Цифровые вольтметры: разновидности и особенности использования

Виды вольтметров

Здесь следует выделить два основных вида: переносные и стационарные. Портативный прибор для измерения напряжения можно не только перетаскивать вручную. Обычно он включает функционал для проверки токов и сопротивления в цепи, а также температуры проводников и т.д. Стационарные приборы зачастую конструктивно объединены с самой сетью, в которой осуществляется измерение, например, в электрораспределительных щитах, панелях и т.п.

Что касается классификации по принципу действия, то можно выделить несколько видов электромеханических вольтметров и два типа электронных. Последние — это аналоговые и цифровые. Электромеханические вольтметры используют магнитную преобразовательную систему для получения значений напряжения. Электронные приборы оцифровывают получаемый сигнал при помощи АЦП. Показания вольтметра в зависимости от принципа представления данных показываются либо стрелочным указателем, либо на специальном цифровом табло.

Еще одна классификация — по назначению. Она позволяет разделить приборы на измерители постоянного и переменного тока, а также фазочувствительные, импульсные и универсальные. Для последних доступна практически вся гамма сигналов, напряжение которых необходимо узнать.

Типы

По типу и принципу работы устройства имеют следующую классификацию:

  1. Магнитоэлектрические. Основой является подвижная катушка, которую закрепляют на оси. Ставится она между магнитными полюсами. Если взять электромагнитный амперметр, то вместо катушки используют сердечник, который находится от магнитных полюсов на расстоянии, пропорциональном величине силы тока.
  2. Термоэлектрические. Основой является термопара, которую припаивают к проводке. От того, как происходит нагрев по мере подачи тока разной силы, величина выводится на экран.
  3. Электродинамические. Очень мало применяются в бытовых условиях из-за чувствительности к магнитному полю. В основном их применяют для точных измерений или демонстрационных целей.
  4. Ферродинамические. Самые дорогие, но и самые точные измерительные приборы. Не реагируют на внешние поля.
  5. Цифровой. Основывается на использовании интегратора, который преобразует величину силы тока в показания на экране.

Цифровой амперметр

Своими руками

Несмотря на то что выбор вольтметров сейчас огромен, всегда находятся люди, которым всегда хочется все сделать самим. С чем это связано — есть разные мнения. Я не буду комментировать ничьи желания, это не тема статьи. Зато расскажу, как сделать вольтметр своими руками (или переделать старый). Ведь ничего невозможного тут нет.

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.

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.

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.

Разновидности

Помимо технических параметров, которые определяют назначение прибора и его характеристики, вольтметры обладают и физическими, а именно — разновидностями. Видов современных вольтметров большое количество. Так по принципу действия они разделяются на электромеханические и электронные. По назначению на вольтметров для постоянного, переменного, импульсного тока, универсальные и фазовые.

Наиболее часто людей интересует классификация по виду исполнения, который может быть мобильным и стационарным.


Карманный ЖК цифровой мультиметр

Стационарные

Стационарные вольтметры представляют собой устройства, которые питаются от сетей переменного напряжения. Возможно это благодаря встроенному в их корпус блоку питания. Как правило, с виду они похожи на коробку или ящик, а используются для узкоспециализированных работ, требующих повышенной точности измерений. Чаще всего это профессиональная сфера деятельности и контролирование напряжения на важных и нестабильных участках сети. Само слово «стационарный» говорит о том, что они применяются там, где нужна постоянная слежка и изменение данных.


Стационарный стрелочный вольтметр

Мобильные

Их еще называют переносными, хотя стационарный прибор иногда перенести также не составляет труда. Мобильный же вольтметр компактный и способен поместиться практически везде. Их относят к классу полупрофессиональных и любительских, потому что работают они от батареек или аккумуляторов и обладают сравнительно меньшими точностями и большими погрешностями. Выглядят они как плоские коробочки, «обитые» пластиком или резиной и имеющие эргономические формы. Чтобы они были еще удобнее, их оснащают съемными щупами для определения амплитудных колебаний сигналов.

