Вольтметр - это тот прибор, без которого не обойтись при работе с электричеством. Он применяется при необходимости измерения ЭДС - электродвижущей силы, а также напряжения в электрических цепях . Схема подключения прибора к нагрузке- параллельная.
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:
- Внутреннее сопротивление. Хорошо, если такой показатель очень высокий. Значит, влияние прибора к подключенной электрической цепи уменьшается. А соответственно, измерение вольтметром будет точнее.
- Диапазон измеряемых напряжений- также является важнейшей характеристикой при измерении.
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:
1.По принципу действия - вольтметры делят на электромеханические (магнитоэлектрические и электромагнитные и на электронные, например, цифровые, аналоговые.
2.По прямому назначению - например, импульсные, с учетом постоянного, переменного тока и прочие.
3.По способу применения - изначально встроенные (щитовые) и переносные.
Большая чувствительность, а значит и точность имеется у магнитоэлектрических вольтметров . Данные приборы используются чаще в лабораториях. Самыми распространенными вольтметрами являются электромагнитные.
Они недорогие, а их эксплуатация не вызовет затруднений. Хотя есть у них и недостатки - достаточно высокое энергопотребление, примерно 5-7 Вт , а также высокая индуктивность обмоток. Поэтому частота переменного напряжения ведет к существенному влиянию на показания вольтметра. Приборы данного вида оборудуются в распределительных щитках электростанций и производственных помещений, объектов.
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.
При измерении напряжения аналоговыми вольтметрами важно соблюдать полярность подключения прибора. При отрицательном напряжении стрелка будет двигаться в левую сторону от нуля, при положительном - в правую. Если шкала вашего вольтметра не имеет возможности отклонения стрелки в двух направлениях, тогда необходимо красным щупом коснуться точки, которую касалась до этого белым щупом- для измерения отрицательного напряжения. Либо наоборот (цвета щупов могут быть различными).
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.
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.
Чтобы узнать тип вольтметра, не нужна его техническая документация. Так, в первой букве названия вольтметра содержится информация о типе прибора и принципе его работы. Первая буква «Д» в названии - значит, электродинамический вольтметр ; «М» - магнитоэлектрический; «С» - электростатический, «Т» - термоэлектрический; «Ф, Щ» - электронный; «Э» - электромагнитный; «Ц» - вольтметр выпрямительного типа.
Название радиоизмерительных вольтметров начинается с буквы «В». За ней идет цифра, которая обозначает тип прибора, а через тире - две цифры, по которым можно установить модель вольтметра: В2, В3, В4 - приборы постоянного, переменного или импульсного тока . В5 - фазочувствительные вольтметры, В6 - селективные; В7 - универсальные.
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.
Постоянное напряжение всегда идет со знаком +27 В или -5 В. Также переменное напряжение может обозначаться знаком волны ~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.
О назначении и применении вольтметров в практических целях знает каждый, кто так или иначе сталкивался с починкой электроники и электрическими цепями в целом. Они служат для измерения величины напряжения или ЭДС цепи, а также могут содержать в себе дополнительные измерительные контуры (работать в режиме мультиметра).
По принципу действия вольтметры подразделяются на:
- электромеханические – исторически первый тип измерителей напряжения, морально устаревающий, дающий большие погрешности и постепенно выходящий из производства (касается некоторых разновидностей);
- электронные – аналоговые и цифровые вольтметры, обладающие высокой точностью измерений и широко применяемые в электротехнических сферах производства.
Поскольку измерительный прибор не представляет собой принципиально сложной конструкции, то его разработкой занимается огромное количество компаний по всему миру. С развитием китайской торговой площадки АлиЭкспресс у отечественных потребителей появилась хорошая возможность приобретать товары (в том числе и вольтметры), стоимость которых на порядок дешевле рыночной. В связи с этим мы составили рейтинг десяти самых лучших электронных вольтметров для измерения напряжения, представленных в ассортименте магазина АлиЭкспресс.
