.not_found %}{{translation.search.not_found }}{% else %}К сожалению, ничего не найдено для{% endif %} {{result.term | escape}}
электромагнетизм — Как вольтметр определяет напряжение?
Я не знаю, насколько общий ответ вам нужен, поэтому я начну с высокого уровня, а позже углублюсь в то, что такое напряжение и что на самом деле означает его измерение.
Я думаю, что ваш вопрос о цифровых вольтметрах (DVM), как они работают. Я предполагаю, что вы знаете, что когда у нас есть цифровой сигнал, мы можем обрабатывать его в электронном виде, чтобы выполнять любые арифметические и визуальные действия, необходимые для отображения некоторого значения на экране, поэтому я не буду это описывать.
Похоже, ваш вопрос касается получения этого цифрового представления в первую очередь из разности потенциалов. Цифровой вольтметр должен сначала получить цифровое представление аналоговой разности потенциалов, функция, выполняемая «аналогово-цифровым преобразователем» (АЦП).
В электронном виде функция АЦП состоит в том, чтобы заставить заряды каким-то образом работать и измерять работу, которую они выполняют (см. Ниже). А пока я объясню в общих чертах процесс преобразования аналогового потенциала (любого напряжения) в набор цифровых потенциалов (высокого или низкого напряжения). Есть несколько способов сделать это, и я опишу два.
Первый — это «последовательное приближение», в котором мы используем умную цифровую электронику, чтобы угадать значение, а затем играем в игру «больше или меньше». Скажем, например, мы хотим измерить некоторый потенциал, который будет находиться в диапазоне от 0 В до 4 В. Наше первое предположение 2.000V. Мы создаем цифровое представление значения «2,000» и используем цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) для преобразования этого цифрового сигнала в аналоговый потенциал 2,000 В. Затем мы сравниваем это с нашим измеренным потенциалом, тест, который мы можем выполнить, используя операционный усилитель в качестве компаратора.
Если наше предположение слишком низкое, старший бит нашего результата должен быть «1», который мы сохраняем в защелке (например, D-типа).
Затем увеличиваем наше предположение до середины оставшегося верхнего диапазона возможных значений (где-то от 2В до 4В), до 3.000В, и снова сравниваем. На этот раз мы обнаруживаем, что наша догадка слишком высока, и сохраняем следующий по значимости бит, «0». Сдвигаем наше предположение вниз к середине оставшегося возможного диапазона, к 2.500В, и снова тестируем. Повторяйте, пока не получите все нужные цифры.
Второй метод — это «интеграция», который намного проще понять. При этом используется цифровой счетчик, считающий в двоичном формате от нуля до любого количества битов точности, которое вы хотите. Мы используем ЦАП для преобразования этого двоичного значения в аналоговый потенциал и компаратор для определения того, выше или ниже этот потенциал, чем измеряемое напряжение. По мере того, как счетчик ведет отсчет от нуля вверх, потенциал на выходе ЦАП медленно растет.
Продолжайте считать, пока выход компаратора не изменится, и в этот момент значение вашего счетчика будет двоичным представлением измеряемого напряжения! Магия!
Как работает ЦАП? Это сравнительно простой процесс суммирования напряжений пропорционально взвешенным двоичным битам. Например, для двоичного значения «1011» вы можете просто выполнить следующую сумму:
$$ (1 х 8 В) + (0 х 4 В) + (1 х 2 В) + (1 х 1 В) = 11V $$
Давайте углубимся в физику. Когда мы измеряем разность потенциалов, мы измеряем количество потенциальной энергии, которую электрические заряды, находящиеся в некоторой точке А цепи, имеют по отношению к зарядам в другой точке В. Учитывая средства передвижения, такой заряд будет перемещаться из А в B (или от B до A, в зависимости от полярности заряда), «совершая работу» при этом.
Под «выполнением работы» я подразумеваю, что заряд будет взаимодействовать с окружающей средой по мере своего движения либо электрически, либо магнитно, в результате чего его потенциальная энергия преобразуется в какую-либо другую форму, такую как тепло, свет или движение.
На практике инженеры никогда не думают в таких терминах, но я полагаю, полезно знать, что там происходит на самом деле, так что читайте дальше, если это вас интересует.
Чтобы измерить разность потенциалов между A и B, вы должны предоставить зарядам среду, через которую они проходят, и измерить работу, которую они совершают на пути из A в B через среду (или из B в A, опять же, в зависимости от полярности заряда) .
Задача вольтметра состоит в том, чтобы обеспечить такой путь, давая зарядам возможность выполнять работу, которую люди могут видеть физически, с целью использования этого физически видимого явления для измерения количества проделанной работы.
В гальванометре с подвижной катушкой, например, предлагаемый путь представляет собой катушку проволоки. Когда заряды проходят через катушку (движение, которое мы называем «электрическим током»), работа, которую они выполняют, заключается в создании магнитного поля, которое используется для отклонения подпружиненного постоянного магнита.
Другими словами, потенциальная энергия зарядов расходуется на выполнение работы по физическому перемещению магнита. Величина отклонения отражает количество проделанной работы, которая, как мы теперь знаем, напрямую связана с потенциальной энергией, которую заряды потеряли («потратили») в своем путешествии, то, что мы называем разностью потенциалов или напряжением.
В DVM работа, выполняемая зарядами, более тонкая. Современные DVM используют МОП-транзисторы, которые имеют «затвор» и «канал». «Ворота» — это место накопления электронов, но, чтобы остаться там, электроны должны сначала преодолеть электростатическое отталкивание электронов, уже находящихся там, и близлежащих электронов в «канале» полевого МОП-транзистора. (Так работает конденсатор, а затвор полевого МОП-транзистора, по сути, представляет собой крошечный конденсатор). Это «работа», которую мы измеряем, потенциальная энергия, которую они тратят на преодоление этого отталкивания, чтобы занять область ворот.
Однако, оказавшись там, присутствие этих накопленных электронов затвора отталкивает и вытесняет электроны из канала.
С меньшим количеством электронов, присутствующих в канале, для участия в электрическом токе сопротивление канала значительно увеличивается, что является значительным изменением по сравнению с крошечным количеством энергии, которое его спровоцировало.
Мы можем использовать это сопротивление канала как часть более крупной схемы, чтобы в конечном итоге получить любое желаемое напряжение или ток в зависимости от измеряемой разности потенциалов, энергии, которая в первую очередь заполнила затвор зарядами.
Просто так:
Этот простейший вольтметр, который я знаю, это моя кожа. Если я приложу клеммы батареи PP3 к своему языку, я создаю путь для зарядов на одной клемме, чтобы двигаться к другой, через мой язык, и выполнять там работу по мере их перемещения. Большая часть работы, которую они выполняют, — это нагрев, но некоторая работа выполняется для ионизации соединений в нервной системе, что я ощущаю как покалывание. Сила покалывания связана с потенциальной энергией, расходуемой электронами при их путешествии по моему языку, что мы и подразумеваем под «напряжением».