Что измеряет и показывает вольтметр

Что измеряет и показывает вольтметр

Такой прибор, как вольтметр, знаком каждому еще со времен изучения физики, а точнее — электродинамики. Если знать, что измеряет вольтметр, можно применять его с пользой. Главное — помнить, что подключать в сеть его нужно параллельно, иначе показания будут неточными. При работе важно соблюдать меры предосторожности, так как электрический ток любого напряжения представляет опасность для жизни.

  • Подробнее о приборе
  • Что такое напряжение
  • Разновидности вольтметров
  • Технические характеристики
  • Принцип работы
  • Меры безопасности

Вольтметр. Виды. Устройство. Работа. Применение. Особенности

Вольтметр – измерительный прибор для считывания уровня электрического напряжения. Он подключается параллельно нагрузке или непосредственно к источнику напряжения (U). Единица измерения напряжения — Вольт (V). Прибор имеет большое сопротивление. Чем оно больше, тем он лучше и точнее. Это снижает воздействие на измеряемую цепь, и дает возможность считать данные о напряжении с минимальной погрешностью.

Разновидности по предназначению
По предназначению приборы могут быть:
  • Постоянного напряжения.
  • Переменного напряжения.
  • Импульсной чувствительности.
  • Фазовые.
  • Селективного поиска частот.
  • Универсальные.
Постоянного напряжения

Вольтметр постоянного напряжения имеет маркировку В2. Он применяется в сетях с постоянным током. Обычно такие приборы используют как тестер для различного оборудования, а также автомобильной проводки.

Переменного напряжения

Приборы переменного напряжения имеют маркировку В3. Он используется в сетях соответствующего тока. Прибор преобразовывает переменные параметры в постоянные, на выходе проводится усиление сигнала, который поступает на измерительный механизм. Фактически внутри, устройство для переменных сетей, соответствует прибору постоянного тока, но перед этим имеет специальную систему для преобразования параметров электричества.

Импульсной чувствительности

Импульсочувствительные модели маркируются обозначением В4. Они предназначены для снятия показаний коротких импульсных напряжений. Часто такие вольтметры применяют для поиска импульсных помех. Иными словами, с помощью данного прибора можно выявить, на каком участке электрической цепи присутствует слабый контакт. Благодаря этому свойству импульсные блоки применяют при тестировании электропроводки автомобилей, микросхем и т.д.

Фазовые

Фазовые аппараты маркируются как В5. Приборы предназначены для снятия измерений квадратурных составляющих первой гармоники. Принцип действия таких измерителей заключается в том, что они оснащаются двумя чувствительными зонами. Прибор снимает два показания. Первоначальная фаза устройством воспринимается как ноль. Такие приборы практически не востребованы, поскольку в быту являются ненужными.

Селективного поиска частот

Измерительные приборы селективного поиска частот имеют на корпусе обозначение В6. Они одни из самых габаритных. Вольтметры этого типа могут выделять гармонические составляющие сложных сигналов. Фактически их конструкция имеет много общего с радиоприемниками, которые ловят частоты сигналов.

Универсальные

Универсальные измерители являются многофункциональным устройством, которое позволяет снимать показатель напряжение в любых электрических сетях. На корпусе таких приборов стоит маркировка В7. Зачастую в комплекте с такими устройствами идут наборы шунтов для проведения безопасного подключения.

Разновидности по внешним параметрам
По внешним параметрам измерители разделяют на три категории:
  • Переносные.
  • Стационарные.
  • Щитовые.

Переносные вольтметры являются полностью автономными. Они отличаются небольшими размерами, весом и удобным корпусом для транспортировки. Мультиметр или тестер считаются одной из разновидностей переносных вольтметров. Зачастую такие приборы оснащаются двумя электродами для снятия показаний электрической цепи без необходимости закрепления прищепками или крокодилами.