Лучшие цифровые вольтметры
Стандартные цифровые вольтметры применяются для определения напряжения в электрической цепи и диагностики электрических элементов. Преимуществом таких устройств над условными электромеханическими измерителями является высокая точность измерений и простота представления информации. Единственный недостаток электронных цифровых вольтметров заключается в заведомо более низкой степени надёжности – элементы схем очень чувствительны к высоким подаваемым нагрузкам, а также плохо переносят сильные механические удары.
4 Inpelanyu C1187
Лучшая цена
Цена на АлиЭкспресс: от 59 руб.
Рейтинг (2019): 4.8
Открывает наш рейтинг миниатюрный и компактный вольтметр от компании Inpelanyu. Девайс представляет собой небольшую плату с дисплеем (поставляется в трех вариантах расцветки), на который, соответственно, выводится значение измеряемого напряжения. Подобная конструкция может использоваться в самых разных целях (например, в качестве индикатора к зарядному устройству или для бортовой сети автомобиля), легко подключается и весьма достоверно измеряет (товар довольно популярен на АлиЭкспресс и поэтому его погрешность была многократно проверена покупателями). Кроме того, на плате имеется подстроечный резистор, что поможет добиться точности в каком-то конкретном диапазоне. Присутствует и своеобразная защита от неправильной установки – если вы перепутаете полярность проводов, дисплей просто не включится.
3 Diymore 100V 10A
Самая популярная модель
Цена на АлиЭкспресс: от 112 руб.
Рейтинг (2019): 4.8
По своему типу данный прибор похож на описанный выше вольтметр, но Diymore уже не так примитивен и умеет показывать не только напряжение, но и силу тока. В остальном различий практически нет, принцип работы и сфера применения счетчика идентичны. На точность измерений особых жалоб нет, однако многие пользователи отмечают сложность подключения вольтметра (никакой схемы либо инструкции в комплекте нет, и далеко не каждый сможет самостоятельно разобраться с распиновкой из 5 проводов).
2 Inpelanyu Q0621
Оптимальное решение для автомобиля
Цена на АлиЭкспресс: от 242 руб.
Рейтинг (2019): 4.9
Данный датчик позиционируется производителем как специально предназначенный для использования в машинах (мотоциклах). Подобная адаптированность прибора выражается в том, что для подключения вольтметра не придется ничего дополнительно паять и монтировать – достаточно просто вставить прибор в прикуриватель, после чего он в режиме реального времени будет информировать вас о текущем напряжении бортовой сети и температуре внутри автомобиля. Это является как основным достоинством, так и главным недостатком гаджета. Плюс заключается в том, что, как уже было сказано, подключить Q0621 сможет абсолютно любой пользователь в независимости от своих умений паять и т.п. – вольтметр нужно лишь поместить в отведенный разъем.
Минус кроется в следующем: гаджет будет занимать весьма полезный слот прикуривателя, а на его корпусе даже не предусмотрен usb-вход для зарядки. Естественно, что если автовладелец хотя бы чуть-чуть разбирается в технике, то он лучше потратит время и подключит более простой, но автономный вольтметр.
1 KETOTEK AC20A
Самый функциональный
Цена на АлиЭкспресс: от 610 руб.
Рейтинг (2019): 5.0
Прибор воплощает максимум того, что может содержать в себе компактный измерительный датчик. Небольшое по габаритам устройство сочетает множество функций и способно одновременно отображать напряжение, силу тока, энергию и ряд других не столь важных показателей. Имеются возможности для дополнительной ручной настройки под конкретные условия (например, установка предельной мощности). И если по точности измерений особых нареканий в отзывах замечено не было, то вот дисплей многим показался тускловатым (наиболее контрастным изображение получается при наблюдении под углом в 45 градусов снизу к плоскости экрана), а с определенных ракурсов так и вообще практически незаметным.
Лучшие портативные вольтметры
В данной категории речь пойдет о приборах, которые могут функционировать без непосредственного подключения к электрической цепи. Такого рода вольтметры используются в основном электриками для быстрого определения наличия напряжения на конкретном участке.
3 MESTEK MT898
Лучшая бесконтактная модель
Цена на АлиЭкспресс: от 468 руб.
