Вольтметр. Виды и устройство. Работа и 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.

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.

Похожие темы:

• Амперметр. Виды. Работа. Применение. Особенности
• Токоизмерительные клещи. Виды. Работа. Применение. Как выбрать
• Индикатор напряжения. Виды и использование. Особенности

Энергетическое образование

2. Напряжение

Вольтметр — измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения напряжения или ЭДС в электрических цепях. Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии.

Идеальный вольтметр должен обладать бесконечным внутренним сопротивлением. В реальном вольтметре, чем выше внутреннее сопротивление, тем меньше влияния прибор будет оказывать на измеряемый объект и, следовательно, тем выше будет точность и разнообразнее области применения.

Аналоговые электромеханические вольтметры

• Магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические и электростатические вольтметры представляют собой измерительные механизмысоответствующих типов с показывающими устройствами. Для увеличения предела измерений используются 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.
• Выпрямительный вольтметр представляет собой сочетание измерительного прибора, чувствительного к постоянному току (обычно магнитоэлектрического), и выпрямительного устройства.
• Термоэлектрический вольтметр — прибор, использующий ЭДС одной или более термопар, нагреваемых током входного сигнала.

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.

Электронные вольтметры

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

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.

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 примирению в качестве рабочих эталонов. Из иностранных аналогов можно выделить вольтметры серии URV фирмы Rohde&Schwarz с пробниками диаметром 9 мм.

Импульсные вольтметры

Импульсные вольтметры предназначены для измерения амплитуд периодических импульсных сигналов с большой скважностью и амплитуд одиночных импульсов.

Фазочувствительные вольтметры

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

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.

Что такое вольтметр? Типы вольтметров, использование, символы, схемы

Вольтметр , также известный как вольтметр, представляет собой прибор, который измеряет напряжение или разность потенциалов между двумя точками электронной или электрической цепи. Обычно вольтметр используется для цепей переменного тока (AC) или цепей постоянного тока (DC). В качестве альтернативы, напряжение радиочастоты (RF) также можно измерить с помощью специальных вольтметров.

Вольтметр измеряет напряжение, обычно откалиброванное в вольтах, милливольтах (0,001 вольт) или киловольтах (1000 вольт). Для измерения напряжения устройства параллельно устройству подключают вольтметр. Эта настройка важна, поскольку параллельные объекты обычно имеют одинаковую разность потенциалов. Он подключен параллельно цепи, главным образом потому, что на нем происходит такое же падение напряжения.

Вольтметр также имеет большое внутреннее сопротивление. Это делается в основном потому, что используется для измерения разности потенциалов между двумя точками цепи. Таким образом, ток измерительного устройства остается прежним. Другими словами, высокое сопротивление вольтметра будет препятствовать протеканию через него тока. Это позволяет устройству правильно считывать напряжение.

Символ вольтметра

Вольтметр обычно обозначается буквой V, которая помещается внутри круга, примыкающего к двум клеммам.

Типы вольтметров

Сегодня многие вольтметры являются цифровыми, что дает показания в виде числовых дисплеев. Однако доступны и аналоговые формы, и этот тип вольтметра дает показания, когда стрелка начинает двигаться в каком-то направлении, указывая напряжение на шкале.

Цифровые вольтметры предпочтительнее, потому что они обычно имеют более высокий порядок точности, чем аналоговые вольтметры. Мы подробно обсудим их ниже.

Аналоговый или аналоговый вольтметр

Аналоговый вольтметр используется в основном для измерения напряжения переменного тока. Показание отображается с помощью стрелки, закрепленной на калиброванной шкале. На движение указателя влияет действующий на него крутящий момент. Величина развиваемого крутящего момента прямо пропорциональна измеряемому напряжению.

Чувствительный гальванометр (измеритель силы тока) из серии высокоомных приборов представляет собой базовый аналоговый вольтметр. Счетчик должен иметь высокое внутреннее сопротивление, иначе работа цепи во время испытания будет прервана из-за значительного потребления тока. Диапазон напряжения, отображаемый измерителем, определяется значением последовательного сопротивления и чувствительностью гальванометра.

 

С другой стороны, для измерения низких напряжений часто используется осциллограф, где мгновенное напряжение изображается вертикальным смещением. В приложениях ВЧ и переменного тока размах напряжения и пиковое напряжение измеряются осциллографами. Проводка, изоляторы и прочные датчики имеют решающее значение для изготовления счетчиков для измерения больших разностей потенциалов.

Цифровой вольтметр

Другим вольтметром, довольно часто используемым среди приборов для измерения напряжения, является цифровой вольтметр. Цифровой вольтметр (DVM) измеряет неизвестное входное напряжение путем преобразования напряжения в цифровое значение, а затем отображает напряжение в числовой форме. DVM обычно разрабатываются на основе аналого-цифрового преобразователя особого типа, называемого интегрирующим преобразователем.

Существуют различные факторы, влияющие на точность цифрового вольтметра, такие как входное сопротивление, температура и колебания напряжения питания цифрового вольтметра. Около 10 МОм — входное сопротивление самых дешевых ЦВМ. Входные сопротивления для прецизионных ЦВМ 1 ГОм и выше для диапазонов низких напряжений (ниже 20 В).

DVM необходимо периодически калибровать с помощью эталона напряжения, такого как Weston Cell, чтобы обеспечить указанные производителем допуски.

Другие типы

Это вольтметры по своей конструкции.