Стационарные вольтметры являются более тяжелыми. Они обычно устанавливаются в сложное электрическое оборудование. Такие приборы более чувствительные, поэтому отличаются повышенными габаритами. Их устанавливают на производственных объектах, где постоянно требуется контролировать состояние электросети, которая поддерживает работу холодильных установок, нагревательных элементов, систем кондиционирования и пр. Особенно они важны, если идет питание от генератора.

Щитовые вольтметры имеют много общего со стационарными, поскольку их нельзя переносить. Они зачастую имеют более компактный корпус, чем стационарные, но все-таки крупнее переносных вольтметров. Обычно их устанавливают в щитовые шкафы.

Принцип действия

По принципу действия вольтметры, как и любые другие приборы, предназначенные для изменения параметров электрической цепи, бывают электронными и механическими. Способы, по которым они проводят измерения, отличаются. Сложно сказать какой принцип лучше.

Электромеханические

Электромеханические вольтметры имеют стрелку, которая закреплена на рамке с обмоткой. Рамка насаживается на ось с постоянным магнитом. При подаче напряжения создается электромагнитное поле. В результате его взаимодействия с полем постоянного магнита, рамка начинает отклоняться вместе со стрелкой, которая указывает на шкалу.

Такие приборы могут иметь различную чувствительность, которая выражается коэффициентом пропорциональности между цифровым отображением угла на шкале и реальным напряжением. Для того чтобы предотвратить колебания стрелки на шкале, и снять точные показания применяется индукционный демпфер. Обычно его делают из алюминиевой пластины, которая также крепится на оси и передвигается вместе со стрелкой. Создаваемые электромагнитные завихрения контактируют с пластиной, подобно парусу и ветру. Это притормаживает колебания стрелки. Также бывает воздушный демпфер, который состоит из механизма из поршня и цилиндра. При колебаниях стрелки они придерживают ее, не допуская сильных скачков. Проводится обычное затормаживание поршнем, зафиксированным в цилиндре.

Также внутри электромеханических вольтметров имеется система противовесов в виде грузиков устанавливаемых на стрелку. Они не допускают ее отклонение под влиянием силы тяжести. Благодаря этому устройство дает точные показатели вне зависимости от угла наклона при проведении измерения. Подвижные части механизма вольтметра делают из твердой стали, которая не поддается истиранию. Все стержни полируются для снижения трения.

При подключении таких приборов необходимо соблюдать полярность, поскольку при неправильном соединении стрелка будет пытаться повернуться в противоположную сторону, что не позволяет специальный стопор в корпусе.

Электронные

Электронные вольтметры могут быть аналоговыми или полностью электронными. Аналоговые приборы внешне напоминают обычные механические. Они также оснащаются стрелкой, которая указывает на шкалу. Внутри них имеется компактная система преобразования входного напряжение в постоянное. Благодаря этому колебания стрелки исключаются. Специальный детектор в зависимости от уровня напряжения отклоняет стрелку под определенным углом, который и соответствует измеренному напряжению цепи.

Цифровые вольтметры имеют микросхему (контроллер). На внешней панели имеется дисплей, на котором отображается напряжение в цифровом виде. Такие приборы отличаются большой точностью, компактностью, легкостью и надежностью. Точность вольтметра в первую очередь зависит от преобразователя, переводящего параметры напряжения в кодированный цифровой сигнал, который отображается на дисплее.

Как подключать вольтметр и правила пользования

В электрических схемах вольтметр отображается латинской буквой «V». Для получения точных данных прибор должен быть подключен параллельно участку цепи, на которой необходимо провести измерение напряжения. При подсоединении важно соблюсти полярность. Для непосредственной фиксации проводов прибора к проводнику он оснащается специальными зажимами или точечными электродами.

В тех случаях, если необходимо замерить напряжение источника питания, прибор подключается непосредственно к его клеммам. При этом необходимо учитывать, что для высоковольтного напряжения нельзя применять слабые вольтметры, не рассчитанные для таких параметров.

