Вольтметр (вольт + греч. μετρεω «измеряю») — электроизмерительный прибор непосредственного отсчёта для определения напряжения или ЭДС в электрических цепях. Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии.
Идеальный вольтметр должен обладать бесконечно большим внутренним сопротивлением. Поэтому чем выше внутреннее сопротивление в реальном вольтметре, тем меньше влияния оказывает прибор на измеряемый объект и, следовательно, тем выше точность и разнообразнее области применения.
Содержание
История [ править | править код ]
Первым в мире вольтметром был «указатель электрической силы» русского физика Г. В. Рихмана (1745). Принцип действия «указателя» используется в современном электростатическом вольтметре.
Классификация и принцип действия [ править | править код ]
Классификация [ править | править код ]
- По принципу действия вольтметры разделяются на:
- электромеханические — магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические, выпрямительные, термоэлектрические;
- электронные — аналоговые и цифровые
Аналоговые электромеханические вольтметры [ править | править код ]
- Магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические и электростатические вольтметры представляют собой измерительные механизмы соответствующих типов с показывающими устройствами. Для увеличения предела измерений используются последовательно включённые добавочные сопротивления. Технические характеристики аналогового вольтметра во многом определяются чувствительностью магнитоэлектрического измерительного прибора. Чем меньше его ток полного отклонения, тем более высокоомные добавочные резисторы можно применить. А значит, входное сопротивление вольтметра будет более высоким. Тем не менее, даже при использовании микроамперметра с током полного отклонения 50 мкА (типичные значения 50..200 мкА), входное сопротивление вольтметра составляет всего 20 кОм/В (20 кОм на пределе измерения 1 В, 200 кОм на пределе 10 В). Это приводит к большим погрешностям измерения в высокоомных цепях (результаты получаются заниженными), например при измерении напряжений на выводах транзисторов и микросхем, и маломощных источников высокого напряжения.
- ПРИМЕРЫ: М4265, М42305, Э4204, Э4205, Д151, Д5055, С502, С700М
Аналоговые электронные вольтметры общего назначения [ править | править код ]
Аналоговые электронные вольтметры содержат, помимо магнитоэлектрического измерительного прибора и добавочных сопротивлений, измерительный усилитель (постоянного или переменного тока), который позволяет иметь более низкие пределы измерения (до десятков — единиц милливольт и ниже), существенно повысить входное сопротивление прибора, получить линейную шкалу на малых пределах измерения переменного напряжения.
Цифровые электронные вольтметры общего назначения [ править | править код ]
Принцип работы вольтметров дискретного действия состоит в преобразовании измеряемого постоянного или медленно меняющегося напряжения в электрический код с помощью аналого-цифрового преобразователя, который отображается на табло в цифровой форме.
Диодно-компенсационные вольтметры переменного тока [ править | править код ]
Принцип действия диодно-компенсационных вольтметров состоит в сравнении с помощью вакуумного диода пикового значения измеряемого напряжения с эталонным напряжением постоянного тока с внутреннего регулируемого источника вольтметра. Преимущество такого метода состоит в очень широком рабочем диапазоне частот (от единиц герц до сотен мегагерц), с весьма хорошей точностью измерения, недостатком является высокая критичность к отклонению формы сигнала от синусоиды.
- ПРИМЕРЫ: В3-49, В3-63 (используется пробник 20 мм)
В настоящее время разработаны новые типы вольтметров, такие как В7-83 (пробник 20 мм) и ВК3-78 (пробник 12 мм), с характеристиками аналогичными диодно-компенсационным. Последние в скором времени могут быть допущены к применению в качестве рабочих эталонов. Из иностранных аналогов можно выделить вольтметры серии URV фирмы Rohde&Schwarz с пробниками диаметром 9 мм.
Импульсные вольтметры [ править | править код ]
Импульсные вольтметры предназначены для измерения амплитуд периодических импульсных сигналов с большой скважностью и амплитуд одиночных импульсов.
Фазочувствительные вольтметры [ править | править код ]
Фазочувствительные вольтметры (векторметры) служат для измерения квадратурных составляющих комплексных напряжений первой гармоники. Их снабжают двумя индикаторами для отсчета действительной и мнимой составляющих комплексного напряжения. Таким образом, фазочувствительный вольтметр дает возможность определить комплексное напряжение, а также его составляющие, принимая за нуль начальную фазу некоторого опорного напряжения. Фазочувствительные вольтметры очень удобны для исследования амплитудно-фазовых характеристик четырехполюсников, например усилителей.
Селективные вольтметры [ править | править код ]
Селективный вольтметр способен выделять отдельные гармонические составляющие сигнала сложной формы и определять среднеквадратичное значение их напряжения. По устройству и принципу действия этот вольтметр аналогичен супергетеродинному радиоприёмнику без системы АРУ, в качестве низкочастотных цепей которого используется электронный вольтметр постоянного тока. В комплекте с измерительными антеннами селективный вольтметр можно применять как измерительный приёмник.
- ПРИМЕРЫ: В6-4, В6-6, В6-9, В6-10, SMV 8.5, SMV 11, UNIPAN 233 (237), Селективный нановольтметр «СМАРТ»
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.
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.
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
Вольтметр предназначен для измерения напряжения тока в электрической цепи. Название его происходит от традиционного для измерительных приборов слова «метр» и от единицы измерения напряжения — «Вольт». Достаточно включить такой прибор в сеть, и он начнет показывать значение напряжения.
