Наиболее распространенной единицей измерения напряжения в вольтметре является вольт, сокращенно В, но в зависимости от прибора и назначения шкала может измеряться и в долях вольта, например, в милливольтах (мВ) или микровольтах (мкВ). ).
Вольтметры: что это такое и как пользоваться?
Электричество уже давно стало неотъемлемой частью нашей жизни. Оно окружает нас повсюду — от работы до дома. Но не все знают, что оно обладает различными свойствами и что для того, чтобы использовать его с пользой, необходимо, чтобы оно соответствовало определенным параметрам. Речь идет даже не о самом электричестве, а об электросетях, которые являются важнейшим элементом инфраструктуры, обеспечивающим потребителям возможность получать электроэнергию. Одним из приборов, которые можно использовать для проверки работоспособности электросетей, является вольтметр.
Описание и назначение
Этот прибор используется для измерения напряжения между двумя узлами цепи. В аналоговых моделях стрелка перемещается по шкале в зависимости от напряжения. Цифровые модели отображают напряжение соответствующим образом, поскольку имеют цифро-аналоговый преобразователь.
Стационарный вольтметр необходим для контроля генераторов или другого стационарно установленного оборудования. Портативная модель также определяет ток и сопротивление благодаря встроенному мультиметру.
Если мы хотим измерить напряжение, мы должны убедиться, что ток не попадает в само измерительное устройство. Для этого его подключают параллельно. Цепь продолжается, и измерительный прибор используется для измерения напряжения в этой точке. Хорошо, если резистор подключен последовательно. Это гарантирует, что измерение будет максимально точным.
Все вольтметры имеют шкалу, на которой можно прочитать результат измерения. Чем выше напряжение в цепи, тем больше отклонение стрелки, которое можно наблюдать. Как уже говорилось, для аналоговых моделей это шакал, а для цифровых — специальное индикаторное табло. Следует отметить, что каждая модель имеет предел измерения, и у стационарных моделей он обычно больше, чем у переносных.
Как подключать вольтметр и производить измерения?
Вольтметры всегда должны подключаться параллельно электрическому устройству или компоненту, на котором измеряется электрическое напряжение (рис. 2).
Основная идея заключается в том, что клеммы вольтметра подключаются к тем точкам цепи, между которыми необходимо измерить напряжение.
Следует помнить, однако, что при таком подключении часть тока IV протекает через вольтметр, а не через проверяемый элемент R. Таким образом, мы имеем дело с ситуацией, когда энергия измерения физической величины изменяет значение этой величины. Это не единственный подобный пример в физике.
Как видно из предыдущих рассуждений, для измерения действительного значения электрического напряжения на концах элемента цепи нам понадобится вольтметр с бесконечным сопротивлением. Тогда через него не будет протекать электрический ток, и измерение будет беспристрастным. На практике бесконечное электрическое сопротивление невозможно реализовать в вольтметре. Однако сегодня продаются вольтметры с чрезвычайно высоким внутренним сопротивлением — более 100 ТОМ.
Стоит отметить, что значение считанного напряжения всегда меньше фактического. Это пример систематической ошибки измерения.
Согласно закону Ома, фактическое значение напряжения на концах элемента R на рисунке 2 для участка цепи равно: U = I*R.
Однако, поскольку вольтметр имеет внутреннее сопротивление, он показывает значение: UV = IV * RV = IR * R .
После простого преобразования получаем, что действительное значение электрического напряжения на концах испытуемого элемента R цепи имеет значение: U = UV * (1 + R/RV )
Эта формула подтверждает наше предыдущее утверждение о том, что идеальный вольтметр должен иметь бесконечное внутреннее сопротивление. Поскольку коэффициент сопротивления в этой формуле стремится к бесконечности, измеренное значение UV стремится к истинному значению U. Поскольку в реальности не существует прибора, удовлетворяющего этому идеальному условию, вольтметр должен быть выбран для измерения таким образом, чтобы вызываемая им погрешность находилась в пределах ожидаемой погрешности измерения.
