Что такое вольтметр

Прибор, измеряющий электродвижущую силу, называемую напряжением, на одном из участков электрической цепи, называется вольтметром.

Устройство имеет максимально возможное сопротивление, вследствие чего отсутствует протекание через вольтметр электрического тока, и результаты измерения не подвергаются искажениям. Чем выше значение сопротивления, тем достовернее результаты измерения.

На электрической схеме обозначение вольтметра соответствует букве «V» в центре окружности.

Зажимы прибора подключают к элементам цепи, между которыми осуществляется измерение.

Вольтметры подсоединяют параллельно источнику питания и нагрузке. Это способствует максимальному уменьшению значения тока.

Измерение напряжения осуществляется в Вольтах.

Устройство и принцип работы

Если говорить о принципе и схеме работы рассматриваемых приборов, то в их основе лежит закон Ома. Он гласит, что напряжение на сопротивлении является прямо пропорциональным току, который через него проходит. Любой базовый счетчик имеет разность потенциалов на клеммах, когда через него проходит ток.

У модели постоянного тока есть знаки полярности. Поэтому к верхней точке потенциала подключается клемма плюса, а к нижней – минуса. После этого прибор показывает пользователю напряжение. Отметим, что в приборе переменного тока знаки полярности отсутствуют, но его все равно можно настроить. При этом изделие следует параллельно подключить к нагрузке, для которой осуществляется измерение напряжения. Устройство с диапазоном высокого напряжения создается путем соединения сопротивления с механизмом измерения, имеющим полную шкалу напряжения.

Если говорить о самом устройстве, то не будет лишним рассмотреть стрелочные и электронные приборы. Стрелочный имеет шкалу с цифрами, а также стрелку-определитель, закрепленную на модуле, оснащенном обмоткой. Она, в свою очередь, насажена на ось, оборудованную постоянным магнитом. Когда через прибор проходит электрическое напряжение, то формируется электромагнитное поле, с которым осуществляется взаимодействие рамки. В результате этого происходит отклонение стрелки на определенное напряжением расстояние.

Цифровые модели вольтметров имеют специальный электронный дисплей, куда выводятся данные об измерениях, а также микросхему-контроллер, трансформирующую напряжение в цифровой сигнал. Такие устройства отличаются легкостью, надежностью, небольшими размерами и высокой точностью измерений. Но их стоимость будет выше, чем у стрелочных аналогов. Точность измерения в данном случае будет зависеть от качества преобразователя параметров в цифровой сигнал.

Отметим, что электронные модели могут быть и аналоговыми. Внешне они похожи на стрелочные изделия, и в них стрелка тоже показывает величину напряжения в цепи. Но здесь есть специальный электронный детектор, который осуществляет необходимое отклонение стрелки по шкале.

Виды вольтметров

Всего существует два вида вольтметров:

Если цифровые приборы характеризуются точностью показаний, то аналоговые (стрелочные) вольтметры могут реагировать на минимальные отклонения параметров, которые не определяются цифровым тестером.

1. Портативные (или переносные) вольтметры предназначены для проверки (тестирования) напряжения в сети. В большинстве случаев, этот прибор включается в конструкцию тестера. Бывают стрелочные или цифровые приборы, кроме измерения напряжения они измеряют токи нагрузки, температуры, сопротивление цепи и т. д.
2. Стационарные вольтметры устанавливаются на приборной панели в электрораспределительных щитах. Они предназначены для контроля работы оборудования. Стационарные вольтметры относятся к электромагнитному типу.

Аналоговые вольтметры

Включает отклоняющий тип индикаторных измерителей напряжения.

Аналоговый вольтметр можно разделить на три категории.

• Инструменты с подвижной катушкой
• Движущиеся железно
• Электростатический вольтметр

Инструменты с подвижной катушкой

Тип измерительных приборов с подвижной катушкой Аналоговые вольтметры доступны в двух типах. Они есть:

• Инструменты с подвижной катушкой с постоянным магнитом
• Инструменты с подвижной катушкой

Инструменты с подвижной катушкой с постоянным магнитом

Инструменты с постоянными магнитами с подвижной катушкой реагируют только на постоянный ток. Эти инструменты имеют постоянный магнит для создания магнитного поля. Катушка намотана на кусок мягкого железа и вращается вокруг собственной вертикальной оси. Когда ток течет через катушку, отклоняющий крутящий момент генерируется в соответствии с уравнением силы Лоренца.

Приборы с подвижной катушкой типа «Динамо» состоят из двух катушек. Одна катушка зафиксирована, а другая катушка вращается вокруг нее. Взаимодействие двух полей создает отклоняющий момент.

