Вольтметр – это прибор, назначение которого измерять электродвижущую силу (ЕДС) на определенном участке электрической цепи, или проще – прибор для измерениянапряжения (разность электрических потенциалов). Этот прибор всегда подключается параллельно элементу питания или нагрузке. Измеренное значение вольтметр показывает в Вольтах.
Если говорить об идеальном вольтметре, то он должен обладать бесконечным внутренним сопротивлением, чтобы точно измерять напряжение и не оказывать побочного воздействия на цепь. Именно поэтому в приборах высокого класса стараются сделать максимально возможным внутреннее сопротивление, от которого зависит точность измерения и помехи, создаваемые вольтметром в электрической цепи.
Рисунок — Формулы измерения напряжения
Если говорить о способе монтажа, то вольтметры подразделяют на три основные группы:
• Стационарные;
• Щитовые;
• Переносные;
Как становится ясно из названия, стационарные приборы используются там, где необходим постоянный контроль, щитовые – в распределительных щитках и на приборных панелях, а переносные – в компактных приборах, которые можно использовать в любом месте.
Рисунок — Схема подключения вольтметра
Посмотрите видео о подключении вольтметра:
Классификация приборов
Вольтметр представляет собой устройство, которое используется в электрике наряду с амперметром или омметром. Прибор можно подсоединять напрямую к источнику электроэнергии или параллельно нагрузке. Уже по одному названию прибора даже начинающий домашний мастер сможет точно сказать, для чего нужен вольтметр. Для классификации этих устройств используется многоступенчатая система.
В соответствии с назначением
Если на корпусе измерителя имеется маркировка В2, то он предназначен для использования в электроцепях постоянного тока. Также есть устройства для измерения переменного напряжения, обозначаемые В3.
Типов вольтметров в соответствии с назначением:
- Фазовые. Предназначены для определения показателей квадратурных составляющих основной гармоники электрического тока и маркируются — В5.
- Универсальные — маркировка В7. Позволяют снимать показания в любых электрических цепях. Многие модели комплектуются набором шунтов для обеспечения безопасного подсоединения.
- Импульсные — В4. Эти измерители нашли широкое применение благодаря своим функциональным возможностям. С их помощью можно обнаружить импульсные помехи в электросети.
- Измерители селективного поиска частот. Эти приборы имеют самые большие габариты и позволяют обрабатывать сложные сигналы, выделяя из них гармонические элементы. Часто они могут выглядеть как радиоприемники.
Все эти виды вольтметров широко используются в быту или промышленности.
По внешним признакам
Измерители напряжения можно разделить на три большие группы. Среди них наибольшими габаритами обладают стационарные.
Они предназначены для постоянного мониторинга показателей электрических сетей. Это бывает необходимо для поддержания бесперебойной работы различного оборудования. Эти устройства отличаются высокой чувствительностью и точностью измерений.
Приборы, которые монтируются в электрошкафах, называются щитовыми. В сравнении со стационарными, они имеют меньшие размеры. Переносные (автономные) измерители благодаря небольшому весу и габаритам максимально удобны в транспортировке, поэтому они получили широкое распространение в быту. Также эти измерители оснащены щупами для быстрого снятия показаний.
Диапазон и способ измерения
Необязательно быть профессиональным электриком, чтобы знать, в чем измеряется напряжение. Основной единицей является Вольт (В). Однако в электроцепях напряжение может быть различным.
Все измерители напряжения можно разделить на несколько групп в соответствии с диапазоном снимаемых значений:
- микровольтметры — позволяют измерять миллионные доли вольта;
- милливольтметры — способны фиксировать тысячные доли единицы измерения напряжения;
- киловольтметры — предназначены для определения большого напряжения, измеряемого в кВ.
Измерители могут быть электромеханическими (стрелочными), а также электронными (цифровыми). Устройства первого типа оснащены цифровой шкалой и стрелкой, закрепленной на раме с обмоткой. Они обладают определенной чувствительностью. Это коэффициент зависимости между фактическим электронапряжением в цепи и углом поворота стрелки.
