Что измеряют с помощью вольтметра

Вольтметр. Назначение, устройство, как пользоваться и подключать вольтметр, принцип работы

Вольтметр — это электроизмерительный прибор, который предназначен для измерения электрического напряжения на полюсах источника тока или на каком-нибудь участке электрической цепи. Эта величина задается в единицах, называемых вольтами, отсюда и название прибора — «Вольтметр». На практике значения электрического напряжения измеряются в различных диапазонах, от микровольт (мкВ) до мегавольт (МВ).

Эти приборы доступны в продаже, как в аналоговом, так и в цифровом исполнении.

Многие вольтметры по внешнему виду очень похожи на амперметры. Для отличия вольтметра от других электроизмерительных приборов на его шкале ставят букву V. На схемах вольтметр изображают кружком с буквой V внутри (см. рисунок 1).

Рисунок 1. Электрическая схема с вольтметром

Как подключать вольтметр и производить измерения?

Вольтметры всегда должны быть подключены параллельно с электрическим устройством или элементом, на котором измеряется электрическое напряжение (рисунок 2).

Рис. 2. Способ измерения электрического напряжения на концах элемента R

Ключевая мысль состоит в том, что зажимы вольтметра присоединяют к тем точкам электрической цепи, между которыми надо измерить электрическое напряжение.

Однако следует помнить, что при таком соединении часть тока I_V будет протекать через вольтметр, а не через проверяемый элемент R. Таким образом, мы имеем дело с ситуацией, когда действие измерения физической величины изменяет значение этой величины. Это не единственный подобный пример в физике.

Как видно из предыдущих рассуждений, для измерения истинного значения электрического напряжения на концах элемент цепи, нам понадобится вольтметр с бесконечным сопротивлением. Тогда через измерительный прибор не будет протекать электрический ток, поэтому измерения будут неискаженными. На практике бесконечное электрическое сопротивление в вольтметре реализовать невозможно. Тем не менее, в настоящее время продаются вольтметры с чрезвычайно высоким внутренним сопротивлением, превышающим 100 ТОМ.

Стоит отметить, что считанное значение напряжения всегда меньше истинного значения. Это пример систематической ошибки измерения.

Истинное значение напряжения на концах элемента R на рис. 2, согласно закона Ома для участка электрической цепи, составляет: U = I*R

После простых преобразований получаем, что реальное значение электрического напряжения на концах проверяемого элемента цепи R имеет значение: U = U_V * (1 + R/R_V )

Эта формула подтверждает наше предыдущее утверждение о том, что идеальный вольтметр должен иметь бесконечное внутреннее сопротивление. Поскольку коэффициент сопротивления в этой формуле стремится к бесконечности, измеренное значение U_V стремится к истинному значению U. Поскольку в реальности не существует прибора, удовлетворяющего этому идеальному условию, при проведении измерений необходимо выбирать вольтметр таким образом, чтобы величина вносимой им ошибки находилась в пределах предполагаемой погрешности измерений.

Вывод: Чем выше внутреннее сопротивление вольтметра, тем меньше погрешность измерения; поэтому вольтметры всегда имеют очень высокое электрическое сопротивление.

Как и у амперметра, у одного зажима вольтметра ставят знак «+«. Этот зажим необходимо обязательно соединять с проводом, идущим от положительного полюса источника тока. Иначе стрелка прибора будет отклоняться в обратную сторону. А отрицательный зажим, соответственно, соединяют с проводом, идущим от отрицательного полюса источника тока.

Расширение диапазона измерений.

У аналоговых вольтметров диапазон измерения в принципе ограничен концом шкалы; если на измерительный прибор подается более высокое напряжение, то, с одной стороны, стрелка прибора не может отклониться дальше, а с другой стороны, даже сам прибор может быть поврежден (выйти из строя). Чтобы расширить диапазон измерений в большую сторону, необходимо использовать подходящую электрическую схему, обеспечивающую подачу на вольтметр только части измеряемого напряжения.

Этого можно достичь, объединив вольтметр с последовательно подключенным резистором (эти резисторы ещё называют — «добавочными резисторами»). Например, если вольтметр с диапазоном измерения 50 мВ имеет внутреннее сопротивление 100 Ом, то последовательный резистор со значением 900 Ом вызывает падение напряжения на вольтметре только на 1/10. Таким образом, диапазон измерений увеличивается в 10 раз, поэтому вольтметры теперь могут измерять напряжение до 500 мВ.