Инструменты с подвижным железом

Инструменты с подвижным железом используются в цепях переменного тока и подразделяются на инструменты с простым подвижным железом, типом динамометра и индукционным. Он состоит из мягкого железа, содержащего подвижные и неподвижные катушки.

Взаимодействие потоков, создаваемых этими элементами, создает отклоняющий момент. Диапазоны расширены за счет удержания резисторов последовательно с катушкой.

Электростатический вольтметр

Он работает по электростатическому принципу, когда отталкивание между двумя зарядовыми пластинами отклоняется от указателя, прикрепленного к пружине.

Эти приборы используются для измерений переменного и постоянного тока высокого напряжения. Это высокочувствительные приборы, способные измерять минимальное напряжение заряда, а также напряжение высокого диапазона почти 200 кВ.

Вакуумный ламповый вольтметр

Эти типы инструментов могут работать как с переменным / постоянным напряжением, так и с измерениями сопротивления. Эти устройства используют электронный усилитель между входом и счетчиком.

Если это устройство использует вакуумную лампу в усилителе, то это называется вакуумным ламповым вольтметром (VTVM). VTVM используются в измерениях переменного тока высокой мощности.

Полевой транзистор (FET) — это транзистор, который использует электрическое поле для управления электрическим поведением устройства. Они также известны как униполярные транзисторы. Вольтметр на основе полевых транзисторов использует это свойство полевых транзисторов при измерении напряжения.

Цифровые вольтметры

Измерители этого вида в процессе обработки представляют входное напряжение в виде ступенек (дискретных значений). Его значение отображается на индикаторе прибора в цифровом виде.

Входное устройство (ВУ) производит определение масштаба входного сигнала, его фильтрацию от помех. При измерении переменного напряжения производится его выпрямление. Таким образом, схема ВУ содержит делитель напряжения, фильтр сетевых помех, усилитель сигнала.

Фильтр необходим для повышения точности измерений, потому что сигнал помехи может восприниматься в виде полезного сигнала и после её дискретизации на выходном индикаторе отобразятся цифры, не соответствующие измеряемой величине полезного входного сигнала.

В «продвинутых» моделях дополнительно имеются устройства, осуществляющие выбор полярности и пределов измерения автоматически.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) осуществляет представление напряжения на входе прибора в виде интервала времени, длительность которого зависит от его величины. Этот интервал заполняется импульсами, которые вырабатывает собственный генератор вольтметра. Счётчик по командам устройства управления производит их подсчёт и на цифровом индикаторе прибора появляется цифровое значение величины, пропорциональное количеству импульсов.

Поскольку электронные компоненты ВУ имеют значительное входное сопротивление, цифровые вольтметры очень незначительно влияют на сопротивление участка цепи, на которой производится измерение. Точность их показаний намного выше, чем у всех предыдущих вольтметров.

Работать с прибором стало значительно проще. Нет необходимости производить дополнительный пересчёт полученного значения с учётом выбранной шкалы и установленного множителя (как у аналоговых вольтметров). Но требования, предъявляемые к качеству питающего напряжения очень высоки.

Применение вольтметра

Приборы для измерения напряжения находят применение во многих областях и направлениях деятельности:

• военно-промышленных комплексах;
• на производственных предприятиях;
• в радиоэлектронной промышленности;
• научно-технических центрах;
• лабораториях для испытаний и исследований;
• мастерских по ремонту;
• учебных заведениях.

Вольтметры применяются в хозяйственно-бытовых целях. Примером использования являются электромонтажные работы.

Маркировка

Учитывая большое количество категорий различных вольтметров, при выборе следует обратить внимание на обозначение его маркировки. Особенно важной будет первая буква:

• Д – значит, перед вами устройство электродинамического типа;
• М – магнитоэлектрического типа;
• С – электростатического;
• Ц – устройство-выпрямитель;
• Щ или Ф – электронного;
• Э – электромагнитного;
• Т – термоэлектрического.

Если речь идет о радиоизмерительном вольтметре, то там маркировка будет другой. Она начинается с буквы В, после которой ставится цифра, которая обозначает тип. А после этого уже идут символы модели устройства.

Чем отличается от амперметра?

Теперь попытаемся разобраться в различиях, которые имеют вольтметр и амперметр, ведь эти приборы очень часто путают. Для начала нужно понимать, что амперметр используется для выявления значений силы тока. А вольтметр – для напряжения.