Устройство вольтметра электронного типа предполагает наличие дисплея для отображения снятых показаний.
Кроме этого, в конструкции предусмотрена специальная микросхема, задача которой заключается в преобразовании аналогового сигнала в цифровой. Эти измерители обладают высокой чувствительностью и надежностью, поэтому их стоимость выше электромеханических аналогов.
Применение мультиметра
В большинстве случаев для проведения измерений удобно пользоваться специализированными приборами. Существует большое количество разновидностей, при использовании которых возможно последовательное и параллельное соединение в цепь. Схема включения вольтметра подразумевает только параллельное его соединение.
В некоторых случаях можно воспользоваться мультиметром. Этот измерительный прибор работает по универсальному принципу. С его помощью можно измерять различные электрические величины, в том числе постоянное и переменное напряжение. Чтобы это сделать, необходимо предпринять следующие шаги:
- Установить переключатель в соответствующий режим для измерения постоянного или переменного напряжения.
- Выбрать диапазон измерений. Для этого надо указать на ближайшее значение, превосходящее ожидаемое.
- Подключить чёрный и красный щупы. Первый вставляется в гнездо COM, второй — в соседнее с обозначением V.
- Щупы подключаются параллельно измеряемой детали с соблюдением правильной полярности.
- На дисплее отображается результат измерения.
После окончания работы, ручку переключения режимов следует перевести в положение «Выключено». Преимуществом использования мультиметра является его универсальность и простота применения.
Принцип работы
Первыми были созданы измерители электромеханического типа. В их работе используется магнитоэлектрический принцип. Постоянный магнит закреплен неподвижно, а между его полюсами установлен стальной сердечник. Монтаж этого элемента конструкции выполняется так, чтобы в кольцеобразном воздушном зазоре могло формироваться постоянное электромагнитное поле.
В зазор на полуосях установлена рамка, изготовленная из алюминия. Она способна свободно перемещаться. На рамке также есть катушка из тонкой проволоки. Указательная стрелка прибора крепится с помощью пружин к рамке. Как только через прибор начинает проходить электроток, в обмотке возникает электромагнитное поле. Рамка вступает с ним во взаимодействие и отклоняется вместе со стрелкой на расстояние, соответствующее величине напряжения.
Конструкция измерителя также содержит индукционный демпфер — пластинку из алюминия, закрепленную на раме со стрелкой. В соответствии с правилом Ленца, вихревые токи, возникающие в демпфере, вступают во взаимодействие с породившим их магнитным полем и замедляют колебания указателя прибора. Чтобы добиться необходимой точности измерения, прибор во время работы не должен подвергаться воздействию силы тяжести.
Для решения поставленной задачи подвижная часть измерителя оснащается системой грузиков, передвигающихся на стержнях. Кроме этого, для обеспечения точного измерения необходимо снизить силу трения стальных наконечников. Это достигается благодаря использованию специальных износостойких сталей. Изготовленные из них детали подвергаются полировке.
Перед началом измерения пользователю необходимо установить указательную стрелку в нулевое положение.
Для этого в конструкции прибора предусмотрен специальный корректировочный винт, соединенный с пружиной. Это классическая конструкция, но сегодня встречаются приборы, содержащие магниты разной формы. При этом в некоторых конструкциях магнит является подвижным.
История изобретения
Итальянский учёный Алессандро Вольт, проведя ряд экспериментов с электричеством, приходит к выводу, что получить электрический ток можно используя соединение металлов с жидкостью. Поместив медные пластины, покрытые цинком, в кислоту, он в 1800 году создаёт первый электрохимический источник энергии, названный позже «вольтов столб».
Он также устанавливает, что при соединении двух разных металлов возникает сила, которая затрачивается на работу по перемещению электрического заряда из одной точки в другую. При этом перемещённый заряд изменяет свой потенциал (величину энергии), которым он обладает. Разность между начальным потенциалом и конечным получает название «напряжение».