Вам это будет интересно Классификация воздушных и подземных ЛЭП и их назначение

Важно! Как правило, мобильные вольтметры включаются в состав тестеров и мультиметров. Мобильные цифровые вольтметры способны очень точно определить показания, в то время как портативные аналоговые приборы — показать хорошую чувствительность, способную определить даже самые маленькие отклонения напряжения, которые не могут определить цифровые приборы


Цифровой мобильный вольтметр

Фото цифровых вольтметров

Также рекомендуем просмотреть:

  • Как выбрать лучшие токовые клещи
  • Для чего нужен газоанализатор
  • Разновидности измерительных инструментов
  • Инструкция, как пользоваться теодолитом
  • Что такое анемометр
  • ТОП лучших толщинометров
  • Как выбрать шумомер
  • Хороший дозиметр радиационного фона
  • Обзор лучших лазерных уровней
  • Как пользоваться индикатором напряжения
  • Как использовать штангенциркуль
  • Обзор лучших мультиметров
  • Лазерный дальномер
  • Лучший влагомер для древесины
  • Как выбрать лазерную рулетку
  • Измерители температуры воздуха
  • Электронный динамометр
  • Как пользоваться гидроуровнем
  • Что такое нивелир
  • Как выбрать пузырьковый уровень
  • Что такое микрометр
  • Лучшие измерительные рулетки

Помогите сайту, поделитесь в соцсетях 😉

Литература

  • Справочник по электроизмерительным приборам // Под ред. К. К. Илюнина — Л.: Энергоатомиздат. — 1983.
  • Справочник по радиоизмерительным приборам // В 3-х т.; Под ред. В. С. Насонова — М.:Сов. радио. — 1979.

Нормативно-техническая документация

  • ГОСТ 8711-93 (МЭК 51-2-84) Приборы аналоговые показывающие электроизмерительные прямого действия и вспомогательные части к ним. Часть 2. Особые требования к амперметрам и вольтметрам.
  • ГОСТ 8.006-72, ГОСТ 8.012-72, ГОСТ 8.117-82, ГОСТ 8.118-85, ГОСТ 8.119-85, ГОСТ 8.402-80, ГОСТ 8.429-81, ГОСТ 8.497-83 — методики поверки вольтметров разных видов.
  • ТУ Тч2.710.010 Вольтметры универсальные цифровые.

Измерение напряжения вольтметром

Для измерения переменного или постоянного напряжения в цепях переменного и постоянного тока используют прибор, называемый вольтметром. Поскольку напряжение присутствует между разными точками цепи или на полюсах источника напряжения, вольтметр подключается всегда параллельно исследуемому участку цепи или параллельно клеммам источника напряжения.

Можно, конечно, включить вольтметр и последовательно, в разрыв цепи, но тогда будет измерено напряжение источника, а не на участке цепи, так как цепь будет разомкнута, а сам вольтметр имеет при этом очень большое внутреннее сопротивление.

Вольтметры выпускаются как в виде отдельных электроизмерительных приборов, так и в формате одной из функций мультиметров. Во входной цепи современного вольтметра обычно находится резистор номиналом порядка мегаома, последовательно подключенный к электронной измерительной схеме.

Вольтметр, как отдельный измерительный прибор или как одна из функций мультиметра, имеет несколько диапазонов измерения напряжения. Выбор диапазона осуществляется при помощи переключателя, расположенного на лицевой панели прибора.

Обычно на мультиметре можно выбрать одно из следующих значений (максимальное значение для диапазона): 200мВ, 2000мВ (2В), 20В, 200В, 600В и т.д. Как правило у мультиметров есть возможность измерения постоянного и переменного напряжения. Вид напряжения также выбирается на шкале переключателя.

Для измерения тока и напряжения у мультиметров имеются два отдельных гнезда для подключения щупов: одно гнездо — для измерения напряжения, второе гнездо — для измерения тока. Третье — общий провод, который остается на своем месте независимо от того, что измеряется, ток или напряжение.

Подключите щупы к соответствующим гнездам мультиметра или вольтметра. Включите прибор и переведите его в режим измерения напряжения, выбрав вид напряжения и диапазон с помощью переключателя. Если диапазон неизвестен, то стоит начать с самого большого значения из доступных на шкале переключателя, потом можно будет уменьшить.