Второе различие между этими приборами связано с внутренним сопротивлением, что присутствует и там, и там. У амперметра сопротивление будет максимально низким. Это становится возможным благодаря наличию резистора, который называется шунтом. Суть его работы в том, что он забирает на себя всю электрическую нагрузку, и это дает возможность обеспечить максимально точные показания прибора. А у вольтметра внутреннее сопротивление максимально высокое, что позволяет получить точные замеры напряжения.

Третье важное отличие – метод подключения приборов к электроцепи. Работа амперметра осуществляется при соединении последовательного типа. Причем тут совершенно нельзя допускать прямого контакта с выводами тока либо источником питания. В противном случае устройство сломается либо произойдет короткое замыкание. А при работе с вольтметром такой контакт допускается. И метод подключения здесь будет не последовательным, а параллельным.

Как пользоваться и подключать вольтметр

Для того чтобы полученные данные были максимально точны, надо прибор всегда подключать параллельно к тому участку, где запланировано проведение измерений при помощи клемм или зажимов специального предназначения.

Высоковольтное напряжение не предназначено для измерения слабыми вольтметрами, параметры которых никоим образом не рассчитаны на это.

• 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, устройства, предназначенные для тока постоянного, абсолютно не подходят для измерения значений переменного тока. Использование универсальных моделей проводится только после выбора соответствующего режима измерения.

Самодельные устройства

Как сделать вольтметр своими руками, для чего он нужен, как устроен, как подключается вольтметр, как пользоваться вольтметром — вот неполный перечень вопросов, которые возникают у начинающих радиолюбителей и простых пользователей. Принцип действия вольтметра или принцип работы вольтметра был рассмотрен ранее при рассмотрении разных его типов и видов.

При совсем небольших затратах можно самостоятельно его изготовить. Основной его частью является стрелочный измерительный прибор. На шкале присутствует обозначение напряжения — латинская буква «V». Конечно, желательно иметь вольтметр с необходимым диапазоном измерения. В левой части шкалы должна быть отметка «О», а в правой — число, которое показывает предельное значение напряжения, измеряемого этим прибором.

Это значение определяется величиной добавочного резистора, находящегося в корпусе готового прибора и током полного отклонения стрелки микроамперметра.

Часто при работе приходится измерять значения напряжений в широком диапазоне. Для обеспечения допустимой точности приходится использовать одну общую шкалу с набором добавочных сопротивлений. Их количество зависит от величин напряжений, которые необходимо измерять при работе.

Использование добавочных сопротивлений дают возможность измерять напряжения, величины которых больше последнего числа шкалы. Для измерения напряжений меньшего значения с достаточной точностью необходимо найти прибор с числом максимального значения шкалы меньшей величины или переделать существующий путём изменения величины добавочного сопротивления в корпусе прибора.

Входное сопротивление стрелочного вольтметра оценивается показателем относительного (удельного) сопротивления. Единица его измерения — кОм/В. То есть для разных значений измеренного напряжения величина входного сопротивления прибора будет разной. Отсюда вывод — наибольшей точности измерения соответствует правая часть шкалы. Внутреннее сопротивление вольтметра здесь имеет большее значение и его подключение оказывает меньшее негативное воздействие на работу схемы. Необходимо выбирать прибор с большей величиной удельного сопротивления.

Если приходится измерять переменное напряжение, то при небольшом усложнении схемы самодельного прибора можно решить и эту задачу. Входное напряжение необходимо выпрямить, сделать его однополярным.

Ток для нормальной работы микроамперметра прибора должен протекать по обмотке рамки прибора только в одном направлении (клеммы прибора имеют маркировку «+» и «-«). Только в этом случае стрелка прибора отклонится. Выпрямление может быть однополупериодным или двухполупериодным. Это зависит от выбранной схемы выпрямителя. При определении реальной величины напряжения показания стрелочного прибора разделить примерно на 3 (выпрямление однополупериодное) или на 1,5 (выпрямление двухполупериодное).

Электромеханический вольтметр

Вам понадобятся следующие компоненты:

1. магнитная головка со стрелкой от старого поломанного прибора;
2. шкала;
3. кусок бумаги и клей;
4. резисторы 1,5 кОм, 19,5 кОм, 199,5 кОм и 1999,5 кОм;
5. 4 диода. При выборе их обязательно смотрите на их характеристики — они должны выдерживать те параметры цепи, которые вы планируете замерять ;
6. Медный провод;
7. Паяльник, припой, канифоль;
8. Тестер для калибровки;
9. Батарейки, электроприборы и все, где можно измерить напряжение в самом разном диапазоне;
10. Переключатель.

