Какую электрическую величину измеряют электрическим прибором вольтметром

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.

Вольтметры являются измерительными приборами, которые предназначены для измерения электродвижущей силы в электрической цепи на некотором ее участке, то есть, для измерения разности электрических потенциалов, которое называется напряжением. Единицей измерения этого параметра является Вольт. Такой измерительный прибор должен подключаться параллельно измеряемому участку или нагрузке. Если вольтметр подключить к выводам батарейки или блока питания, то прибор покажет не напряжение, а электродвижущую силу, так как при подключении в цепь с нагрузкой напряжение меняется.

Вольтметры в идеале должны иметь большое внутреннее сопротивление, для обеспечения точных показаний, и не воздействовать на измеряемую цепь. Поэтому в высокоточных приборах стремятся к наибольшему внутреннему сопротивлению.

Классификация

По принципу действия:

• Электромеханические.
• Электронные.

По назначению:

• Для постоянного тока.
• Для переменного тока.
• Импульсные.
• Фазочувствительные.
• Селективные.
• Универсальные.

По способу исполнения:

• Переносные.
• Стационарные.
• Щитовые.

Устройство и работа

Рассмотрим основные виды вольтметров.

Электромеханические

Процесс измерения основан на прямой линейной зависимости движения механического вида от напряжения. Стрелка прибора находится на рамке с обмоткой, расположенной на вращающейся оси внутри постоянного магнита.

При возникновении в рамке напряжения, вокруг нее появляется электромагнитное поле. В результате рамка со стрелкой поворачивается в магнитном поле на определенный угол, величина которого зависит от измеряемой величины. Чувствительностью прибора называется коэффициент пропорциональности между значением угла поворота рамки и напряжением. Чтобы не было колебаний вращающейся рамки со стрелкой, используют магнитно-индукционный демпфер.

Он выполнен в виде алюминиевой пластины, закрепленной на оси, и движется совместно со стрелкой в магнитном поле. Вихревые токи при этом препятствуют колебаниям рамки, поэтому возникающие колебания стрелки затухают. Воздушные демпферы вольтметров состоят из цилиндров с поршнями, которые связаны механическим путем со стрелкой. При возникающих колебаниях стрелки поршень сглаживает их путем затормаживания в цилиндре. Чтобы точность измерений была высокой, прибор не должен зависеть от силы тяжести, стрелка должна отклоняться только от действия катушки в поле магнита, а не от силы тяжести. Поэтому подвижные элементы оснащают специальными грузиками, играющими роль противовесов.

Для уменьшения трения металлические наконечники изготавливают из прочной стали, затем полируют их. Подпятники выполняют из твердых камней. Зазор между подпятником и полированным наконечником регулируется винтом. Направление поворота стрелки зависит от полярности тока, протекающего через катушку. Поэтому для правильных измерений необходимо соблюдать полярность.

Электронные вольтметры

Приборы с электронной начинкой делятся в свою очередь на аналоговые и цифровые. Они отличаются тем, что в аналоговых приборах имеется стрелка и шкала, а в цифровых приборах значение напряжения выводится на цифровой экран. Аналоговые приборы работают по принципу преобразования переменного входного напряжения в постоянное. Затем оно усиливается и поступает на детектор, сигнал от которого отклоняет стрелку. Чем выше напряжение входа, тем больше отклонится стрелка.

Цифровые

Такие приборы работают с большей точностью, в отличие от аналоговых моделей. Принцип их работы заключается в изменении аналогового входного сигнала в цифровой вид. При этом кодированный цифровой сигнал приходит на устройство, преобразующее двоичный код в цифры, отображаемые на экране. Точность измерений цифровых вольтметров зависит от дискретности аналого-цифрового устройства, преобразующего сигнал.

Вольтметры в сети переменного тока

Работа таких устройств заключается в преобразовании переменного значения напряжения в постоянное. После этого сигнал усиливается и поступает на измерительный механизм магнитоэлектрического действия.

Импульсный вольтметр

Такой прибор способен измерить короткие импульсы напряжений в сети. Разберем устройство и работу импульсного вольтметра на примере устройства для поиска неисправностей в электрической сети автомобиля. Он служит для поиска импульсных помех.

Около 5% неисправностей автомобиля возникают из-за неисправностей электрической проводки в виде помех и исчезающего контакта. У старого автомобиля таких неисправностей больше. Простыми вольтметрами и тестерами такие неисправности невозможно, так как они не реагируют на одиночные импульсы, приводящие к сбою и выходу из строя оборудования.

Бортовой компьютер автомобиля при неисправностях выдает сигнал. При проверке выясняется, что это коды – ошибки. Ремонтники меняют свечи, сам компьютер, выполняют другие работы. Но по-прежнему выдается «ошибка двигателя», а кодов неисправностей нет, так как импульсы, вызванные неисправностями, не улавливаются.

Для решения этих проблем существует прибор, измеряющий импульсные сигналы напряжения. Он срабатывает при появлении одиночного импульса. На корпусе устройства имеется переключатель чувствительности.