Схема подключения вольтметра для измерения падения напряжения на лампочке:

Присоедините щупы (соблюдая осторожность!) так, чтобы прибор оказался подключен к нужным точкам цепи, между которыми требуется измерить напряжение. Спустя пару секунд прибор отобразит на своем дисплее действующее значение измеренного напряжения. Если диапазон 600В или более, то значение измеренного напряжения будет отображено в вольтах

Если диапазон например 2000мВ или 200мВ (порядок величин напряжений, но в принципе значения на шкале могут отличаться от этих), то на дисплее будут показания в милливольтах

Если диапазон 600В или более, то значение измеренного напряжения будет отображено в вольтах. Если диапазон например 2000мВ или 200мВ (порядок величин напряжений, но в принципе значения на шкале могут отличаться от этих), то на дисплее будут показания в милливольтах.

Если измеряется постоянное напряжение, то, в зависимости от его полярности и от правильности расположения щупов, на дисплее может отобразиться цифра со знаком минус перед ним.

Это значит, что красный и черный щупы стоит поменять местами, поскольку красный щуп предназначен для установки на положительный полюс, а черный — на отрицательный полюс по отношению к источнику постоянного напряжения, который установлен в исследуемой цепи.

Вольтметр (или мультиметр), не предназначенный для измерения высокочастотных напряжений или более высоких напряжений, чем максимальное на его шкале, легко выйдет из строя, если с помощью него попытаться измерить высокочастотное или более высокое напряжение. В документации к прибору всегда указан род тока и максимально допустимые параметры напряжения, которое можно им мерить.

Принцип действия

Все устройства, которыми производятся измерения в электрических сетях, делятся на две группы: электромеханические и электронные.

Электромеханические аппараты

Это стрелочные приборы. Стрелка в них закреплена на рамке, на которую намотан провод. Эта катушка находится на одной оси с постоянным магнитом в приборах, используемых в сети постоянного тока, или с другой катушкой – в устройствах переменного напряжения.

Справка. Аппарат переменного тока в сети постоянного работать не будет, но устройство для измерения постоянного напряжения, если включить его через диодный мост, можно подключить в сеть переменного тока с потерей точности.

При прохождении тока по обмотке в ней наводится электромагнитное поле, взаимодействующее с магнитом или другой обмоткой, и рамка поворачивается. Вращению катушки со стрелкой препятствует пружина, поэтому угол поворота рамки соответствует току через неё и потенциалу на клеммах.

Для уменьшения колебаний стрелки устанавливается демпфер электромагнитный из алюминиевой пластины или пневматический, из поршня и цилиндра.

Для повышения точности стрелка снабжена противовесами, исключающими влияние силы тяжести, а сам механизм выполняется из легированной стали для уменьшения износа.

Электронные приборы

В электронных аппаратах чувствительным элементом является электронная плата, преобразующая входной сигнал в показания прибора. Питание такое устройство может получать от измеряемого напряжения или другого источника – внутренних батарей или внешнего питания.

Электронные вольтметры есть двух типов:

  • Аналоговые. В них находится преобразователь входного сигнала в угол поворота стрелки, показывающий на шкале величину измеряемого напряжения. Недостаток аналоговых схем – в необходимости пересчитывать показания шкалы при изменении предела измерения;
  • Цифровые. В таких приборах есть цифровой дисплей и преобразователь, отображающий входной сигнал в цифровом виде. При подключении устройства в сеть постоянного тока на табло показывается полярность подключения. Эти конструкции отличаются компактностью, а точность такого аппарата зависит от качества встроенного контроллера.

История изобретения

Итальянский учёный Алессандро Вольт, проведя ряд экспериментов с электричеством, приходит к выводу, что получить электрический ток можно используя соединение металлов с жидкостью. Поместив медные пластины, покрытые цинком, в кислоту, он в 1800 году создаёт первый электрохимический источник энергии, названный позже «вольтов столб».