Рейтинг (2019): 4.8
Хороший выбор для электриков и других специалистов, часто работающих с напряжением. В гаджете реализована бесконтактная технология, которая позволяет узнавать данные о наличии напряжения, не касаясь самих проводов и таким образом не нарушая их изоляцию. Модель имеет вид шариковой ручки со специальным зажимом (для лучшей фиксации в кармане), собрана из качественного пластика и снабжена двумя режимами чувствительности (первый определяет фазу/0, а второй предназначен для поиска скрытой проводки). Также можно настроить индикацию (звуковую либо световую), а при недостаточном освещении воспользоваться фонариком.
Работает прибор только от батареек типа AAA (подключить аккумуляторы не получится) и, как вам наверное уже стало понятно, непосредственно измерять напряжение не умеет (а лишь показывает его наличие).
2 UNI-T UT18D
Широкий диапазон измерений
Цена на АлиЭкспресс: от 2708 руб.
Рейтинг (2019): 4.9
Достоин упоминания и портативный вольтметр UNI-T UT18D, оригинальный как по своему исполнению, так и по эксплуатационным показателям. В сборном корпусе, состоящем из двух сегментов, расположены щупы для измерения напряжения на выводах электрических цепей. Каждый из сегментов выполнен в виде удобной рукоятки и окрашен в чёрный и красный цвета соответственно.
Судя по описанию от продавца, UNI-T UT18D предназначен для измерения напряжения в диапазоне от 12 до 690 В. Такой разброс значений придаёт прибору некой универсальности, однако точности при трёхзначном отображении результата будет явно маловато. Не впечатляют и требования к эксплуатации: корректная работа вольтметра гарантирована только при температурах от -12 до +40 градусов Цельсия. Несмотря на все ограничения и условности потребители дают модели исключительно высокие оценки. Возможно технические характеристики с эргономикой и являются решающими показателями, но они не в состоянии в одиночку оправдать запрашиваемую стоимость.
1 OOTDTY 1A10388-BK
Выбор профессионалов
Цена на АлиЭкспресс: от 271 руб.
Рейтинг (2019): 4.9
Классический мультиметр, отлично подходящий как для домашних, так и для профессиональных целей. В одном устройстве сконцентрировано множество разных функций (вольтметр, амперметр, тестер сопротивления), причем все они работают на различных частотах и диапазонах. Предусмотрены защита от перегрузок и тестовые провода для безопасного подключения, а сам гаджет, хоть и произведен в Китае, по своей конструкции и дизайну сильно напоминает детище советской электроники (которая для многих является чуть ли не эталоном надежности и качества).
Несмотря на то, что принцип работы OOTDTY не очень сложен и явно не вызовет затруднений у опытных пользователей, для новичков прибор рискует показаться чересчур мудреным и небезопасным (этому способствует и отсутствие русскоязычной инструкции). Однако в сети полно подробных руководств и советов, так что разобраться сможет практически каждый.
Лучшие вольтметры для USB-портов
Вольтметры для USB-портов представляют собой миниатюрные проводниковые устройства, в основе которых лежат те же принципы, что и у стандартных электронных моделей. Они применяются для диагностирования состояния интерфейсов USB-подключения, выводя информацию об измерениях на миниатюрный дисплей. Говорить о достоинствах и недостатках таких приборов нет смысла, поскольку USB-вольтметры не имеют аналогов, выполняющих схожую функцию.
3 JUANJUAN USB Tester
Лучшая цена за USB-тестер
Цена на АлиЭкспресс: от 223 руб.
Рейтинг (2019): 4.8
Ирония судьбы бюджетного вольтметра от компании JUANJUAN заключается в двойственности впечатлений от высказываний пользователей и того, какими техническими характеристиками наделили его разработчики. Во-первых, примечателен узкий диапазон измерения напряжения – от 5 до 20 В соответственно. Во-вторых, погрешность измерений (в самом лучшем случае) составляет порядка одного процента от результата – в некоторых системах такой показатель точности недопустим, и может привести к ошибочной отбраковке или пресловутому пропуску явного дефекта. Этих факторов вполне достаточно для того, чтобы перестать рассматривать вольтметр в качестве одного из самых лучших, однако у покупателей на этот счёт имеется собственное мнение.
