На сегодняшний день существует множество приборов для измерения величин в электрике: мультиметр, омметр, амперметр, вольтметр. Последний их них мы и рассмотрим в нашей статье, а также расскажем о принципе работы и области применения.
Вольтметр – это прибор, служащий для измерения и контроля напряжения в электрической цепи на ее конкретном участке. Для этой функции устройство обладает огромным внутренним сопротивлением. Чем сопротивление прибора выше, тем меньшее воздействие оказывается на объект измерений, а отсюда и выше точность показаний.
Вольтметры делятся на два вида: аналоговые и цифровые. Аналоговый вольтметр содержит магнитоэлектрический измерительный прибор и измерительный усилитель постоянного или переменного тока, позволяющий получить линейную шкалу с низкими пределами измерения. Однако, данный тип приборов уже устарел и используется крайне редко.
Цифровой вольтметр работает по принципу преобразования измеряемого напряжения в электрический код. Показания вольтметра отображаются на дисплее в цифровом виде, что значительно упрощает измерения.
По своему назначению вольтметры можно разделить на приборы:
- постоянного тока;
- переменного тока;
- импульсные;
- селективные;
- универсальные
Также вольтметры различают по своей конструкции, которая бывает:
- щитовой;
- переносной;
- стационарной
Область и способ применения
Вольтметры в основном применяются при измерении напряжения сети с переменным током и постоянным током. Разновидности импульсных вольтметров предназначаются для измерений импульсной электросети, от чего и происходит их название. Но в нынешнее время самым востребованным типом являются универсальные вольтметры, которые при помощи нехитрых настроек работы можно применять для решения задач любого формата.
Помните: при работе с устройством любого типа необходимо соблюдать все правила техники безопасности!
Чтобы определить сетевую нагрузку (например, на блоке питания), требуется параллельно нагрузке в цепи подключить прибор, задав в настройках максимальные параметры измеряемой величины. При этом важно понимать, какой ток на данном участке цепи (если мы говорим о бытовом напряжении, то оно будет не выше 260 вольт). При работе с вольтметром постоянного тока следует знать, что клемму со значением «+» необходимо подключить к верхней точке потенциала, клемму со значением «-» — к нижней. Показания на дисплее будут обозначать выходное напряжение. Например, если прибор выдал значение в 230 вольт, то это означает, что на данном участке цепи можно без опасений использовать блок питания с рабочим напряжением до 250 вольт.
В нашем интернет-магазине вы можете найти нужный вам тип вольтметра по выгодным условиям цены и доставки. Кроме того, мы будем рады ответить на все интересующие вас вопросы. Ждем ваших заявок и заказов!
Зачем и для чего нужен вольтметр
Как подключать вольтметр и производить измерения?
Вольтметры всегда должны быть подключены параллельно с электрическим устройством или элементом, на котором измеряется электрическое напряжение (рисунок 2).
Ключевая мысль состоит в том, что зажимы вольтметра присоединяют к тем точкам электрической цепи, между которыми надо измерить электрическое напряжение.
Однако следует помнить, что при таком соединении часть тока IV будет протекать через вольтметр, а не через проверяемый элемент R. Таким образом, мы имеем дело с ситуацией, когда действие измерения физической величины изменяет значение этой величины. Это не единственный подобный пример в физике.
Как видно из предыдущих рассуждений, для измерения истинного значения электрического напряжения на концах элемент цепи, нам понадобится вольтметр с бесконечным сопротивлением. Тогда через измерительный прибор не будет протекать электрический ток, поэтому измерения будут неискаженными. На практике бесконечное электрическое сопротивление в вольтметре реализовать невозможно. Тем не менее, в настоящее время продаются вольтметры с чрезвычайно высоким внутренним сопротивлением, превышающим 100 ТОМ.
Стоит отметить, что считанное значение напряжения всегда меньше истинного значения. Это пример систематической ошибки измерения.
Истинное значение напряжения на концах элемента R на рис. 2, согласно закона Ома для участка электрической цепи, составляет: U = I*R
Но, так как вольтметр имеет внутреннее сопротивление, то он показывает значение: UV = IV * RV = IR * R .
После простых преобразований получаем, что реальное значение электрического напряжения на концах проверяемого элемента цепи R 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, при проведении измерений необходимо выбирать вольтметр таким образом, чтобы величина вносимой им ошибки находилась в пределах предполагаемой погрешности измерений.
Вывод: Чем выше внутреннее сопротивление вольтметра, тем меньше погрешность измерения; поэтому вольтметры всегда имеют очень высокое электрическое сопротивление.