Верхние пределы расширения диапазона измерения практически отсутствуют. Если последовательный резистор в вышеприведенном примере имеет значение 99 900 Ом, то общее сопротивление равно 100 000 Ом, и на вольтметре падает только 1/1000 от приложенного напряжения. Соответственно, можно измерить в 1000 раз большее напряжение, т.е. максимум 50 В.

Более наглядно посмотреть, как подключаются добавочные резисторы в электрическую цепь вы можете видеть на рисунке 3 ниже.

после преобразований получаем, что сопротивление добавочного сопротивления должно иметь значение:

Мы также можем уменьшить диапазон измерения вольтметра. Для этого мы используем делители напряжения как на рис. 4.

Рис. 4. Делитель напряжения для уменьшения диапазона измерения вольтметра с U_V до U₁

При использовании цифровых измерительных приборов, измерение выполняется электронным способом и отображается на дисплее в цифровом виде. Однако проблема погрешности измерений и принцип расширения диапазона измерений идентичны для аналоговых и цифровых измерительных приборов.

Как работает вольтметр?

Существует два типа вольтметров: аналоговые, показывающие значение путем наклона стрелки механического прибора, и все чаще используемые в настоящее время цифровые, оснащенные сложными электронными схемами.

Существует, однако, тип аналогового вольтметра, принцип действия которого не основан на принципе работы амперметра. Это электростатический вольтметр. На практике это конденсатор с одной неподвижной обкладкой и другой подвижной. Электрическое взаимодействие обкладок вызывает перемещение указателя, прикрепленного к движущейся части. С помощью такого вольтметра можно можно измерять даже очень высокие электрические напряжения, а значение его внутреннего сопротивление почти бесконечно.

Устройство

Рассмотрим устройство электростатического и электромагнитного вольтметра и способ их подключения к схеме.

На рисунке 5 показана конструкция электростатического вольтметра (слева) и электромагнитного вольтметра (справа) и как они соединены в электрическую цепь. Подвижные части вольтметров отмечены красным цветом.

Различные элементы вольтметров показаны цифрами.

Рисунок 5. Устройство вольтметров (электростатического — слева, электромагнитного — справа)

На рисунке 5 обозначено:

Источник

Вольтметр.

Вольтметры, как и любые электрические приборы должны регулярно проверяться на соответствие техническим характеристикам, ремонтироваться и обслуживаться.

Определение технических характеристик вольтметра, виды вольтметров.

Чтобы определить технические характеристики вольтметра учитываются следующие показатели:

Стандартный вольтметр может измерять напряжение от милливольт до тысячи вольт. Но могут использоваться и специальные вольтметры.

Существуют миливольтметры и микровольтметры, которые могут измерить самые маленькие значения напряжения, но сохраняют высокую точность- до миллионных частей вольта. А есть киловольтметры- приборы, для измерения очень высокого напряжения, до 1000 вольт.

Чтобы работать с такими приборами нужны специальные навыки и опыт, допуск к эксплуатации электрических установок с напряжением более 1000 вольт. Это необходимо для избежания поломок приборов, работая с милли- и микровольтметрами или травм при работе с киловольтметрами.

Точность измерения (погрешность). С помощью этого параметра можно установить возможные отличия данных прибора от действующего напряжения в сети.

Вольтметры и их классификация.

Классификация вольтметров зависит от их конструкции, области применения, других параметров. Вольтметры подразделяются по следующим принципам:

Вольтметры электромеханического типа.

Большая чувствительность, а значит и точность имеется у магнитоэлектрических вольтметров. Данные приборы используются чаще в лабораториях. Самыми распространенными вольтметрами являются электромагнитные.

Вольтметры электронного типа.

Электронные вольтметры подразделяют на аналоговые и цифровые. В аналоговых приборах есть шкала и стрелка, которая показывает величину напряжения, отдаляясь от нуля. Такие приборы работают следующим образом: входное переменное напряжение переводится в постоянное, увеличивается и направляется на детектор. После этого выходной сигнал и приводит к отклонению стрелки. Чем сильнее отклоняется стрелка, тем сильнее входное напряжение.

В цифровых вольтметрах показания о значении напряжения выносятся на электронное табло.

Благодаря схеме универсальных вольтметров можно определять и постоянное и переменное напряжение, в зависимости от установленных переключателей режимов работы и их положения.

Вольтметры цифрового типа.

Измерения цифровыми вольтметрами будут точнее, чем аналоговыми. Измерение осуществляется путем превращения аналогового входного напряжения в цифровой код, который направится на цифровое отсчетное устройство, а затем трансформирует полученный двоичный код в десятичную цифру, которая появится на табло.