Собственно, оценивается не столько качество работы JUANJUAN USB Tester, сколько сам факт его функционирования. Большую роль в популяризации сыграл и продавец: скорость доставки также оставляет приятное впечатление. Но главным плюсом вольтметра является уровень стоимости: найти работающий аналог по схожей сумме практически невозможно.
2 ATORCH 12 in 1
Лучшее соотношение цены и качества
Цена на АлиЭкспресс: от 392 руб.
Рейтинг (2019): 4.9
Данный USB-тестер отличается в первую очередь высокой точностью измерений, многократно проверенной покупателями со всех уголков света. На экран устройства выводится стандартная информация о напряжении, силе тока, сопротивлении, емкости батареи, текущей температуре и времени зарядки, а сам дисплей имеет несколько режимов подсветки. Несмотря на то, что девайс позиционируется как супермногофункциональное (маркировка 12 in 1 многим напомнит времена Тетриса и картриджей для Dendi, где количество игр считалось схожим малопонятным образом), каких-то необычных и интересных возможностей замечено не было. Зато ATORCH обладает внутренней памятью (то есть даже будучи отключенным от сети, устройство запоминает информацию о последнем подключенном аппарате, что очень удобно, например, при тестировании повербанков).
1 HIDANCE 2USB-A1
Самый надежный
Цена на АлиЭкспресс: от 529 руб.
Рейтинг (2019): 5.0
HIDANCE 2USB-A1 – это один из самых популярных USB-вольтметров, представленных на сайте АлиЭкспресс. Обладает широким диапазоном измерения напряжения (от 3.6 до 32.5 В), а также силы тока (от 0 до 5 А), температуры элемента и мощности (до 300 Вт). Погрешности измерений при таких показателях составляют порядка одной сотой от результата, однако для активной мощности этот показатель находится на уровне тысячных долей. Безусловным плюсом HIDANCE 2USB-A1 являются и адекватные условия для эксплуатации: значение температуры не должно опускаться ниже -10 и не превышать отметки в +60 градусов Цельсия.
За несколько лет активных продаж устройство купили более десяти тысяч человек, что является наглядным доказательством его надёжности. Учитывая уровень стоимости, запрашиваемой дистрибьютером, и складывая воедино все вышеописанные показатели, получаем безоговорочно лучший USB-вольтметр в своей категории.
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.
Цифровой вольтметр является довольно востребованным прибором. Предназначен он исключительно для определения напряжения, которое имеется в электрической цепи. Подключение цифрового вольтметра может осуществляться двумя способами. В первом варианте он устанавливается параллельно цепи. Второй способ подразумевает подсоединение прибора непосредственно к источнику электроэнергии. Особенность цифровых вольтметров заключается в удобстве использования. Дополнительно они имеют довольно большой показатель внутреннего сопротивления. Это крайне важно, поскольку данный параметр влияет на точность устройства.
Какие типы бывают?
Все вольтметры можно разделить по виду измеряемой величины. Основными типами считаются устройства постоянного, а также переменного тока. Первый вид, в свою очередь, делится на выпрямительные, а также квадратичные приборы. Дополнительно существуют импульсные вольтметры. Отличительной их особенностью является измерение радиоимпульсных сигналов. При этом замеры напряжения они могут проводить как постоянного, так и переменного тока.
Схема цифрового вольтметра
Обычная схема цифрового вольтметра основана на дискретных величинах. Важную роль в ней играет входное устройство. При этом управляющий прибор взаимодействует с цифровым отсчетным блоком через десятичные числа. Особенность входного устройства заключается в высоком делителе напряжения. Если работа сводится к определению переменного тока, то оно работает как обычный преобразователь. При этом на выходе получается постоянный ток.
