Вольтметр: что измеряет и как им пользоваться?

Описание и назначение

Отметим, что упомянутое устройство предназначено для измерения напряжения между 2-мя узлами в электрической цепи. В аналоговых моделях стрелка перемещается по шкале в зависимости от напряжения. Модели цифрового типа выполняют соответствующую индикацию напряжения за счет наличия цифро-аналогового преобразователя.

Стационарный вольтметр нужен для контроля генераторов или других стационарных устройств. А портативная модель также определяет ток и сопротивление благодаря встроенному мультиметру.

Если нам нужно измерить напряжение, мы должны убедиться, что ток не проходит через сам измерительный прибор. По этой причине соединение выполняется параллельно. Схема продолжает работать, а прибор служит для определения напряжения в этот момент. Будет хорошо, если он будет иметь резистор, включенный последовательно. Это обеспечит максимальную точность показаний.

Все вольтметры снабжены шкалой, позволяющей увидеть результат измерения. Чем выше напряжение в цепи, тем большее отклонение стрелки будет наблюдаться. Как было сказано, для аналоговых моделей это будет шакал, а для цифровых — специальное табло. Следует отметить, что у каждой модели есть предел измерения, и у настольных моделей он обычно больше, чем у портативных.

Технические характеристики

Характеристики вольтметра зависят от назначения. Например, прибор, измеряющий постоянное напряжение, может иметь два, три и более диапазонов. Их количество – лишь одна из важнейших технических характеристик.

При выборе вольтметра необходимо:

1. Обратите внимание на такую ​​характеристику, как входное сопротивление. Зависит от диапазона напряжения исследуемого участка электрической сети
2. Учитывайте шкалу прибора и погрешность его измерения.
3. Если приобретался универсальный вольтметр, важно учитывать диапазоны значений, с которыми может работать вольтметр: сопротивления, силы тока, температуры.

Классификация

В последние годы появилось множество различных типов вольтметров. Учитывая достаточно большое количество видов и категорий классификации этих устройств, правильно было бы рассмотреть, какими они могут быть по принципу действия, назначению, а также конструкции и способу передвижения.

По принципу действия

Если говорить об этом критерии, то рассматриваемые агрегаты бывают 2-х видов:

• электронный;
• электромеханический.

Рассмотрим оба типа по отдельности. Электронные вольтметры являются приборами прямого преобразования. Измеряемое ими значение преобразуется непосредственно в показания, отображаемые на шкале прибора. Он разработан таким образом, чтобы человек мог визуально оценить измеряемое напряжение электрической цепи. В устройствах такого типа шкала будет представлять собой набор числовых отметок, кроме того, она фиксированная. Расстояние между метками равно одному делению. Шкалы могут быть нелинейными, линейными, двусторонними и односторонними.

Если говорить о подвижной части вольтметра, то она будет состоять из рамки, которая помещается между полюсами постоянного магнита. По обмотке каркаса течет ток. Кроме того, к нему прикреплена стрелка, со значением угла отклонения, с помощью которой можно узнать значение интересующего нас параметра. Этот угол будет зависеть от тока, проходящего через каркасную обмотку. То есть речь идет о величине напряжения.

Такой стрелочный прибор применяют для определения напряжения магнитоэлектрическим методом. Чаще всего используется в приборах электромеханического типа для измерения различных величин. В последнее время использование таких устройств становится все более редким. Обычно они являются составной частью каких-то более сложных устройств.

Если говорить об электронных моделях, то они бывают 2 видов: аналоговые и цифровые. Они будут отличаться с точки зрения предоставления данных измерений. Аналог имеет стрелку со шкалой, а цифровой — специальный экран для вывода данных.

Аналоговые устройства работают по принципу преобразования входящего вида переменного напряжения в постоянное. Затем он усиливается и сигнал поступает на детектор, который перемещает стрелку. Чем больше входное напряжение, тем больше будет наблюдаться отклонение стрелки.

В цифровых моделях точность будет значительно выше. Суть их работы заключается в преобразовании входящего сигнала аналогового типа в цифровой. При этом закодированный цифровой сигнал передается на устройство, которое преобразует код двоичного типа в числа, отображаемые на экране. Точность измерений таких устройств будет напрямую зависеть от дискретности аналого-цифрового устройства, осуществляющего преобразование сигнала.