Корректность измерения напряжения обусловлена дискретностью входящего в состав прибора аналого-цифрового преобразователя.

Установление типа вольтметра по названию.

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.

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.

Источник

Как работает вольтметр

Для проверки работоспособности и исправности электроприборов, прокладки сетей и простого измерения параметров сети используются электронные приборы. В их число входит и вольтметр, который знаком каждому человеку еще со школьной скамьи. Электронные вольтметры составляют крупнейшую группу электроизмерительных приборов. Главное их назначение — получение параметра напряжения в сетях постоянного и переменного тока в широких диапазонов радиоволн. В этом материале будет рассказано: что именно и как измеряет вольтметр, его устройство и принципы действия, краткую историю создания, какие виды вольтметров существуют.

История создания

Прародителем всех современных вольтметров стал своеобразный указатель «электрической силы», о которой еще никто ничего толком не знал. Его изобретателем стал русский физик Георг Рихман. Датой этого открытия считается 1745 год. Показатели измерялись с помощью небольших весов рычажного типа, которые колебались в зависимости от воздействий электричества. Этот основной принцип используется во всех современных вольтметрах.

Процесс измерения вольтажа прибора

Модернизированная версия прибора появилась в 1830-х годах благодаря Фарадею, но не осталось никаких доказательств этому. Следующий по счету прибор был придуман Морицом Якоби в 39 году 19 века, когда тот смог превратить гальванометр в прибор для измерения характеристик электрического тока.

Серьезным этапом модернизации стало изобретение француза д’Арсонваля, придумавшего гальванометр для измерения магнитных и электрических полей. При их изменении прибор показывал разные значения.

Георг Рихман — один из первых изобретателей вольтметра

Важно! Русские ученые П. Яблочков и М. Добровольский также внесли огромный вклад в развитие прибора. Добровольский, в частности, создал амперметр и электромагнитный вольтметр. Кроме них, над этим работал и Н. Славянов. Рабочий металлург на пушечных заводах придумал амперметр на 1000 Ампер в 1880-х.

После утверждения Ампера и Вольта в качестве электротехнических величин в международных стандартах. Немец Фридрих Циппенбон изобрел первое устройство, которое официально было названо «вольтметр».

Старинный вольтметр

Что измеряют вольтметром

Вольтметр — прибор, предназначенный для измерения напряжения электрического тока в цепи. Его название происходит от единицы измерения напряжения — Вольта и традиционного для всех измерительных приборов окончания «метр». Для начала его использования нужно всего лишь включить его в сеть. Сразу после этого он начнет показывать параметр напряжения.

Погрешности возможны в любых даже современных инструментах. Без них никуда, но они незначительны. Чтобы погрешность стремилась к нулю нужно, чтобы внутреннее сопротивление прибора стремилось к бесконечности. Если этого не будет, то влияние на прибор цепи, к которой он подключен, неизбежно. Конечно, такого сопротивления быть не может, как и идеальных вольтметров.

Формулы напряжения в 1 Вольт

Стоит разобраться с понятием «напряжения» подробнее. Это необходимо для того, чтобы понять принцип работы приборы. Все знают еще со школы, что напряжение равно силе тока умноженной на сопротивление участка цепи.

Формула проста, но не дает точного понимания понятия. Ток остается невидимым, а напряжение — простыми цифрами. Для простоты понимания можно привести пример с простыми вещами, которые могут наблюдаться каждый день. Например, при движении воды по речке и водопаду, напряжение будет соответствовать высоте, то есть разности уровней воды. В сети все то же самое и напряжение определяет воображаемый напор воды. Если не будет напряжения, то не будет и тока. Аналогично и воде: если разность уровней будет нулевой, то вода не будет двигаться.

Современный стрелочный вольтметр

Важно! Шкала прибора отмечена латинской буквой «V». Это внешне отличает его от амперметра и других приборов. Других отличий между ними мало. Они вполне могут выглядеть практически одинаково.

Диапазон измерения прибора может быть разным. Устройства для слабой сети показывают максимум 5 Вольт, а промышленные аппараты — до 1000 Вольт. Все зависит от его предназначения.

Технические характеристики

Согласно документации, на схемах сети вольтметры принято обозначение окружностью с вписанной латинской буквой «V». На русских смехах он может заменяться на русскую букву «В». Более того, первая цифра после буквы в маркировке отображает тип устройства и специфику его использования. Например, В2 — вольтметр для постоянного тока, В3 — для переменного, В4 — для импульсного и т.д.