В это время центральный блок занимается аналоговым сигналом. В данной системе он представлен в виде цифрового кода. Процесс преобразования свойственен не только вольтметрам, но и мультиметрам. В некоторых моделях устройств применяется двоичный код. В таком случае процесс получения сигнала значительно упрощается, и преобразование происходит значительно быстрее. Старые модели вольтметров работали исключительно с десятичными числами. При этом проводилась регистрация измерительной величины. Дополнительно схема цифрового вольтметра имеет в себе центральный блок, который отвечает за все важные узлы прибора.
Цифровые преобразователи вольтметров
На сегодняшний день существует множество различных типов преобразователей, которые устанавливаются в вольтметры. Наиболее распространенными считаются времяимпульсные модели. Дополнительно существуют кодоимпульсные преобразователи.
Отличительной их особенностью от прочих устройств является возможность заниматься поразрядным уравновешиванием. В это время частотно-импульсные модели такой привилегии лишены. Однако с их помощью можно проводить пространственное кодирование, а это в некоторых исследованиях может быть крайне важным. Особенно это касается замеров напряжения в закрытых цепях электричества.
Самодельные вольтметры
Вольтметр (цифровой) своими руками сделать можно. В первую очередь подбирают детектор, который предназначен для определения средневыпрямленного значения. При этом устанавливается он, как правило, рядом с преобразователем переменного тока. Минимум-напряжение детектором определяется от 100 МВ, однако некоторые модели способны распознавать силу тока до 1000 МВ. Дополнительно, для того чтобы сделать вольтметр (цифровой) своими руками, потребуется транзистор, который влияет на чувствительность устройства, а именно его порог. Связан он с уровнем квантовой амплитуды напряжения. Еще на чувствительность влияет дискретность прибора. Если напряжение составляет менее 100 МВ, то уровень сопротивления непременно растет и может составить, в конечном счете, 10 Ом.
Сопротивление электрической схемы
Сопротивление, которое образуется в системе, зависит от количества знаков в цепи. В данном случае следует понимать, что шкалы вольтметров могут сильно отличаться. Отношение измеряемой величины прямо пропорционально напряжению. Дополнительно нужно учитывать помехозащищенность, которая также влияет на сопротивление устройства. Тут следует отметить, что именно цифровой встраиваемый вольтметр отличается большими амплитудами.
В данном случае это оказывает большое влияние на возникновения помех в цепи. Наиболее частой причиной резкого скачка считают неправильную работу блока питания. При этом средняя частота устройства может нарушаться. Таким образом, на входе в цепи имелось, к примеру, 50 Гц, а на выходе получилось 10 Гц. Как результат, в соединительном проводе образуется сопротивление. Постепенно это приводит к утечке, а происходит это в месте, где находятся клеммы. В данном случае проблема может быть решена путем заземления этого участка. В итоге помехи переходят на входную цепь и частота в приборе стабилизируется.
Погрешности измерений
Погрешность измерений вольтметра напрямую связана с При этом следует учитывать напряжение наводки на выходе. Чаще всего помехи общего вида изменяют параметры сопротивления. В результате данный показатель может значительно уменьшиться. На сегодняшний день имеется три проверенных способа борьбы с разного рода помехами в вольтметрах. Первый прием заключается в применении проводов экранированного типа. При этом вход электрической цепи очень важно изолировать от оборудования.
Второй способ заключается в наличие интегрирующего элемента. В результате период помехи можно значительно уменьшить. Наконец, последним приемом принято считать установку специальных фильтров на вольтметры. Основной их задачей является повышение сопротивления в электрической цепи. В результате амплитуда помехи на выходе после блока значительно уменьшается. Также следует отметить, что многие системы преобразователей способны значительно увеличить скорость измерений. Однако при повышении производительности снижается точность регистрации данных. В итоге такие преобразователи могут быть причиной больших помех в электрической цепи.
Кодоимпульсные вольтметры
Кодоимплульсный цифровой вольтметр переменного тока работает по принципу поразрядного уравновешивания. При этом к данным устройствам применим метод компенсационного измерения напряжения. Процесс расчета в свою очередь осуществляется при помощи прецизионного делителя. Дополнительно рассчитывается опорное напряжение в электрической цепи.