Все устройства разделяются по диапазону измерения. Существуют вольтметры, которые могут фиксировать как милливольты, так и киловольты. Бывают также модели для работы с микросхемами, так называемые микровольтметры. Они чувствительны к миллионной части вольта. Следует всегда смотреть на диапазон частоты измерения, перед тем как использовать вольтметр для снятия параметров напряжения в отдельно взятом участке электрической цепи. Применив микровольтметр вместо киловольтметра можно вызвать короткое замыкание.

Читайте также  Мангал из баллона

Особенно важно обратить внимание, что если прибор рассчитан для постоянного тока, то его нельзя подключать к переменному, и наоборот. Если применяется универсальный вольтметр, то перед его подключением необходимо выбрать режим измерения. В случае, когда он применяется для измерения постоянного напряжение, то на панели вольтметра необходимо установить значение, например + 60В. После этого нужно уменьшать вольтаж до тех пор, пока прибор не начнет считывание. Это проводится потому, что сети постоянного тока могут иметь различные напряжения. К примеру, в военной технике – 24В, автомобилях – 12В, а в некоторых мотоциклов – 6В. В том случае, когда нужно работать с сетью переменного тока, то устанавливается показатель 220В.

Технические характеристики

Вне зависимости от того, по какому принципу работает вольтметр, его назначению и способу исполнения, все приборы имеют общие критерии оценки эффективности. На них следует обратить внимание, перед тем как начинать использовать, или покупать устройство. В первую очередь это касается точности измерения. Этот показатель характеризует соответствие тех данных, которые фиксирует прибор, с реальными параметрами напряжения.

При наличии максимального внутреннего сопротивления вольтметр любого типа будет оказывать минимальное влияние на электрическую цепь, с которой снимаются показатели. Чем выше этот показатель, тем устройство точнее.

Наименования и обозначения

Все отечественные вольтметры маркируются соответствующим его характеристикам шифром. Поэтому, чтобы определить его устройство и вид, не понадобятся сопроводительные документы. Первая буква может поведать о его модификации и устройстве.

Видовые наименования

Делятся в зависимости от пределов напряжения, которое может
измеряться: от самых малых значений до тысяч Вольт. Также существует векторметр для замеров фазовых изменений.

Обозначения

Существует две системы маркировки. Одна обращает внимание на тип устройства, другая – на токовые характеристики. Если в руках находится электродинамический агрегат, то он будет промаркирован буквой “Д”. Буква “М” в начале названия укажет на магнитоэлектрический аппарат. “С” ставят на электростатические. Устройство с буквой “Ф, Щ” является отличием электронных аппаратов, “Ц” применяют для выпрямительного типа. Букву “Т” можно найти, если вольтметр термоэлектрический, а “Э” – электромагнитный.

В зависимости от измеряемого напряжения, прибору присваивается свой шифр. Начинается он с буквы “В” – вольтметр. После чего идёт цифра. Например, 2 – это устройства для постоянного тока, цифрой 3 отмечают специализирующиеся на переменном токе, 4 – импульсные. Шифр В7 определяет универсальное устройство. В5 и В6, соответственно, для фазочувствительного и селективного устройства.

По назначению все вольтметры делятся

Вольтметры переменного тока, как и постоянного используются для измерений в сетях с соответствующим типом тока, а вот селективные – могут отделять гармоническую составляющую сложного сигнала, и определять среднеквадратическое значение напряжения.

Импульсный вольтметр обычно используют для измерений амплитуды постоянных импульсных сигналов, а также они способны точно определить амплитуду одиночного импульса.

Фазочувствительные приборы могут измерять изменения составляющих комплексных напряжений, благодаря чему становится возможным точное исследование амплитудно-фазовой характеристики усилителей, и прочих подобных схем.

По принципу действия различают электронные (цифровые или аналоговые), и электромеханические вольтметры (электромагнитные, термоэлектрические, а также магнитоэлектрические, электродинамические и электростатические).

Все электромеханические приборы, за исключением термоэлектрических, по сути, являются обычным измерительным механизмом с показывающим устройством. Во всех них для расширения пределов измерений применяются дополнительные сопротивления.

Приборы данной категории, не смотря на довольно высокое внутреннее сопротивление, имеют относительно большую погрешность, что делает невозможным их использование в ходе экспериментов и исследований, где требуется повышенная точность данных.