По назначению

Если рассматривать категории устройств по назначению, то они могут быть:

• для переменного тока;
• для постоянного тока;
• универсальный;
• импульс;
• фазочувствительный;
• селективный.

Теперь давайте разберем каждую категорию максимально подробно.

• Отличительной чертой моделей DC является наличие маркировки B2. Этот тип устройства используется в качестве тестера для различных видов оборудования и автомобильной проводки.
• Характерной особенностью блоков переменного тока будет наличие маркировки М3. Аналогичное устройство используется в сетях подобного типа. Преобразует переменные токи в постоянные, на выходе усиливает сигнал, поступающий на измерительный механизм. Фактически устройство для переменных сетей соответствует варианту постоянного тока. Единственное отличие будет в наличии специального механизма трансформации.
• Импульсные аналоги имеют маркировку B4. Они используются для снятия показаний пульсирующих напряжений короткого замыкания. Такие устройства особенно ценны для поиска и обнаружения импульсных помех. Это значит, что с помощью такого вольтметра можно найти, где именно в электрической цепи есть слабый контакт. Поэтому импульсные блоки применяются при проверке микросхем, электропроводки машин и так далее.
• Единицы, относящиеся к фазе, обозначены B5. Они используются для получения квадратурных составляющих первой гармоники. Суть работы таких устройств заключается в наличии двух особо чувствительных зон. Здесь одновременно снимаются два показания и параметры. Начальная фаза принимается за нулевую. Трехфазный вольтметр редко где используется.
• Селективный вольтметр будет иметь на корпусе обозначение В6. Такое устройство очень громоздкое. Но он может найти гармонические элементы в сложных сигналах. По конструктивному устройству такие устройства очень похожи на радиоприемники, которые также улавливают частоты различных сигналов.
• Последняя категория по указанному критерию является универсальной. Любое универсальное устройство этого типа имеет маркировку B7. Обычно он поставляется с шунтами для обеспечения безопасного соединения. Универсальные устройства обладают значительным количеством различных функций и возможностей. Они потребляют мало энергии и могут определять напряжение (как в аналоговой, так и в цифровой форме). Они используются в технике, исследованиях, а также в производстве.

По способу перемещения и конструкции

По способу движения и конструкции рассматриваемые агрегаты подразделяются на:

• щит;
• стационарный;
• портативный.

Последние устройства автономны, поскольку не зависят от различных стационарных источников энергии. Они имеют небольшие габариты, а сами устройства находятся в практичном корпусе. Одним из видов вольтметра является так называемый тестер, который можно найти практически в каждом доме. Он имеет небольшой размер, но точность измерения достаточно высока, что делает его эффективным. Такое портативное устройство чрезвычайно универсально.

Щитовые модели по своим характеристикам аналогичны переносным. Отличие их лишь в том, что они монтируются в специальные шкафы для блоков управления.

Стационарные модели обычно можно найти в большой коробке из металла. Их характерной особенностью будет наличие крупной измерительной шкалы. Их можно размещать и использовать в разных положениях благодаря специальным застежкам. Стоимость таких устройств будет выше портативных. Но высочайшая точность позволяет использовать их в разных сферах жизни.

Читайте также: Балки под концентрической нагрузкой

Кроме того, отдельно от всех этих категорий можно упомянуть электростатические вольтметры и ламповые вольтметры. Первое устройство работает по принципу, что отталкивание между 2-мя зарядными пластинами осуществляется от стрелки, закрепленной на пружине. Такие приборы используются для измерения как переменного тока, так и постоянного тока.

Они относятся к категории высокочувствительных устройств, способных измерять даже минимальное зарядное напряжение.

Модели с вакуумными лампами также можно использовать как с постоянным, так и с переменным напряжением. Они также могут измерять сопротивление. Подобные продукты используют электрический усилитель между счетчиком и входом.

В последнее время появились вольтметры, работающие от USB. Это позволило значительно повысить мобильность таких устройств. Правда, нельзя рассчитывать на их очень высокую точность.

Маркировка

Учитывая большое количество категорий разных вольтметров, при выборе следует обращать внимание на обозначение на маркировке. Первое письмо будет особенно важным:

• D — значит, перед вами прибор электродинамического типа;
• М — магнитоэлектрического типа;
• С — электростатический;
• С — блок-выпрямитель;
• Щ или Ф — электронный;
• Э — электромагнитный;
• Т — термоэлектрический.