В целом, компенсированный ток имеет несколько уровней. Согласно квантовой теории, исчисления производят в двоично-десятичной системе. Если использовать двухразрядный цифровой вольтметр для автомобиля, то напряжение распознается до 100 В. Весь процесс при этом осуществляется по командам. Особого внимания в работе заслуживает сравнение напряжений. Основано оно на принципе управляющих импульсов, а происходят они в системе через определенные интервалы времени. При этом есть возможность проводить переключение сопротивления одного делителя.
В результате на выходе происходит изменение предельной частоты. Одновременно есть возможность подключать отдельное устройство для сравнения показателей. Главное, не забывать учитывать размер делителя в звене. При этом сигнал устройства может не поступать. В итоге данные можно сравнить по положениям ключей. По сути, они являются кодом, который считывается вольтметром.
Упрощенная схема кодоимпульсного вольтметра-амперметра
Цифровой вольтметр-амперметр постоянного тока схематически можно представить в виде взаимодействующих элементов электрической цепи. Наиболее важным является входное устройство, которое играет роль источника опорного напряжения. Таким образом, прецизионный делитель связан с прибором сравнения.
В свою очередь, механизмы цифрового отсчета показывают сопротивление электрической цепи. Далее управляющие устройства способны напрямую взаимодействовать с входным прибором и проводить сравнения показателей напряжения сети. Наиболее просто процесс измерения можно представить в виде весов. При этом в системе часто бывают сбои. Связаны они по большей мере из-за неправильного сравнения.
Точность измерений
Точность измерений вольтметра-амперметра напрямую связана со стабильностью опорного напряжения. Дополнительно должен быть учтен порог прецизионного делителя во входном устройстве. Защита от помех в цепочке также берется во внимание. Для этого в самом начале электрической цепи имеется фильтр. В результате качество проведений лабораторных работ можно значительно улучшить.
Вольтметры с времяимпульсными типами преобразователей
Данные типы вольтметров используют специальные преобразователи, которые измеряют напряжение только в определенных интервалах времени. При этом учитываются импульсные колебания в электрической цепи. Дополнительно просчитывается средняя частота напряжения в системе. Для ее стабилизации, как правило, применяется дискретный сигнал, который посылается с выхода преобразователя.
При этом счетные импульсы способны значительно сократиться. На погрешность измерения вольтметров влияет множество факторов. В первую очередь это касается дискретизации сигнала. Также проблема может заключаться в нестабильности частоты. Связана она с порогом чувствительности электрической цепи. В результате сравнение напряжения устройством осуществляется нелинейно.
Простая схема вольтметра-амперметра с преобразователем
Цифровой вольтметр-амперметр с частотным преобразователем включает в обязательном порядке генератор, который следит за изменениями напряжения в электрической цепи. При этом измерение осуществляется поэтапно с интервалами. Генератор в электрической цепи используется линейного типа. Для сравнения полученных данных в устройстве имеется триггер. В свою очередь, для расчета частоты важно использовать счетчик, который принимает дискретный сигнал. Происходит это на выходе преобразователя вольтметра-амперметра. При этом учитывается величина предельного напряжения.
Непосредственно информация поступает на вход вольтметра-амперметра. На этом этапе осуществляется процесс сравнения, а когда возникает импульс, то система фиксирует нулевой уровень. Непосредственно сигнал в вольтметре-амперметре попадает на триггер, и в результате на выходе получается положительное напряжение. Возвращается импульс в исходное положение только после проведения устройством сравнения. При этом учитываются любые изменения предельной частоты, которые сформировались в данном промежутке времени. Также принимается во внимание коэффициент преобразования. Рассчитывается он исходя из показателя силы сигнала.
Дополнительно в формуле имеется счетный импульс, который появляется на выходе генератора. В результате напряжение может отображаться только при наличии определенных колебаний, которые возникают в электрической цепи. В конечном счете, сигнал должен дойти до выхода триггера и там считаться. При этом количество импульсов фиксируется в вольтметре-амперметре. Как результат, срабатывает индикатор, который оповещает о наличии напряжения.