На первой схеме представлен простой вольтметр постоянного тока с четырьмя диапазонами измерений — выбор диапазона зависит от того, на какую нагрузку мы поставим переключатель. На добавочных схемах мы видим диодные мостики: их монтаж расширяет применение прибора, теперь им можно измерять напряжение в сети переменного тока.

Перед сборкой убедитесь, что магнитная головка со стрелкой исправны, у нее не оторваны спиральные пружинки и рамка нормально ходит. После этого можно приступить к монтажу мостика, а потом — подсоединить магазин резисторов с переключателем. Вам также потребуется изготовить новую шкалу. Для этого заклейте старую бумагой, обрежьте по контуру и нарисуйте на ней 4 полукруглых линии. После сборки можете приступать к калибровке. Для этого нужно замерить напряжение тестером, а затем, переключив новое изделие на требуемый диапазон, новым нашим прибором. На шкале сделать отметку. И так до тех пор, пока шкала не будет проградуирована.

Предупреждение: перед испытаниями высоких напряжений наденьте перчатки.

При желании можно изготовить и цифровой вольтметр. Схем в сети для этого предостаточно, равно как и комплектующих. Одну из схем, на 8-разрядном микроконтроллере, я представлю здесь. Предназначена для измерения напряжений до 30 В

В общем, если ваши руки — не для скуки, дерзайте!

Вольтметр — это прибор, который используется для измерения напряжения до 1000 В в сетях постоянного и переменного тока промышленной частоты и применяется в информационно-измерительных системах. Качественный вольтметр имеет чрезвычайно высокое, бесконечное сопротивление. Благодаря большому сопротивлению прибора достигается оптимальная точность измерения.

Прибор предназначен для логической и математической обработки измерений.

Меры безопасности

Поскольку сам прибор имеет большое сопротивление, а в сеть он подключается параллельно, вероятность того, что при работе с ним человек получит сильный удар током, минимальна. Однако если вольтметры используются в промышленности, часто приходится иметь дело с большими значениями напряжения и других величин, характеризующих электрический ток.

Нужно быть очень осторожным, измеряя напряжение в сети посредством этого электроизмерительного прибора. Ни в коем случае нельзя прикасаться к прибору голыми руками. Избежать несчастного случая помогут перчатки из непроводящего ток материала, например, из резины.

Нельзя прикасаться к оголенным проводам, даже если уже известно, что напряжение в них не очень велико, например, Вольт или еще меньше.

Рекомендации по выбору

Чтобы выбрать хороший вольтметр, следует понимать определенные моменты:

• в каких именно диапазонах будут осуществляться измерения. (от этого зависит необходимый класс точности устройства);
• где и как будут проводиться работы, предполагающие использование вольтметра;
• нет ли надобности в иных типах измерений.

Если осуществляется работа с большими напряжениями, то лучше всего приобрести электромеханический киловольтметр. Такое устройство имеет достаточный класс точности для больших значений и отличается высокой надежностью. Электронные модели для подобного случая не подойдут, ведь перегрузки обычно становятся причиной их поломки. Если работы проводятся в мастерской либо лаборатории, то лучше приобрести стационарный прибор. Они бывают как цифровыми, так и электромеханическими.

Тем, кто живет в частном доме, можно посоветовать купить щитовой прибор. Он обычно монтируется в DIN-рейку (как устанавливаются УЗО либо счетчики). Стоимость изделий не очень высока, и обычно их можно встретить в цифровом исполнении. Но если присутствует такое явление, как постоянные скачки напряжения, то лучше приобрести электромеханический прибор, который будет и надежнее, и дешевле.

Если по каким-то причинам требуется провести определить показания электроцепи в полевых условиях, то лучше будет купить даже не вольтметр, а мультиметр. Если еще десятилетие назад точность таких приборов была не слишком хорошей, то сейчас с этим нет проблем. Да и стоимость их не так уж и высока. В то же время тестер будет отличным решением по следующим причинам.

• Возможность выбора измерительного диапазона.
• Наличие удобных щупов, а кое-где и так называемых крокодильчиков.
• Компактные размеры. Определенные модели вообще легко помещаются в карман.
• Возможность измерения нескольких характеристик. Мультиметры могут осуществлять замеры силу тока, напряжение, сопротивление. А самые новые модели способны даже измерять температуру и прозванивать цепь на наличие обрыва кабеля, а также осуществлять проверку транзисторов.

На рынке существуют как цифровые, так и аналоговые устройства. Надежность последних будет выше, а точность ниже, поэтому иногда нужно будет ставить стрелку в положение нуля.