Для измерения количества электричества Вольт использует металлический стержень, вставленный в каучуковую пробку и помещённый в бутылку. На нижний конец, находящийся в бутылке, он надевает соломинки, а на другой — шар. Учёный наблюдает, что при контакте шара с наэлектризованным веществом соломинки отталкиваются. Это позволяет ему судить о степени заряженности материала.
Существование напряжения Вольт доказал проведя следующий опыт. На электроскоп (прибор регистрирующий заряд) был надет медный и цинковый диск. Между ними проложен тонкий слой диэлектрика. На короткое время физик замыкал металлы между собой проволокой. Лепестки на электроскопе немного раздвигались. Далее диски раздвигались на большее расстояние, при этом лепестки регистратора расходились ещё больше.
Фактически это был первый эксперимент, позволяющий измерить, хотя и в грубой форме, напряжение. В 1830 году английский учёный Майкл Фарадей открывает явление электромагнитной индукции, на котором впоследствии создаётся ряд электроизмерительных приборов.
В 1881 году французский физик Арсен Д’Арсонваль создаёт устройство, состоящее из катушки и стрелки, помещённых в постоянное магнитное поле. На катушку подавался электрический ток, в результате чего стрелка отклонялась от начального положения. В этом же году был проведён Международный электротехнический конгресс, на котором были приняты обозначения электрических величин. Прибор, предназначенный для измерения разности потенциалов, был назван вольтметром, а напряжение стало измеряться в вольтах.
Основные характеристики
Чем выше показатель внутреннего сопротивления прибора, тем меньшее влияние он оказывает на работу измеряемой электроцепи. Измерители с высоким выходным сопротивлением являются более точными. При выборе вольтметра необходимо обратить внимание на его характеристики. Среди них наиболее важными являются следующие:
- диапазон измерения;
- внутреннее сопротивление;
- диапазон частот переменного тока;
- погрешность измерений.
Диапазон измерений прибора подбирается в зависимости от того, с какими величинами планируется работать. Большинство моделей способны измерять напряжение с показателем от нескольких десятков милливольт до сотен киловольт. Также важной характеристикой является и погрешность.
Этот показатель определяется изготовителем с помощью специальных тестов. Познакомиться с характеристиками прибора можно в инструкции по его эксплуатации.
Видео
Что измеряет вольтметр и как им пользоваться
Органик Шоп Китчен Крем ночной восстанавливающий для лица «Баю-бай», 100 мл
130 ₽ Подробнее
ARAVIA Professional Крем для лица интенсивно увлажняющий Intensive Moisture с мочевиной (10%), 150 мл
405 ₽ Подробнее
Ценники
Правила использования
Прибор должен подсоединяться к цепи параллельно. Следует убедиться, что он имеет диапазон измерений, соответствующий предполагаемому. Среди других правил грамотной эксплуатации можно выделить:
- необходимо соблюдать полярность;
- для измерения напряжения на источнике питания прибор подключается непосредственно к его клеммам;
- не допускается проверять высоковольтные участки цепи вольтметрами, не рассчитанными на большое напряжение;
- при использовании универсального измерителя предварительно следует выбрать нужный режим работы.
При выборе прибора пользователям стоит ориентироваться на собственный бюджет и поставленные задачи. Чтобы приобретенный прибор служил многие годы, следует соблюдать все правила эксплуатации.
Рассмотрим несколько вольтметров разных производителей
1. В3-57 — микровольтметр
Измерительное устройство модели В3-57 — вольтметр-преобразователь среднеквадратич. показаний. Разработан для замеров среднеквадратич. значения напряжений произвольной формы и их линейного преобразован. в напряжение постоян. тока. Шкала прибора промаркирована в среднеквадратич. значениях напряжения и децибелах (от 0 дБ и до 0,775 В). Используется при контроле и наладке разнообразных радиотелетехнических устройств и средств связи, вычислении частотных характеристик широкополосных аппаратов, обследованиях шумовых устойчивых сигналов и т. д.