Вольтметры двойного интегрирования
Цифровой вольтметр постоянного тока двойного интегрирования работает по принципу периодического повторения. При этом возврат исходного кода в цепи осуществляется автоматически. Работает данная система исключительно с постоянным током. При этом частота предварительно выпрямляется и подается на выходное устройство.
Погрешности дискретизации в вольтметрах не учитываются. Таким образом, могут возникнуть моменты несовпадений счетных импульсов. В результате на начало и конец интервала один параметр может сильно отличаться. Однако, как правило, погрешность не является критичной из-за работы преобразователя.
Особая проблема состоит именно в шумовой помехе. В результате она способна значительно искривить показатель напряжения. В конечном счете, это находит свое отображение в величине импульса, а именно его длительности. Таким образом, среди цифровых вольтметров данные типы не пользуются большой популярностью.
Изначально вольтметры и амперметры были только механическими, и лишь спустя многие годы, с развитием микроэлектроники, начали выпускаться цифровые вольтметры и амперметры. Тем не менее, даже сейчас механические измерительные приборы пользуются популярностью. Они, по сравнению с цифровыми, устойчивы к помехам и дают более наглядное представление о динамике измеряемой величины. Их внутренние механизмы остаются практически теми же, что и канонические магнитоэлектрические механизмы первых вольтметров и амперметров.
В данной статье мы рассмотрим устройство типичного стрелочного прибора, чтобы каждый новичок мог бы понимать основные принципы работы вольтметров и амперметров.
В своей работе стрелочный измерительный прибор использует магнитоэлектрический принцип. Постоянный магнит с выраженными полюсными наконечниками закреплен неподвижно. Между этими полюсами расположен неподвижный стальной сердечник так, что в воздушном кольцеобразном зазоре между сердечником и полюсными наконечниками магнита формируется .
В зазор вставлена подвижная алюминиевая рамка, на которую очень тонким проводом намотана катушка. Рамка закреплена на полуосях, и может поворачиваться вместе с катушкой. К рамке спиральными пружинами прикреплена стрелка прибора. Через пружины к катушке подводится ток.
Когда по проводу катушки проходит ток I, то, поскольку катушка помещена в магнитное поле, и ток в ее проводниках течет пересекая перпендикулярно магнитные силовые линии в зазоре, на нее будет действовать вращающая сила со стороны магнитного поля. Электромагнитная сила создаст вращающий момент М, и катушка вместе с рамкой и стрелкой станет поворачиваться на некоторый угол α.
Поскольку индукция магнитного поля в зазоре неизменна (магнит постоянный), то вращающий момент будет всегда пропорционален именно току в катушке, и величина его будет зависеть от тока и от неизменных конструктивных параметров данного конкретного прибора (с1). Этот момент будет равен:
Препятствующий повороту рамки момент противодействия, возникающий из-за наличия пружин, окажется пропорционален углу закручивания пружин, то есть углу поворота стрелки, связанной с подвижной частью:
Таким образом, поворот будет продолжаться до тех пор, пока момент М, создаваемый током в рамке не окажется равным моменту противодействия Мпр от пружин, то есть пока не наступит равновесие. В этот момент стрелка остановится:
Очевидно, угол закручивания пружин будет пропорционален току рамки (и измеряемому току), по этой причине приборы магнитоэлектрической системы обладают равномерной шкалой. Коэффициент пропорциональности k между углом поворота стрелки и единицей измеряемого тока называется чувствительностью прибора.
Обратная величина именуется ценой деления или постоянной прибора. Значение измеренной величины определяется как произведение цены деления на .
Чтобы избежать мешающих колебаний подвижной рамки при переходах стрелки от одного ее положения к другому, в данных приборах применяют магнитно-индукционные или воздушные демпферы.
Магнитно-индукционный демпфер представляет собой пластину из алюминия, которая закреплена на поворотной оси прибора, и всегда движется вместе со стрелкой в поле постоянного магнита. Возникающие вихревые токи тормозят катушку. Суть в том, что по правилу Ленца, вихревые токи а пластине, взаимодействуя с порождающим их магнитным полем постоянного магнита, препятствуют движению пластины, и колебания стрелки быстро затухают. Роль такого магнитно-индукционного демпфера и выполняет алюминиевый каркас, на который намотана катушка.