Порядок работы

• Большие «крокодилы» подключить на аккумуляторные клеммы.
• Провод с небольшим «крокодилом» подключить на положительную клемму батареи.
• Чувствительность установить на «0».
• Двигатель запустить.
• При нормальном аккумуляторе при запуске двигателя красный индикатор на приборе не должен светиться. В противном случае необходимо искать неисправность на клеммах батареи или в ее внутреннем состоянии.
• При запущенном двигателе чувствительность установить на «1», покачать кузов машины, легко постучать по аккумулятору деревянной палкой. Если импульсный вольтметр не сработал, то в аккумуляторе нет проблем.
• Подобным образом проверяют электропроводку, лампочки, электронные узлы и потребители энергии.

На этом примере становится понятно, для чего нужны и как работают импульсные вольтметры.

Фазочувствительные

Такие приборы называют векторметрами. Они предназначены для замеров квадратурных составляющих напряжений первой гармоники. Они оснащаются двумя индикаторами для показаний мнимой и действительной составляющей комплексного напряжения.

Фазочувствительный вольтметр определяет общее напряжение в комплексе. При этом начальная фаза опорного напряжения принимается за ноль. Такие типы приборов нашли применение в лабораторных исследованиях фазоамплитудных характеристик четырехполюсных усилителей и т.п.

Селективные

Вольтметры, способные избирательно выделить гармонические составляющие сложного сигнала и среднеквадратичную величину напряжения, называют селективными. По конструктивным особенностям и принципу работы такие приборы подобны устройству супергетеродинного радиоприемника, без регулятора усиления.

Универсальные

Название прибора говорит само за себя. С помощью такого вольтметра можно измерить ЭДС в любых цепях и при любых условиях. Чаще всего они имеют в комплекте набор различных шунтов в виде гасящих резисторов.

Универсальные измерители напряжения обладают множеством функций и возможностей, имеют незначительный расход энергии, и могут определить напряжение, как в аналоговом, так и в цифровом виде. Они применяются в различных сферах производства, науки, техники, лабораторных исследованиях.

Переносные вольтметры

Такие приборы являются автономными, так как не требуют для своей работы внешнего питания. Они имеют небольшие габаритные размеры и заключены в удобный эргономичный корпус. Одним из видов переносных вольтметров можно назвать мультиметр, или тестер. Он также имеет компактные размеры, однако его точность работы достаточно высокая, и позволяет получить точные результаты при выполнении ответственных заданий.

Стационарные вольтметры

Приборы стационарного типа обычно размещают в большом металлическом корпусе с большой шкалой измерений. Их можно устанавливать и подключать в различных положениях, для этого на корпусе имеются соответствующие крепления. Стоят такие приборы значительно дороже переносных моделей. Однако высокая точность работы позволяет применять их в различных сферах: лабораториях, крупных производственных объектах, научных центрах и т.д.

Щитовые

Внешний вид щитовых вольтметров аналогичен переносным приборам, с отличием в том, что устанавливаются они в специальные шкафы для контрольных приборов.

Маркировка вольтметров

Для определения типа прибора можно посмотреть его обозначение маркировки. Если первая буква в названии:

• «Д» — это вольтметр электродинамического действия.
• «М» — прибор магнитоэлектрический.
• «Т» — термоэлектрический.
• «С» — электростатический.
• «Ц» — приборы выпрямители.
• «Э» — электромагнитные.
• «Щ», «Ф» — электронные.

Радиоизмерительные вольтметры маркируются по-другому. Вначале стоит буква «В», а далее цифра обозначает тип. Затем идут символы модели прибора.

Вольтметр — это прибор, который служит для измерения напряжения на участке цепи. Как правильно работать с этим прибором, что нужно учитывать при выборе вольтметра, какие еще бывают приборы для измерения напряжения в сети, давайте разберемся.

Напряжение

Напряжением называют физическую величину, выражающую работу, которая была затрачена для пробного электрического заряда из одной точки электрической цепи в другую. Или, другими словами, это энергия, расходуемая при перемещении положительного заряда из точки с малым потенциалом в точку с большим потенциалом.

Оно бывает двух видов: постоянное и переменное. Постоянное напряжение характерно для цепей электростатики или постоянного тока, а переменное – для схем с переменным и суисоидальным током. Данная физическая величина измеряется в вольтах, а его обозначение: U.

Эту величину можно находить по следующим формулам:

Где U — напряжение, I – с ила тока, R – сопротивление, P – мощность.

Но значение U можно узнать, не используя этих формул, если провести специальные измерения. Для этого надо просто уметь пользоваться вольтметром.

Он является простейшим прибором для измерения напряжения. На уроках физики в школах детям часто рассказывают об особенностях данного устройства, учат проверять напряжение в электрической цепи. С помощью него можно узнать не только напряжение, но и сопротивление, если знать специальные формулы. Вольтметром удобно пользоваться, и он несложен в устройстве, поэтому вольтметр остается самым лучшим способом измерения U в домашних условиях.

Классификация вольтметров

Они бывают электромеханическими (такие приборы являются наиболее чувствительными и точными), электронными, принцип действия которых заключается в преобразовании переменного напряжения в постоянное, и цифровыми.