Основные техданные:
— Пределы замеров напряжений 10 мкВ — 300 В с граничными зонами: 0,03-0,1-0,3-1-3-10-30-100-300мВ 1-3-10-30-100-300В
— Границы частот 5 Гц — 5 МГц
— Допустимая погрешность, %: ±1 (30-300 мВ), ±1,5 (1-10 мВ), ±2,5 (0,1-0,3 мВ и 1-300 В), ±4 (0,03 мВ)
— Входное сопротивл.5 МОм ±20%
— Входная емкость: 27пФ (0,03-300 мВ) и 12 пФ (1-300 В)
— Напряжение на выходе линейного преобразоват. 1 В
— Сопротивление на выходе линейного преобразоват. 1 кОм ±10%
— Предельный коэфф. амплитуды сигнала 6*(Uk/Ux)
См. также
- Аналоговые вольтметры
- Напряжение
К сожалению, в одной статье не просто дать все знания про цифровые вольтметры. Но я — старался. Если ты проявишь интерес к раскрытию подробностей,я обязательно напишу продолжение! Надеюсь, что теперь ты понял что такое цифровые вольтметры и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории МЕТРОЛОГИЯ И ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЯ
Ответы на вопросы для самопроверки пишите в комментариях, мы проверим, или же задавайте свой вопрос по данной теме.
Схемы и способы подключения
Часто возникает вопрос, как подключать амперметр, последовательно или параллельно. Соединить рассматриваемое устройство в разрыв электроцепи не составит труда. В целях безопасности такая процедура выполняется, когда отключен источник питания. Заранее нужно удостовериться, что максимальный ток не будет превышать допустимые значения прибора. Такие шкалы дублируются в сопроводительной техдокументации. Когда подается питающее напряжение, снимаются показания. Необходимо выждать, когда прекратит колебаться стрелка. Когда она смещается в обратную сторону, то меняется полярность подключения. При чересчур сильном токе используется допшунтирование.
Схема подсоединения приспособления бывает прямой либо косвенной. В первом случае устройство непосредственно подключают в электроцепь меж источником питания и нагрузкой.
До того, как подключить приспособление необходимо учитывать:
- постоянный либо переменный ток в электросети;
- соблюдена ли полярность устройства;
- стрелка приспособления должна располагаться за серединой шкалы;
- границы измерения максимально возможных скачков тока в схеме;
- соответствует ли внешняя среда рекомендованным показателям;
- находится ли место измерений без влияния вибрации.
Подключение устройства
В цепь постоянного тока
Постоянный ток может проходить через разные электросхемы. В качестве примера можно привести всевозможные зарядные устройства, блоки питания. Чтобы ремонтировать подобные устройства, мастер должен иметь понимание, как подключается амперметр в электроцепь.
В домашних условиях такие навыки также не станут лишними. Они помогают человеку, который не слишком увлекается радиоэлектроникой, самому определять, например, время, на которое хватает зарядки батареи от фотоаппарата.
Чтобы провести эксперимент, понадобится в полной мере заряженный аккумулятор с номинальным напряжением, к примеру, в 3,5 В. Кроме того, нужно использовать лампу такого же номинала, чтобы создать последовательную схему:
- аккумулятор;
- амперметр;
- лампочка.
Запись, которая обозначена на измерительном устройстве, фиксируется. К примеру, осветительный прибор будет потреблять электроэнергию мощностью в 150 миллиампер, а батарея имеет вместимость в 1500 миллиампер-часов. Следовательно, она будет работать в течение 10 часов, выдавая ток в 150 мА.
Подсоединение к зарядному устройству
Часто возникает вопрос, как правильно подключать амперметр к зарядному устройству. В процессе применения зарядного устройства возникает надобность в измерении силы тока. Подобное даст возможность осуществлять контроль процесса накопления электроэнергии батареей, и избежать перезарядки с недозарядкой. Вследствие этого сроки эксплуатации аккумуляторной батареи существенно увеличатся.
Советуем к прочтению: Доработка китайского супер яркого фонарика UltraFire XML-T6
Во время работы большого количества технических приспособлений появляется необходимость в контроле силы тока. Стрелки амперметра либо показатели на мониторе дискретного устройства покажут оператору такой физический параметр. Проводимые замеры нужны, чтобы поддержать рабоче состояние и для сигнализации о появлении аварийной ситуации.