Как и у амперметра, у одного зажима вольтметра ставят знак «+«. Этот зажим необходимо обязательно соединять с проводом, идущим от положительного полюса источника тока. Иначе стрелка прибора будет отклоняться в обратную сторону. А отрицательный зажим, соответственно, соединяют с проводом, идущим от отрицательного полюса источника тока.
Расширение диапазона измерений.
У аналоговых вольтметров диапазон измерения в принципе ограничен концом шкалы; если на измерительный прибор подается более высокое напряжение, то, с одной стороны, стрелка прибора не может отклониться дальше, а с другой стороны, даже сам прибор может быть поврежден (выйти из строя). Чтобы расширить диапазон измерений в большую сторону, необходимо использовать подходящую электрическую схему, обеспечивающую подачу на вольтметр только части измеряемого напряжения.
Этого можно достичь, объединив вольтметр с последовательно подключенным резистором (эти резисторы ещё называют — «добавочными резисторами»). Например, если вольтметр с диапазоном измерения 50 мВ имеет внутреннее сопротивление 100 Ом, то последовательный резистор со значением 900 Ом вызывает падение напряжения на вольтметре только на 1/10. Таким образом, диапазон измерений увеличивается в 10 раз, поэтому вольтметры теперь могут измерять напряжение до 500 мВ.
Верхние пределы расширения диапазона измерения практически отсутствуют. Если последовательный резистор в вышеприведенном примере имеет значение 99 900 Ом, то общее сопротивление равно 100 000 Ом, и на вольтметре падает только 1/1000 от приложенного напряжения. Соответственно, можно измерить в 1000 раз большее напряжение, т.е. максимум 50 В.
Более наглядно посмотреть, как подключаются добавочные резисторы в электрическую цепь вы можете видеть на рисунке 3 ниже.
Если мы хотим использовать вольтметр с диапазоном до UV для измерения напряжения до U1 , мы можем написать: U1 = I*RP + UV ,
В тоже время: UV = I*RV , тогда
после преобразований получаем, что сопротивление добавочного сопротивления должно иметь значение:
Мы также можем уменьшить диапазон измерения вольтметра. Для этого мы используем делители напряжения как на рис. 4.
При использовании цифровых измерительных приборов, измерение выполняется электронным способом и отображается на дисплее в цифровом виде. Однако проблема погрешности измерений и принцип расширения диапазона измерений идентичны для аналоговых и цифровых измерительных приборов.
Как работает вольтметр?
Существует два типа вольтметров: аналоговые, показывающие значение путем наклона стрелки механического прибора, и все чаще используемые в настоящее время цифровые, оснащенные сложными электронными схемами.
Аналоговые вольтметры обычно представляют собой амперметры с последовательно соединенным резистором RV с очень большим значением электрического сопротивления. То есть, по сути, они измеряют ток IV, протекающий через него, а шкала показывает значение, которое является результатом расчета: UV = IV * RV .
Цифровые приборы, как правило, имеют обратную конструкцию (то есть они являются именно вольтметрами, а не амперметрами). Это связано с тем, что изготовить цифровой измеритель напряжения относительно просто. Если мы подключим его параллельно резистору с малым сопротивлением, то получим амперметр. Значение индикатора может быть рассчитано по уравнению: UV = IV * RV .
Существует, однако, тип аналогового вольтметра, принцип действия которого не основан на принципе работы амперметра. Это электростатический вольтметр. На практике это конденсатор с одной неподвижной обкладкой и другой подвижной. Электрическое взаимодействие обкладок вызывает перемещение указателя, прикрепленного к движущейся части. С помощью такого вольтметра можно можно измерять даже очень высокие электрические напряжения, а значение его внутреннего сопротивление почти бесконечно.
Лабораторное оборудование
В лабораториях и научных учреждениях вольтметры используются для точного измерения напряжения в экспериментальных установках и при проведении исследований. Применение вольтметра обеспечивает:
- точное измерение напряжения в ходе экспериментов;
- возможность проследить изменения напряжения в реальном времени;
- поддержание необходимых условий для проведения экспериментов.
Домашнее использование
Вольтметры также используются дома для обслуживания и ремонта электрических систем и приборов. Их использование позволяет:
- избежать перегрузки и повреждений от скачков напряжения;
- выполнять ремонт и обслуживание электрических устройств;
- обеспечивать безопасность при работе с электроустройствами.
В заключение можно сказать, что вольтметр — это универсальный инструмент, применяемый в самых разных областях, начиная от промышленности и заканчивая домашним использованием. Он помогает контролировать и регулировать параметры электрических цепей, обеспечивая их стабильную и безопасную работу.