При повороте рамки, магнитный поток от постоянного магнита, пронизывающий алюминиевый каркас, изменяется, а значит в алюминиевом каркасе индуцируются вихревые токи, которые при взаимодействии с магнитным полем постоянного магнита оказывают тормозящее действие, и колебания стрелки прекращаются.
Воздушные демпферы магнитоэлектрических приборов представляют собой цилиндрические камеры с помещенными внутри поршнями, связанными с подвижными системами приборов. Когда подвижная часть приходит в движение, поршень в форме крыла тормозится в камере, и колебания стрелки затухают.
Для достижения нужной точности измерений, прибор не должен быть подвержен влиянию силы тяжести в процессе измерения, а отклонение стрелки должно быть связано лишь с вращающим моментом, возникающим при взаимодействии тока катушки с магнитным полем постоянного магнита и с торможением рамки пружинами.
Чтобы исключить вредное влияние силы тяжести и избежать связанных с ним погрешностей, к подвижной части прибора добавляют противовесы в виде грузиков, перемещающихся на стержнях.
Для снижения трения стальные наконечники выполняются из отполированной износостойкой стали или из вольфрамо-молибденового сплава, а подпятники изготавливают из твердого минерала (агат, корунд, рубин и т. д.). Зазор между наконечником и подпятником настраивают при помощи стопорного винта.
Для точной установки стрелки в нулевое исходное положение, прибор оснащается корректором. Корректором в стрелочном приборе служит винт, выведенный наружу, и соединенный поводком с пружиной. При помощи винта можно передвигать немного спираль на оси, регулируя таким образом исходное положение стрелки.
Большинство современных приборов имеют подвижную часть, подвешенную на паре растяжек в виде упругих металлических лент, служащих для подачи тока на катушку, и создающих противодействующий момент. Растяжки соединены с парой плоских пружин, расположенных взаимно перпендикулярно.
Справедливости ради отметим, что кроме классического механизма, рассмотренного выше, встречаются также и приборы с магнитами не только п-образной формы, но и с цилиндрическими магнитами, и с магнитами в форме призм, и даже с внутрирамочными магнитами, которые сами могут быть подвижными.
Для измерения тока или напряжения, магнитоэлектрический прибор включают в цепь постоянного тока по схеме амперметра или вольтметра, разница лишь в сопротивлении катушки и в схеме включения прибора в цепь. Разумеется через катушку прибора не должен проходить весь измеряемый ток при измерении тока, и не должна потребляться большая мощность при измерении напряжения. Для создания надлежащих условий служит добавочный резистор, встроенный в корпус измерительного прибора.
Сопротивление добавочного резистора в схеме вольтметра превосходит сопротивление катушки во много раз, и этот резистор изготовлен из металла с чрезвычайно малым , такого как манганин или константан. Резистор, включаемый параллельно катушке в амперметре, называется шунтом.
Сопротивление шунта напротив во много раз меньше сопротивления измерительной рабочей катушки, поэтому через провод катушки проходит только мизерная доля измеряемого тока, в то время как основной ток течет через шунт. Добавочный резистор и шунт позволяют расширить пределы измерения прибора.
Направление отклонения стрелки прибора зависит от направления тока через измерительную катушку, поэтому при включении прибора в цепь важно правильно соблюсти полярность, иначе стрелка будет двигаться в другую сторону. Соответственно, магнитоэлектрические приборы в каноническом виде непригодны для включения в цепь переменного тока, поскольку стрелка будет просто вибрировать оставаясь на одном месте.
Тем не менее, к достоинствам магнитоэлектрических приборов (амперметров, вольтметров) относятся высокая точность, равномерность шкалы и устойчивость к помехам, порождаемым внешними магнитными полями. К недостаткам - непригодность к измерению переменного тока (чтобы измерить переменный ток, нужно будет его сначала выпрямить), требование к соблюдению полярности и уязвимость тонкой проволоки измерительной катушки к перегрузкам.