Если речь идет о радиоизмерительном вольтметре, то там маркировка будет другая. Он начинается с буквы B, за которой следует число, обозначающее тип. И после этого идут символы модели устройства.

Наименования и обозначения

Сертификат электробезопасности

Все отечественные вольтметры маркируются кодом, соответствующим его характеристикам. Поэтому для определения устройства и типа сопроводительные документы не понадобятся. Первая буква может рассказать о модификации и агрегате.

Видовые наименования

Они подразделяются в зависимости от пределов напряжения, которые могут

измеряются: от самых маленьких значений до тысяч вольт. Также имеется векторный измеритель для измерения фазовых изменений.

Обозначения

Есть две системы маркировки. Один обращает внимание на тип устройства, другой на текущие свойства. Если в руках находится электродинамический прибор, он будет отмечен буквой «Д». Буква «М» в начале названия будет указывать на магнитоэлектрическое устройство. «C» установлен на электростатический. Устройство с буквой «F, W» — это различие между электронными устройствами, «C» используется для обозначения типа выпрямителя. Букву «Т» можно встретить, если вольтметр термоэлектрический, а «Э» — электромагнитный.

В зависимости от измеренного напряжения прибору присваивается свой код. Начинается с буквы «В» — вольтметр. Затем идет число. Например, 2 агрегата на постоянный ток, 3 специализируются на переменном токе, 4 на пульсирующем. Код B7 определяет универсальную единицу измерения. B5 и B6 соответственно для фазочувствительного и селективного устройства.

Вольтметр универсальный В7-27

Типы и виды вольтметров

Все вольтметры можно разделить по: принципу действия, назначению, способу применения и конструкции.

По принципу действия устройства делятся на группы:

• Электромеханические вольтметры.
• Электронные вольтметры.

Рассмотрим каждую группу отдельно.

Электромеханические и электронные вольтметры

Эти метры являются единицами прямого преобразования. Измеряемое значение в них напрямую преобразуется в показания на шкале отсчетного блока. Он предназначен для визуальной оценки измеряемого напряжения.

Шкала представляет собой последовательность делений с цифрами и является неподвижной частью прибора. Расстояние между двумя соседними метками является значением деления шкалы. Шкалы могут быть линейными и нелинейными, односторонними (о ставится в начале) и двусторонним (о ставится в середине). Шкала обычно маркируется цифрой, обозначающей класс точности прибора.

Подвижная часть устройства состоит из рамки, помещенной между полюсами постоянного магнита. Ток течет по обмотке каркаса. К подвижной рамке подключена стрелка, со значением угла отклонения которой можно оценить значение измеряемого параметра на шкале. Этот угол напрямую зависит от тока, протекающего через обмотку корпуса, и, следовательно, от величины измеряемого напряжения.

В таких устройствах используется магнитоэлектрический метод измерения. Он в основном используется в электромеханических приборах для измерения различных физических величин.

Следует отметить, что такие устройства используются отдельно довольно редко. Как правило, они являются составной частью более сложных по схемотехнике устройств.

Кроме магнитоэлектрического метода измерения в электромеханических устройствах применяют и другие: электромагнитный, электродинамический, ферродинамический, термоэлектрический, метод выпрямления.

Применение этих приборов, исходя из требований вольтметров, предпочтительнее электромеханических. И эти требования заключаются в следующем — снижение методической погрешности измерения.

Для измерения напряжений в различных точках цепи параллельно измеряемой цепи подключают вольтметр. Поэтому его использование не должно искажать реальное изображение. Он не должен шунтировать часть цепи, поэтому входное сопротивление должно быть большим (в идеале стремящимся к бесконечности).

Электронные вольтметры можно разделить на две группы. Один аналоговый, другой цифровой. Различия между ними заключаются в форме предоставления информации о результатах измерений.

Возможные аналоги

Входное напряжение, значение которого необходимо измерить, подается на блок масштабирования. Он выполнен в виде многопредельного делителя сопротивления высокого класса точности. Количество резисторов соответствует количеству диапазонов измерения напряжения.

Формула закона Ома

Свои опыты Ом направил на изучение такой физической величины, как сопротивление, в результате чего в 1826 г он стал автором закона, не утратившего актуальности и по сей день. Из своих экспериментов Ом сделал вывод, что в разных цепях ток может увеличиваться с разной скоростью, и это происходит при увеличении напряжения.

Ом также пришел к выводу, что каждый проводник имеет индивидуальные свойства проводимости.