Аппарат В3-38 для использования в сетях переменного тока

Оценка характеристик прибора включает в себя следующие компоненты:

Цифровые устройства практически полностью вытеснили аналоговые

Важно! Технические характеристики аналоговых приборов сильно зависят от чувствительности магнитоэлектрического прибора. Чем меньше его ток полного отклонения, тем более высокосопротивительные резисторы можно использовать.

Конструкция

Простейший амперметр или вольтметр состоит из нескольких блоков:

Первый предназначен для того, чтобы преобразовывать энергии. Магнитного поля в механическую энергию. Второй механизм включает в себя подвижные и неподвижные части для проведения изменений. Происходит это так: под действием силы тока, который протекает через обмотку ИМ, создается вращающий момент, воздействующий на подвижную часть. Силы механики пропорциональны электрическим силам и ИМ отклоняется на угол, равный этим силам. Данные передаются стрелочному механизму, который и показывает в цифрах количество Вольт.

Если прибор содержит усилители, то он называется электронным. Его отличие заключается в том, что входное устройство помогает поддерживать высокое сопротивление вольтметра и увеличить предел измерений в большую сторону. Далее следует усилитель постоянного тока, который увеличивает значение сигнала до тех величин, которые необходимы для эффективных измерений. Следующие его компоненты идентичны аналоговому инструменту.

Встраиваемое портативное устройство

Преимуществами электромагнитных вольтметров стают:

Недостатки тоже имеются: непригодность использовать при переменном токе и чувствительность к перегрузкам в сети.

Разновидности

Помимо технических параметров, которые определяют назначение прибора и его характеристики, вольтметры обладают и физическими, а именно — разновидностями. Видов современных вольтметров большое количество. Так по принципу действия они разделяются на электромеханические и электронные. По назначению на вольтметров для постоянного, переменного, импульсного тока, универсальные и фазовые.

Наиболее часто людей интересует классификация по виду исполнения, который может быть мобильным и стационарным.

Карманный ЖК цифровой мультиметр

Стационарные

Стационарные вольтметры представляют собой устройства, которые питаются от сетей переменного напряжения. Возможно это благодаря встроенному в их корпус блоку питания. Как правило, с виду они похожи на коробку или ящик, а используются для узкоспециализированных работ, требующих повышенной точности измерений. Чаще всего это профессиональная сфера деятельности и контролирование напряжения на важных и нестабильных участках сети. Само слово «стационарный» говорит о том, что они применяются там, где нужна постоянная слежка и изменение данных.

Стационарный стрелочный вольтметр

Мобильные

Их еще называют переносными, хотя стационарный прибор иногда перенести также не составляет труда. Мобильный же вольтметр компактный и способен поместиться практически везде. Их относят к классу полупрофессиональных и любительских, потому что работают они от батареек или аккумуляторов и обладают сравнительно меньшими точностями и большими погрешностями. Выглядят они как плоские коробочки, «обитые» пластиком или резиной и имеющие эргономические формы. Чтобы они были еще удобнее, их оснащают съемными щупами для определения амплитудных колебаний сигналов.

Важно! Как правило, мобильные вольтметры включаются в состав тестеров и мультиметров. Мобильные цифровые вольтметры способны очень точно определить показания, в то время как портативные аналоговые приборы — показать хорошую чувствительность, способную определить даже самые маленькие отклонения напряжения, которые не могут определить цифровые приборы.

Принцип работы

Принцип действия приборов легче показать на какой-нибудь модели. В основу работы аппарата положено аналогово-цифровое преобразование. Принципы можно рассмотреть на примере универсального В7-35.

Преобразователи, которые установлены в приборе, измеряют силу тока, напряжение постоянного и переменного электрического тока, сопротивление и конвертируют все это в нормализованное напряжение или цифровой код, если в устройстве имеется аналого-цифровой преобразователь.

Схема прибора основана на нескольких преобразователях:

Получая эти параметры, устройство конвертирует их в напряжение, отображаемое по специальной шкале или в электроном виде, если в нем предусмотрено наличие АЦП.

Принцип работы электромагнитного аналогового вольтметра следующий. Создание вращающего момента происходит с помощью силового действия магнитного поля катушки на подвижном постоянном магните, который выполняется в форме плоской лопасти.

Под действием магнитного поля, которое создается током, магнит втягивается в цель катушки и поворачивается на ось, содержащую указательную стрелку.

Схематическое изображение работы стрелочного устройства

Инструкция и меры безопасности

Вольтметр — простейший и узкоспециализированный инструмент для определения параметров электрической цепи. Его основная и единственная задача — определение напряжения на определенном участке цепи. К сожалению, не все знают, как пользоваться таким простым прибором.