Вывод: Чем выше внутреннее сопротивление вольтметра, тем меньше погрешность измерения; поэтому вольтметры всегда имеют очень высокое электрическое сопротивление.
Как и амперметр, вольтметр также маркируется знаком «+» на клемме. Эта клемма всегда должна быть подключена к проводу, идущему от положительного полюса источника тока. В противном случае стрелка будет отклоняться в противоположном направлении. Отрицательная клемма, с другой стороны, подключается к проводу, идущему от отрицательного полюса источника тока.
Расширение диапазона измерения.
У аналоговых вольтметров диапазон измерения в принципе ограничен концом шкалы; если к вольтметру приложить более высокое напряжение, то, с одной стороны, игла не сможет отклониться дальше, а с другой стороны, даже сам вольтметр может быть поврежден. Чтобы расширить диапазон измерения, необходимо использовать соответствующую схему, обеспечивающую подачу на вольтметр только части измеряемого напряжения.
Как работает вольтметр?
Существует два типа вольтметров: аналоговые вольтметры, которые показывают значение по наклону стрелки механического прибора, и все чаще цифровые вольтметры, которые в настоящее время оснащены сложными электронными схемами.
Аналоговые вольтметры обычно представляют собой амперметры с последовательно подключенным резистором RV последовательным резистором с очень высоким значением электрического сопротивления. Это означает, что они, по сути, измеряют ток IVкоторый протекает через них, а шкала показывает значение, которое является результатом вычисления: UV = IV * RV .
Цифровые измерительные приборы обычно имеют обратную форму (т.е. они являются вольтметрами, а не амперметрами). Это связано с тем, что цифровой вольтметр относительно легко изготовить. Если соединить его параллельно с низкоомным резистором, получится токоизмерительный прибор. Значение индекса можно рассчитать с помощью следующего уравнения: UV = IV * RV .
Однако существует тип аналогового вольтметра, который не основан на принципе амперметра. Это электростатический вольтметр. На практике он представляет собой конденсатор с неподвижной и подвижной катушкой. Электрическое взаимодействие между клеммами заставляет двигаться стрелку, которая прикреплена к подвижной части. Этот вольтметр также может измерять очень высокие электрические напряжения, а значение его внутреннего сопротивления практически бесконечно.
Рассмотрим несколько вольтметров разных производителей
1. В3-57 — микровольтметр
Модель V3-57 — это измеритель/преобразователь среднеквадратичного напряжения. Он используется для измерения среднеквадратичных напряжений любой формы и линейно преобразует их в постоянное напряжение. Шкала прибора — в среднеквадратичных напряжениях и децибелах (от 0 дБ до 0,775 В). Прибор используется для калибровки и настройки различных радиоустройств, расчета частотной характеристики широкополосных устройств, контроля фиксированных шумовых сигналов и т.д.
— Пределы измеряемого напряжения 10 мкВ — 300 В с диапазонами пределов: 0,03-0,1-0,3-1-3-10-30-100-300 мВ 1-3-10-30-100-300 В.
— Частотные пределы 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 сопротивление: 5 мегаом ±20%.
— Входная емкость: 27пФ (0,03-300 мВ) и 12пФ (1-300 В).
— Выходное напряжение линейного трансформатора 1 В
— Выходное сопротивление линейного трансформатора 1 кОм ±10%.
— Предельное значение коэффициента амплитуды сигнала 6*(Uk/Ux)
2.Вольтметры переменного напряжения АКИП-2401
— Измерение среднеквадратичного напряжения переменного тока
— Диапазон частот: от 5 Гц до 5 МГц
— Диапазон измерения напряжения: 300 В (6 диапазонов)
— Два входа для измерения радиочастотного сигнала: Can1 / Can2
— Максимальное разрешение: 0,0001 мВ
— Отображение уровня входного сигнала в дБн, дБм, Upeak
— Автоматический или ручной выбор пределов измерения, режим ожидания
3. Вольтметр В7-40/1
Высококачественный цифровой многоцелевой прибор для измерения постоянного и переменного напряжения, тока и сопротивления постоянному току. Вольтметр V7-40/1 используется при производстве радиоаппаратуры и радиоэлектронных компонентов, в научных и экспериментальных исследованиях, в лаборатории и в полевых условиях. Встроенный интерфейс IEEE-488 позволяет успешно использовать вольтметр В7-40/1 в автоматических информационно-измерительных системах.