Сопротивление обозначается заглавной латинской R и измеряется в омах. Сопротивление — физическая величина, характеризующая свойства проводника влиять на протекающий по нему ток. Оно прямо пропорционально напряжению в сети и обратно пропорционально силе тока. В виде формулы этот закон можно записать как R = U/I, где U – напряжение, а I – ток. 1 Ом равен 1 вольту, деленному на 1 ампер.

Запомнить! Реостат – устройство, обеспечивающее возможность изменения сопротивления. В первую очередь это влияет на показатель R в цепи, а следовательно, и на 2 другие величины, описанные в законе Ома. Амперметр поможет определить силу тока.

Раздвижной реостат

Из формулы закона Ома можно вывести почти все условия, связанные с электричеством. Существует также понятие удельного сопротивления проводника — физической величины, показывающей, какое сопротивление будет иметь проводник из того или иного вещества. Эта величина обозначается буквой ρ и через нее также можно найти сопротивление в цепи как произведение удельного сопротивления на длину проводника, деленное на площадь его поперечного сечения.

Важно! В виде формулы нахождение сопротивления через удельное сопротивление выглядит так: R = ρ*(l/S), где l — длина проводника, а S — площадь поперечного сечения.

Вам будет интересно Что такое 1 ампер в киловаттах

Физический смысл удельного сопротивления показывает, какое действие окажет проводник длиной 1 м с площадью поперечного сечения 1 кв мм, изготовленный из определенного материала. Измеряется в омах, умноженных на метр: ρ = Ом*м.

Ом и формула

Устройство и принцип работы

Если говорить о принципе и схеме работы рассматриваемых устройств, то они основаны на законе Ома. В нем говорится, что напряжение на резисторе прямо пропорционально току, проходящему через него. Любой базовый счетчик имеет разность потенциалов на своих клеммах, когда через него протекает ток.

Модель DC имеет маркировку полярности. Поэтому к верхней точке потенциала подключается плюсовая клемма, а к нижней – минусовая. После этого устройство показывает пользователю напряжение. Обратите внимание, что на блоке переменного тока нет меток полярности, но его все же можно отрегулировать. При этом изделие должно быть подключено параллельно нагрузке, для которой измеряется напряжение. Высоковольтное устройство создается путем подключения резистора к натурному механизму измерения напряжения.

Если говорить о самом устройстве, то не лишним будет рассмотреть выключатель и электронные устройства. Указатель имеет шкалу с цифрами, а также стрелку-определитель, закрепленную на модуле, оснащенном обмоткой. Она, в свою очередь, установлена ​​на оси, снабженной постоянным магнитом. При прохождении электрического напряжения через устройство образуется электромагнитное поле, с которым взаимодействует рамка. В результате стрела отклоняется на расстояние, определяемое натяжением.

Цифровые модели вольтметров имеют специальный электронный экран, на который выводятся данные измерений, а также микросхему-контроллер, преобразующую напряжение в цифровой сигнал. Такие приборы отличаются легкостью, надежностью, малыми габаритами и высокой точностью измерений. Но их затраты будут выше, чем у их контрагентов. Точность измерения в этом случае будет зависеть от качества преобразователя параметров в цифровой сигнал.

Обратите внимание, что электронные модели также могут быть аналоговыми. Внешне они похожи на стрелочные изделия, и в них стрелка также показывает напряжение в цепи. Но здесь есть специальный электронный детектор, который выполняет необходимое отклонение стрелки на шкале.

Измерение напряжения вольтметром в электроприборе

Используя приведенные выше правила, попробуем измерить напряжение на практическом опыте.

Предположим, необходимо измерить его на электрической лампе. Соберем электрическую цепь, состоящую из ключа, электрической лампы, источника тока. Подключите амперметр последовательно к этой цепи. Подключаем вольтметр параллельно клеммам лампы .

Обратите внимание, что здесь мы измеряем силу тока в электрической лампе амперметром. Измеряем напряжение вольтметром.

Амперметр подключен последовательно, а вольтметр параллельно.

И какой должна быть сила тока, проходящего через вольтметр, по сравнению с силой тока в цепи, отличается ли она от силы тока во всей цепи?

Да, это другое. Вольтметр устроен таким образом, что сила тока, проходящего через него, крайне мала по сравнению с силой тока в самой электрической цепи. Это исключает изменение напряжения между точками, к которым подключен вольтметр. Это также помогает получить более точные значения напряжения.