Термоэлектрический вольтметр использует для замеров электродвижущую силу одной или нескольких термопар, которые греются из-за тока входящего сигнала. Они более точны и компактны, в сравнении с электромеханическими измерителями напряжения.

Электронные вольтметры в свою очередь подразделяются на цифровые и аналоговые.

Цифровой вольтметр преобразует постоянное значение напряжения в цифровой сигнал, который и выводится на табло прибора. Делается это при помощи аналого-цифрового преобразователя.

В аналоговых вольтметрах помимо магнитоэлектрического измерителя и дополнительных резисторов в обязательном порядке присутствует измерительный усилитель, позволяющий в несколько раз повысить внутреннее сопротивление прибора, и соответственно – улучшить точность показаний.

Вольтметр переменного тока

Электронные широкополосные вольтметры, которые используются в сетях переменного тока, имеют конструктивные особенности и свойственную лишь им градуировку. Воздействие на измеряемую цепь зависит от входных параметров: входного активного сопротивления (Rв) (при этом оно должно быть наиболее высоким), емкости на входе (Cв) (она должна быть минимальной) и индуктивности (Lпр) (вместе с емкостью создается последовательный колебательный контур, который отличается своей резонансной частотой).

Рис. №3. Схема подключения вольтметра

Измерение сопротивления

Низкоомный вольтметр с сопротивлением max 15 Ом годится для измерения сопротивлений, которое выполняется с помощью формулы:

Rx = Rи * (U1/U2 – 1).

В формуле используется сопротивление Rв (вольтметра), и 1 и 2 показания прибора, точность измерения при этом не обязательно соответствует действительности, потому что замер не учитывает внутреннего сопротивления. Более точного результата можно достичь при использовании формулы:

Rx = (Rв + r ) * (U1/U2 — 1), где r — внутреннее сопротивление.

При замере каждое следующее сопротивление должно быть большим и выполняться с записью каждого замера.

Чтобы узнать, какое напряжение показывает прибор, необходимо руководствоваться шкалой вольтметра и ценой деления. Она определяется по максимальному пределу замеряемого значения, разделенного на количество делений шкалы.

Классификация вольтметров

Исходя из конструкции, сферы использования, точности измерения и другим показателям вольтметры классифицируют следующим образом.

1) По принципу действия вольтметры бывают электромеханические (чаще всего встречаются магнитоэлектрические и электромагнитные) и электронные (цифровые и аналоговые).

2) По назначению – импульсные, постоянного и переменного тока и другие.3) По способу применения: щитовые (встроенные) и переносные.

Электромеханические вольтметры

Лучшими показателями точности и чувствительности в сравнении с другими типами вольтметров обладают магнитоэлектрические вольтметры. Обычные люди с такими приборами не сталкиваются, поскольку они применяются, в основном, для лабораторных измерений. Электромагнитные вольтметры распространены значительно шире. Они просты и надежны в эксплуатации, недороги в изготовлении, но имеют два основных недостатка – высокое собственное энергопотребление (5-7 Вт) и высокую индуктивность обмоток, вследствие чего частота переменного напряжения оказывает значительное влияние на показания прибора. Вольтметры этого типа устанавливаются в распределительных щитках электростанций и производственных объектов.

Электронные вольтметры

Бывают двух типов – аналоговые и цифровые. Отличить одни от других очень просто – в аналоговых приборах имеется шкала и стрелка, отклонение которой от нуля и указывает на величину напряжения, а цифровые вольтметры выдают значение напряжения на электронное табло. Принцип работы аналоговых вольтметров заключается в следующем: входное переменное напряжение преобразуется в постоянное, усиливается и подается на детектор, выходной сигнал которого и вызывает отклонение стрелки. Чем больше входное напряжение – тем сильнее отклоняется стрелка.