Процесс подключения
Что измеряет вольтметр
Для снятия показаний напряжения сети на определенном участке цепи вольтметр подсоединяют к ней только параллельно, вне зависимости от типа прибора, так как в этом случае он оказывает минимальное влияние на движение электротока. Контроль напряжения этим измерителем можно проводить как у нагрузки, так и у источника питания.
Схема параллельного подключения вольтметра в сеть
Когда вольтметр вклинивается в электроцепь последовательно, то получается фактический ее разрыв из-за большого внутреннего сопротивления, соответственно, полученные измерения будут некорректными, а во многих случаях может случиться вообще короткое замыкание или выход элементов цепи из строя, в том числе и измерителя.
На заметку. Не стоит путать вольтметр с амперметром, который подключается к электросети последовательно, так как сопротивление при измерении силы тока должно быть минимальным.
Подключение прибора к двум участкам цепи производится посредством зажатия проводков специальными электродами или зажимами.
Если нужно измерить участки электроцепи постоянного тока с заведомо высоким напряжением или требуется получить сверхточные данные этого параметра, то следует воспользоваться добавочным сопротивлением, за создание которого отвечают резисторы – простейшие делители напряжения.
Подключение добавочного сопротивления (резисторов) на схеме для увеличения точности вольтметра
Проводя измерения в электросетях переменного тока с высоким напряжением, можно использовать в качестве добавочного сопротивления не только резисторы, но и измерительные трансформаторы. Именно с переменным током обычно электрики применяют трансформаторы напряжения, так как они не только уменьшают напряжение для конечного потребителя, но еще и разделяют измерительную цепь от силовой.
Внешний вид трансформатора напряжения
Правила подключения вольтметров в цепь:
- Следует выбирать верный диапазон измерений прибора. Нельзя измерять большое напряжение вольтметром, который предназначен для измерений параметров микросхем;
- Если показание прибора близко к предельному значению, следует работать с ним осторожно, так как скачек ЭДС может повредить его обмотки;
- Стрелочный прибор нужно располагать согласно инструкции: или вертикально, или горизонтально. При контроле показаний рекомендуется исключить воздействие электромагнитных полей на прибор и вибрационных волн;
- Подключение вольтметров можно совершать в цепь, которая уже находится под напряжением, однако при опасных величинах этого показателя нелишним будет применение специальных перчаток и диэлектрического полотна (коврика);
- Если стрелка в аналоговом приборе перед началом снятия показаний выдает ненулевой результат, то необходимо произвести его сброс регулирующим элементом – винтом;
- Периодически нужно проводить над прибором калибровочные мероприятия, что будет гарантом точности измерений, которые он выдает;
- При первом использовании прибора стоит проводить его включение в обесточенную сеть – только лишь при подсоединении всех клемм и проводов устройства включается ток;
- При измерительных процедурах во избежание травм рекомендуется ознакомиться с мерами предосторожности, которые указываются в инструкции.
При контроле напряжения в разных цепях могут применяться различные вольтметры и дополнительные устройства (резисторы, трансформаторы к ним), для получения сверхточных результатов измерений важно учитывать особенности каждого из них.
Меры безопасности
В отличие от других приборов, например, омметра или мегометра, работая с вольтметром, приходится иметь дело с напряжением. При небольших значениях оно не представляет опасности для человека. Измеряя напряжения, способные создать опасный ток, протекающий через тело человека, необходимо соблюдать повышенную осторожность.
Измерение напряжений должно сопровождаться полным соблюдением ТБ и ПУЭ. Это предотвратит получение электротравмы. Запрещено работать без средств защиты, например, резиновых перчаток и ковриков. По завершению работ не должно оставаться оголенных токоведущих частей, с которыми может произойти случайный контакт у обслуживающего персонала.
Повсеместное использование измерения напряжения в электротехнике привело к созданию вольтметров различных конструкций. Они отличаются как по принципу работы, так и по точности. Наибольшую популярность получают универсальные устройства, способные автоматически выбрать не только предел, но и тип контролируемой величины.