• Вольтметр MI: Вольтметр с подвижным железом (MI) — это устройство, которое используется для измерения как переменного, так и постоянного напряжения. В этом устройстве отклонение прямо пропорционально напряжению катушки. Кроме того, он делится на два типа: инструменты с движущимся железом притяжения и инструменты с движущимся железом отталкивающего типа.
• Выпрямительный вольтметр: Широко используются в цепях переменного тока для измерения напряжения. Этот вольтметр преобразует переменный ток в постоянный с помощью выпрямителя. Преобразованный сигнал постоянного тока затем измеряется с помощью прибора PMMC.
• Вольтметр PMMC: Вольтметр с подвижной катушкой на постоянных магнитах (PMMC), также известный как измеритель Дарсонваля или просто гальванометр, измеряет ток в катушке, наблюдая за угловым отклонением катушки в однородном магнитном поле. За счет измерения и напряжения в приборе PMMC индуцируется ток, и происходит отклонение указателя. Вольтметр PMMC используется для измерения постоянного тока.
• Электродинамометр Вольтметр:  Этот вольтметр используется для измерения напряжения в цепях переменного и постоянного тока. Калибровка обычно остается одинаковой как для измерения переменного, так и постоянного тока.
• Вольтметр с усилителем: Это вольтметры, чувствительность и входное сопротивление которых можно увеличивать или уменьшать. Это можно сделать, если ток, необходимый для отклонения стрелки счетчика, подается от усилителя и источника питания.

Как описано выше, вольтметры изготавливаются в разных стилях. Причем одни портативные питаются отдельно от аккумулятора, а другие питаются от источника измеряемого напряжения. В любом случае, они обычно предназначены для измерения тока или сопротивления и часто используются в качестве стандартных контрольно-измерительных приборов в электротехнических условиях.

Часто задаваемые вопросы о вольтметре

Q1

Что такое вольтметр?

Вольтметр — это устройство, которое измеряет напряжение постоянного или переменного тока по шкале, обычно в вольтах, милливольтах или киловольтах. Большинство вольтметров являются цифровыми, которые выводят показания в виде цифровых дисплеев.

Q2

Как вольтметр подключается к цепи?

Вольтметр всегда подключается параллельно цепи.

Q3

Каков принцип работы вольтметра?

Основной принцип работы вольтметра заключается в том, что он должен быть подключен параллельно цепи, в которой измеряется напряжение. Параллельное соединение используется потому, что вольтметр сконструирован таким образом, что имеет очень высокое значение сопротивления.

 

Измерение напряжения

— Как работает вольтметр?

спросил 11 лет, 5 месяцев назад

Изменено 8 лет, 4 месяца назад

Просмотрено 19 тысяч раз

\$\начало группы\$

Допустим, у меня есть схема с двухполюсным эквивалентом Тевенина, имеющая разность напряжений постоянного тока U и выходное сопротивление Ro.

Что делает вольтметр? Я предполагаю, что у него есть внутреннее очень большое сопротивление (Rv), которое подключено параллельно к Ro. Но что измеряется по Рв и как?

• измерение напряжения

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Фактическое измерение можно выполнить различными способами.

Одним из наиболее традиционных является микроамперметр с подвижной катушкой, состоящий из обмотки на железном сердечнике, который вращается между полюсами постоянного магнита, работающего против силы пружины. Схема измерителя и селектор соединяют различные резисторы для масштабирования входного напряжения до крошечного тока. Грубый родственный инструмент можно сделать, намотав несколько витков провода на магнитный компас с пластиковым корпусом, при этом введенное поле образует векторную сумму с полем Земли и дает новый угол стрелки.

Следующей крупной разработкой стало использование лампового усилителя с высоким импедансом между тестируемой схемой и движением измерителя, что привело к созданию лампового вольтметра или VTVM. Позже лампу заменили полевым транзистором.

Третьим важным усовершенствованием будет замена механизма счетчика аналого-цифровым преобразователем. Обычно он состоит из компаратора, который сравнивает неизвестный вход с известным эталонным напряжением; либо последовательно, когда опорное напряжение изменяется цифро-аналоговым преобразователем в соответствии с алгоритмом поиска, либо путем зарядки конденсатора при измерении времени, либо для высокоскоростных приложений с использованием ряда компараторов и источников напряжения, действующих параллельно для получения более быстрого ответ (хотя эта форма, скорее всего, будет найдена в быстродействующем приборе, таком как осциллограф, чем в типичном цифровом мультиметре).

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Вольтметры измеряют напряжение, которое они видят после того, как нагрузят его своим «входным сопротивлением». Для счетчиков с электронной схемой это значение обычно находится в диапазоне 10 МОм. Таким образом, импеданс Ro напряжения источника и входной импеданс вольтметра образуют делитель напряжения, и вольтметр сообщает вам напряжение на выходе из этого делителя.

Пока импеданс напряжения источника существенно меньше входного импеданса вольтметра, вольтметр будет точно считывать напряжение. Вот почему более высокое входное сопротивление лучше для вольтметров. На практике большую часть времени нагрузка на что-либо с сопротивлением 10 МОм не изменит его напряжение до такой степени, которая вас волнует. Тем не менее, вы должны знать об ограничениях ваших инструментов, чтобы знать, когда они не дадут вам точных показаний.

\$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$

Вольтметр для расчета разности потенциалов между горячим проводом и нейтралью Поскольку ток течет от горячего к нейтральному, 0-(-115)= 115 и 115 -0=115, нейтраль переменного тока остается на нуле, где горячий переходит от отрицательного горячего к положительному горячему.