Конечно, без погрешностей не обходится, но они незначительны. Для того чтобы показания прибора были идеальными, он должен иметь бесконечное внутреннее сопротивление, в противном случае неизбежно его влияние на ту цепь, к которой он подключен. Разумеется, такое сопротивление быть не может: идеальных вольтметров не бывает, но при их производстве делается все возможное, чтобы повысить внутреннее сопротивление.
Что такое напряжение
Чтобы точно понять, как работает и что показывает вольтметр, необходимо знать, что собой представляет объект его измерения. Важно понимать, что такое напряжение и от чего зависит его величина.
Как известно, из школьного курса физики, величина вычисляется по формуле U=IR, где:
- U — это собственно и есть напряжение;
- I — сила тока;
- R — сопротивление на участке цепи.
Чтобы определить напряжение в сети, нужно умножить силу тока на сопротивление. Причем предварительно, следует узнать, чему равны две последние величины. Например, если сила тока равна 5 Ампер, а сопротивление на участке — 2 Ом, то напряжение составит 10 Вольт.
Впрочем, приведенная выше формула, хоть и максимально проста, но все же не дает представления о том, что же такое напряжение и зачем его вообще нужно измерять. Ведь это лишь цифры, не более. Сам ток, к сожалению, не виден, как, впрочем, не видны и заряженные микроскопические частицы.
Для простоты понимания можно сравнить электрический ток в проводнике с предметами, которые часто нами наблюдаются в обыденной жизни. В частности, здесь поможет сравнение с движением воды в реках и водопадах: то есть ее течением с высокого уровня на низкий. Здесь напряжение соответствует высоте: разности уровней. Иными словами напряжение в электросети — это то же самое, что напор воды в реке. Если напряжения в сети нет, то нет и тока. Также не будет и течения в том водоеме, где уровень воды всюду одинаков, например, в пруду или в озере.
На шкале прибора обычно ставят букву «V». Это делается для того, чтобы его проще можно было отличить от других электроизмерительных приборов, например, от амперметра, который показывает силу тока. Дело в том, что эти приборы внешне очень похожи друг на друга.
Диапазон вольтметра может быть различным. Те приборы, которые предназначены для включения в слабую электрическую сеть, максимум могут показать 5 Вольт. Бывают приборы и с большим диапазоном, например, в 10 или в 25 Вольт. Более мощные устройства способны показывать и тысячу Вольт. Разумеется, все зависит от предназначения вольтметра.
Разновидности вольтметров
Есть несколько видов вольтметров. В первую очередь устройства вольтметров подразделяются на две основные разновидности:
- Стационарные. Как правило, встроены в саму сеть и отсоединение их не представляется возможным.
- Мобильные. Их можно переносить с места на место и использовать в разных электросетях.
Выделяется также несколько видов вольтметров по принципу действия. Среди них есть множество электромеханических и пара электронных. Последние, в свою очередь, могут быть цифровыми и аналоговыми. Значение напряжения может указываться движущейся стрелкой или меняющимися электронными цифрами на дисплее.
Также вольтметры классифицируются по назначению. Среди них выделяются приборы, предназначенные для измерения постоянного тока или переменного.
Кроме того, устройства могут быть импульсными, фазочувствительными, универсальными.
Технические характеристики
Характеристики вольтметра зависят от его предназначения. Например, прибор, который измеряет напряжение постоянного тока, может обладать двумя, тремя или большим количеством диапазонов. Их число как раз и является одной из важнейших технических характеристик.
При выборе вольтметра нужно:
- Обращать внимание на такую характеристику, как входное сопротивление. Она зависит от того, в каком диапазоне находится напряжение исследуемого участка электросети
- Учитывать цену деления шкалы прибора и его погрешность в измерении.
- Если был приобретен универсальный вольтметр, то обязательно учесть диапазоны величин, с которыми вольтметр может работать: сопротивления, силы тока, температуры.
Принцип работы
Как уже говорилось выше, по принципу действия вольтметры подразделяются на две разновидности — электромеханические и электронные. Строение первых представляет собой магнитную систему, которая способна реагировать на электрическое поле. Главный недостаток таких приборов состоит в том, что они, будучи подключенными к сети, способны сами на нее влиять, и поэтому их показания зачастую являются неточными.
Электронные же приборы, которые сегодня, в эпоху цифровых технологий становятся все популярнее, могут преобразовывать аналоговый сигнал в цифровой. Такие приборы недороги и очень удобны в использовании.
При подключении устройства в сеть важно соблюдать основное правило: его зажимы должны подсоединяться к тем точкам цепи, между которыми определяется напряжение. Такое подключение называется параллельным. Это требование нужно соблюдать обязательно, иначе устройство может просто-напросто перегореть.
Меры безопасности
Поскольку сам прибор имеет большое сопротивление, а в сеть он подключается параллельно, вероятность того, что при работе с ним человек получит сильный удар током, минимальна. Однако если вольтметры используются в промышленности, часто приходится иметь дело с большими значениями напряжения и других величин, характеризующих электрический ток.
Нужно быть очень осторожным, измеряя напряжение в сети посредством этого электроизмерительного прибора. Ни в коем случае нельзя прикасаться к прибору голыми руками. Избежать несчастного случая помогут перчатки из непроводящего ток материала, например, из резины.
Нельзя прикасаться к оголенным проводам, даже если уже известно, что напряжение в них не очень велико, например, Вольт или еще меньше.