Схема универсальных вольтметров позволяет измерять и постоянное и переменное напряжение в зависимости от положения переключателей режимов работы. Особенностью измерения постоянного напряжения аналоговыми вольтметрами является необходимость соблюдения полярности подключения прибора. При измерении отрицательного напряжениястрелка будет отклоняться влево от нуля, а при положительном напряжении – вправо. Если шкала вашего прибора не предусматривает возможности отклонения стрелки в двух направлениях, то для измерения отрицательного напряжения нужно, например, красным щупом коснуться точки, которой перед этим касались белым щупом и наоборот (цвета щупов и проводов могут быть произвольными).

Читайте также  Устройство сверлильного станка

Цифровые вольтметры

Вольтметры этого типа более точно измеряют напряжение в сравнении с аналоговыми. Принцип действия основан на преобразовании аналогового входного напряжения в цифровой код, поступающий на цифровое отсчетное устройство, которое преобразует полученный двоичный код в десятичную цифру, отображаемую на табло. Точность измерения напряжения зависит от дискретности входящего в состав прибора аналого-цифрового преобразователя.

Техника безопасности при использовании вольтметров.

Требования соблюдения техники безопасности являются одинаковыми для всех электрических приборов. Во время измерения напряжения важно правильно поставить на приборе тип измеряемого напряжения. Если неверно установить постоянное напряжение, то при подключении к цепи с имеющимся там переменным напряжением, этот прибор может сломаться. Чтобы не ошибиться, нужно знать следующее.

Постоянное напряжение всегда идет со знаком +27 В или -5 В. Также переменное напряжение может обозначаться знаком волны

220 В. Перед самими измерениями необходимо определить диапазон измерения, это очень важно. Например, если нужно исследовать наличие напряжение +27 В, то нужно установить: постоянное напряжение, пределы измерения больше измеряемого напряжения.

Если показатель напряжения в цепи неизвестен, то установите максимально возможный предел измерения. После потихоньку уменьшайте до появления показаний. Если сделать наоборот, то прибор выйдет из строя вследствие перенапряжения.

Сопротивление у идеального вольтметра равно бесконечности. Но это у идеального, у реального оно значительно меньше, но все еще очень высоко. Поэтому при подключении измерительного прибора в цепь последовательно его показания не будут иметь ничего общего с правдой, а его внутреннее сопротивление окажет существенное влияние на электрическую цепь (практически разрыв цепи из-за большого внутреннего сопротивления).

Вольтметр всегда подключается параллельно цепи, так что падение напряжения на измерительном приборе никак не влияет на работу электрической цепи. Также если измерительный прибор является многопредельным (например 3, 15, 75 и 150 В), при переключении предела последовательно катушке измерения вводится добавочное сопротивление (как правило оно уже установлено в корпусе прибора, но стоит уточнить это в техпаспорте), которое предохраняет измерительную катушку электрического прибора от токов выше номинального и обеспечивают точность измерения.

Мультиметр

Напряжение может измерять и мультиметр. Перед тем как использовать это устройство, нужно обязательно ознакомиться с инструкцией.

Мультиметры, как правило, могут измерить три основные величины: силу тока, сопротивление и напряжение. Они могут быть аналоговыми и цифровыми.

Некоторые мультиметры могут измерять и:

  • Переменный ток
  • Электрическая ёмкость
  • Температура
  • Частота напряжения
  • Индуктивность
  • Большая сила тока

Таким образом, возможности мультиметра определяются их моделью и типом. Абсолютно любой мультиметр может измерить напряжение, силу тока (постоянную) и сопротивление.

Классический вольтметр удобен в использовании и несложен в своем устройстве. Он всегда подключается параллельно к участку цепи. Всегда лучше сначала собрать цепь, а потом подсоединять к ней вольтметр. В работе с этим прибором очень важно соблюдать полярность. С помощью него можно измерять напряжение в машине. Никогда не надо забывать, что напряжение (как высокое, так и низкое) опасно не только для здоровья, но и для жизни человека.

Поэтому при работе с электроприборами нужно соблюдать технику безопасности: пользоваться специальными перчатками, работать только в нормальных условиях и т. д. Перед использованием, нужно проверять прибор.