Исходя из назначения, вольтметры могут быть импульсными, постоянного или же переменного тока. А по принципу применения — щитовыми и переносными. Перед использованием прибора нужно проверять, к какому из типов они относятся, чтобы провести правильные измерения.

Немного истории

Первый в истории вольтметр был изобретен русским физиком Г.В. Рихманом в 1754 году и назывался «указателем электрической силы». Современные электростатические вольтметры основаны на принципах этого устройства.

Строение вольтметра

Прежде чем приступать к измерению напряжения, следует изучить, как работает вольтметр.

Его основные элементы — это корпус, клемма, стрелка и шкала. На клеммах обычно стоит знак «плюс» или «минус» или же они помечены цветом (плюс — красный цвет, минус — синий или черный цвет). Часто на этом приборе можно заметить букву «V». Когда прибор служит для цепей с переменным током, то на циферблате изображается волнистая линия, а когда для цепей с постоянным током — линия прямая. Иногда используются обозначения АС (для измерения переменного тока) и DC (для измерения постоянного тока). В приборах для переменного тока полярности нет.

Классический вольтметр, который на данный момент немного устарел, состоит из катушки тоненькой подковообразной проволоки с железной стрелкой, которая располагается между концами магнита. Стрелка перемещается на оси. Ток идет по катушке, и намагниченная стрелка перемещается из-за силы тока. Чем сила тока больше, тем больше отклоняется стрелка. Можно заметить, что устройство этого прибора не очень сложное. Весь его принцип основан на простых законах физики.

Как пользоваться вольтметром

Вольтметр всегда подключается параллельно участку цепи, т. к. такое подключение уменьшает ток. Прибор может провести измерения напряжения только на определенном участке электрической цепи. При работе с ним нужно всегда соблюдать полярность. Провода прикручивают к винтам с гайками. У приборов, рассчитанных на постоянное напряжение, контакты обозначены знаками «плюс» и «минус». Это что касается стрелочного вольтметра. В электронных моделях все гораздо проще: там нет проводов. Более подробно можно познакомиться с принципом работы вольтметра, посмотрев видео.

Как работать вольтметром

Перед тем как проводить измерения нужно проверить, подходит ли данный прибор для них. В первую очередь необходимо определить максимально допустимую величину измерений для данного вольтметра. Для этого достаточно просто найти наибольшее числовое значение на шкале вольтметра. Далее следует уточнить, в каких единицах измеряет вольтметр. Это могут быть вольты, микровольты или милливольты. Пренебрежение этим пунктом может привести к тому, что прибор начнет дымиться после подключения к сети, значение напряжения которой во много раз выше допустимого.

Если напряжение в электрической цепи уже известно и превышает шестьдесят вольт, то нужно использовать специальные диэлектрические перчатки и щупы с хорошей изоляцией. Безопасное напряжение для человека — около 42 вольт при нормальных условиях и около 11 в неблагоприятных условиях (повышенная влажность, повышенная температура, железные предметы поблизости и т. д.).

Вольтметр и автомобиль

В машине этот прибор используется по двум основным причинам: для того, чтобы следить за зарядкой аккумулятора и контролировать просадки напряжения в бортсети. Для полного контроля просадки питания, можно установить два вольтметра: один — для подключения к аккумулятору, а второй – для подключения к клеммам усилителей.

С помощью него можно измерять ток в сети автомобиля. Кузов машины имеет отрицательный заряд (знак «-»), значит, к нему подсоединяется клемма с минусовым полюсом. Плюсовую клемму подключают к «положительному» генератору. Таким образом измеряют напряжение в автомобиле. Обычно оно имеет значение около четырнадцати вольт. Для подключения лучше использовать толстые провода: они уменьшают погрешность в измерениях. Основные нормы напряжения:

• Для заглушенного двигателя 12,2 – 12,6 вольт
• Для заведенного двигателя 13,6 – 14,4 вольт

Мультиметр

Напряжение может измерять и мультиметр. Перед тем как использовать это устройство, нужно обязательно ознакомиться с инструкцией.

Мультиметры, как правило, могут измерить три основные величины: силу тока, сопротивление и напряжение. Они могут быть аналоговыми и цифровыми.

Некоторые мультиметры могут измерять и:

• Переменный ток
• Электрическая ёмкость
• Температура
• Частота напряжения
• Индуктивность
• Большая сила тока

Таким образом, возможности мультиметра определяются их моделью и типом. Абсолютно любой мультиметр может измерить напряжение, силу тока (постоянную) и сопротивление.

Классический вольтметр удобен в использовании и несложен в своем устройстве. Он всегда подключается параллельно к участку цепи. Всегда лучше сначала собрать цепь, а потом подсоединять к ней вольтметр. В работе с этим прибором очень важно соблюдать полярность. С помощью него можно измерять напряжение в машине. Никогда не надо забывать, что напряжение (как высокое, так и низкое) опасно не только для здоровья, но и для жизни человека.

Поэтому при работе с электроприборами нужно соблюдать технику безопасности: пользоваться специальными перчатками, работать только в нормальных условиях и т. д. Перед использованием, нужно проверять прибор.