Вольтметр В7-40/1 подходит для жестких условий эксплуатации.
— Точность измерения постоянного тока вольтметром В7-40/1 составляет 0,05%.
— Максимальное разрешение вольтметра V7-40/1 — 1 мкВ — 10 мкА — 1 мОм.
— Диапазоны измерения 0,2, 20, 200, 1000 (2000) В
— Разрешение 1, 10, 100 мкВ; 1; 10 мВ
— Основная погрешность измерения ±(0,04 % + 5ppm)
— в диапазоне 0,2 В не менее 1 Гм
— в диапазоне 2 В не менее 2 ГОм
— в диапазоне 200….1000 В не менее 10 Мегаом.
Еще одно видео о том, как подключить вольтметр:
Напряжение постоянного и переменного тока
Для моделей, позволяющих измерять постоянное и переменное напряжение, важно выбрать тип измеряемого напряжения. Это указано на центральной поворотной ручке, которая позволяет выбрать соответствующее положение.
При измерении элементов и батарей выбирается напряжение постоянного тока, которое обычно обозначается буквой V с двумя линиями над ней, одной непрерывной и одной сегментированной.
Если же необходимо проверить бытовую розетку, выбирается переменное напряжение, обозначаемое буквой V с волной над ней. При непосредственном подключении к розетке переменного тока отображается фактическое значение напряжения, соответствующее максимальному напряжению (110 или 220 В в зависимости от места установки), деленное на √2.
Мы также можем найти комбинированные сигналы, которые имеют компоненты переменного и постоянного тока.
Если вольтметр настроен на измерение постоянного напряжения, переменная составляющая не учитывается, в то время как обратное верно, если он настроен на переменное напряжение.
Принцип работы вольтметра
Электромеханические вольтметры, как и аналоговые мультиметры, основаны на гальванометре — устройстве, реагирующем на малые токи.
Существует несколько типов гальванометров, но наиболее часто используется гальванометр Дарсонваля. Внутри него находится постоянный магнит в подвижной катушке с прямоугольными витками, которая вращается относительно пружины, снабженной стрелочным индикатором, за счет крутящего момента, создаваемого протекающим током.
Чем больше ток, тем больше вращение катушки и стрелки, которое можно измерить по шкале прибора. Измеряемый ток пропорционален напряжению, присутствующему на измеряемом элементе.
Для получения наиболее точных данных прибор всегда должен быть подключен параллельно измеряемой детали с помощью зажимов или клемм специального назначения.
Не следует измерять высокие напряжения слабыми вольтметрами, параметры которых никоим образом не предназначены для этой цели.
- Приборы имеют различные диапазоны для проведения измерений, начиная от милливольтов, заканчивая киловольтами.
- Чувствительность микровольтметров позволяет замерять миллионные доли вольта.
- Диапазон прибора учитывают прежде всего, чтобы не вызвать короткое замыкание.
Кроме того, приборы, предназначенные для постоянного тока, совершенно не подходят для измерения значений переменного тока. Универсальные модели можно использовать только после выбора соответствующего режима измерения.
Характеристики вольтметров
Все без исключения модели характеризуются общими критериями, по которым оцениваются их характеристики. Они не зависят от принципа действия, предназначения или режима работы.
Точность измерения — первый параметр, на который следует обратить внимание перед покупкой или использованием вольтметра.
Чем больше сопротивление внутри вольтметра, тем меньше его влияние на процесс измерения и тем меньше погрешность. В этом случае его влияние на схему минимально.