Важно! Стоит помнить, что прибор должен подключаться параллельно к сети. В противном случае показания будут неточными. Это не зависит от его типа и размеров.

Порядок измерения следующий:

Важно! Если известно, что напряжение больше 60 Вольт, то нужно пользоваться резиновыми диэлектрическими перчатками или другой изоляцией.

При измерении показателей электрической сети вольтметром следует соблюдать простейшие меры безопасности:

Какой мультиметр выбрать для автомобиля

Мультиметр — портативное устройство, которое содержит в себе вольтметр, амперметр и другие функции. Он стает незаменимым для радиолюбителей и автовладельцев. Для последних он стал важным прибором, способным проверить и отремонтировать большее количество современной автоэлектроники и проводку.

Для автомобиля подойдет любой специализированный мультиметр, обладающий дополнительными функциями, которые отличают его от обычного. Чтобы разобраться с этим лучше, нужно понять, какие задачи он чаще всего решает.

Схема цифрового вольтметра постоянного тока для определенного диапазона

Наиболее часто прибор применяют для определения утечек из аккумулятора. Такой проверке должны быть подвержены все аккумуляторы, обладающие сильными потерями заряда за короткие промежутки времени. Минимальное значение утечки должно составлять 70 мА. Большее значение свидетельствует о том, что какой-то прибор является проблемным или в цепи проводки есть поврежденный участок.

Для диагностики проделывают следующее:

В случае, когда значения не ниже 70, стоит искать участок с проблемами. Для этого аппарата подключается так же, как и в способе выше, поочередно отключаются предохранители и снимаются показания. Если один из предохранителей показал значение ноль при его отключении, то проблема в нем.

Если же все узлы были проверены и оказались исправны, то проблема кроется в самой проводке. Она также проверяется мультимером для поиска неисправного кабеля. Этот процесс состоит из следующих этапов:

Важно! При изменении параметров низковольтных сетей иногда может потребоваться специальный инструмент — милломметр.

Еще одна важная функция мультиметра — прозввон мотора авто и измерение его параметров. Любой автомобильный мультиметр должен уметь проводить диагностику двигателя на минимальном уровне.

Прозвон отсоединенных кабелей авто

Отличие от тестера

Люди, особенно те, кто далек от техники, часто путают два этих устройства. Они немного похожи и даже обладают похожими функциями, но мультиметр — более многофункциональное устройство, способное изменять различные параметры системы и выполнять прозвонки. Обычный тестер содержит в себе всего пару диодов, способным указать значение напряжения и целостности цепи.

Важно! Тестеры, как и мультиметры, вольтметры и амперметры также бывают стрелочными, то есть аналоговыми и цифровыми. Последние в любых являются более точными и определяют величины с минимальными погрешностями.

Тест цифровых мультиметров

Чтобы определить лучшие приборы нужно проводить определенные тесты, на основании которых делается выбор в пользу той или иной модели. Сегодня рынок располагает огромным количеством моделей. Опытные люди проверили их и определили их преимущества и недостатки, составив описания.

Universal M830B IEK

Обычный и качественный прибор для любителей. Подходит не только для использования дома, но и при монтажных работах. Модель проста в использовании и подходит для новичков. Корпус имеет три входа для щупов, позволяющих измерять постоянный и переменный ток, сопротивление, напряжение. В этой бюджетной модели есть даже функция прозвонки для транзисторов. Для проверки коротких замыканий прозвонки нет.

UNI-T UT33D

Идеально подходит для домашнего использования и обладает широким спектром измерения электрических параметров. Базовый функционал держится на уровне предыдущего тестера, но дополняется прозвонкой на обрывы цепей. Используется дл ремонта ПК, микросхем, электромонтажных работ. Недостатком стала невозможность изменять переменный ток.

СЕМ DT-105 480151

Профессиональный измеритель, который обладает очень компактным и легким. Для него, как ни для кого характерно сочетание «цена-качество». Несмотря на большую сложность, чем аналоги, прибор может спокойно использоваться в быту и в других домашних целях. Функционал включает в себя прозвонку, индикатор заряда аккумулятора, индикаторы полярности и многое другое.

Модель СЕМ DT-105 480151

Таким образом, вольтметр — это прибор для измерения напряжения и один из самых простых измерительных инструментов, но даже с ним некоторые не могут справиться. Этот материал максимально широко рассказал, что такое вольтметр, долгую историю его создания и инструкцию по использованию во многих полезных целях.

Источник