Он также устанавливает, что при соединении двух разных металлов возникает сила, которая затрачивается на работу по перемещению электрического заряда из одной точки в другую. При этом перемещённый заряд изменяет свой потенциал (величину энергии), которым он обладает. Разность между начальным потенциалом и конечным получает название «напряжение».

Для измерения количества электричества Вольт использует металлический стержень, вставленный в каучуковую пробку и помещённый в бутылку. На нижний конец, находящийся в бутылке, он надевает соломинки, а на другой — шар. Учёный наблюдает, что при контакте шара с наэлектризованным веществом соломинки отталкиваются. Это позволяет ему судить о степени заряженности материала.

Существование напряжения Вольт доказал проведя следующий опыт. На электроскоп (прибор регистрирующий заряд) был надет медный и цинковый диск. Между ними проложен тонкий слой диэлектрика. На короткое время физик замыкал металлы между собой проволокой. Лепестки на электроскопе немного раздвигались. Далее диски раздвигались на большее расстояние, при этом лепестки регистратора расходились ещё больше.

Фактически это был первый эксперимент, позволяющий измерить, хотя и в грубой форме, напряжение. В 1830 году английский учёный Майкл Фарадей открывает явление электромагнитной индукции, на котором впоследствии создаётся ряд электроизмерительных приборов.

В 1881 году французский физик Арсен Д’Арсонваль создаёт устройство, состоящее из катушки и стрелки, помещённых в постоянное магнитное поле. На катушку подавался электрический ток, в результате чего стрелка отклонялась от начального положения. В этом же году был проведён Международный электротехнический конгресс, на котором были приняты обозначения электрических величин. Прибор, предназначенный для измерения разности потенциалов, был назван вольтметром, а напряжение стало измеряться в вольтах.

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

Общая информация о вольтметрах: их классификация, критерии выбора приборов

В таблице представлена общая информация о категориях вольтметров, которые характеризуются по 3-ём основным признакам.

Таблица – «Классификация вольтметров»

По рабочей системе (класс принадлежности):По типу назначения:По способу эксплуатации:
Электромеханические:с постоянным током;щитовые;
· Магнитоэлектрические (М);с переменным током;переносные;
· Электромагнитные (Э);импульсные;стационарные
· электродинамические (Д);фазочувствительные;
· электростатические (С);селективные;
· выпрямительные (Ц);универсальные
· термоэлектрические (Т).
Электронные:
· аналоговые;
· цифровые

Важную категорию, требующую досконального изучения, составляет назначение устройств. Зная строение конструкции и принцип её работы, покупатель не совершит ошибки при выборе вольтметра.

Таблица «Строение и эксплуатация вольтметров»

Наименование (сокращение):
Назначение:
Принцип действия:
Использование:
С постоянным током (В2):
измеряют напряжение в сетях с постоянным током
имеет полярность, поэтому требует строго соблюдения при подключении: «+» – к верхней точке потенциала, «-» – к нижней точке
в домашних условиях
С переменным током (В3):
измеряют синусоидальное напряжение с частотой близкой к 50 Герцам
не имеет полярности, поэтому подключается параллельно к нагрузке, для которой измеряется напряжение

Импульсные (В4):
измеряют амплитуды периодических сигналов с большой скважностью и одиночные импульсы

для поверки и аттестации радиоизмерительной аппаратуры
Фазочувствительные (В5):
измеряют квадратурные составляющие комплексных напряжений первой гармоники
дает возможность определить комплексное напряжение, принимая за нуль начальную фазу некоторого опорного напряжения
для исследования амплитудно-фазовых характеристик четырехполюсников (усилителей к примеру)
Селективные (В6):
для выделения определённых гармонических составляющих сложных сигналов и среднеквадратичного значения их напряжения
выделяет определённые гармонические элементы сигнала или узкую полосу частот с помощью перестраиваемого фильтра; измеряет текущее значение выделенных сигналов
как измерительный приёмник
Универсальные (В7):
измерение постоянного и переменного токов

в быту

В статье речь пойдёт об электронных вольтметрах. Этот тип используется для диагностики бытовой проводки, автомобильных электросетей и ремонта различных домашних электроприборов. Он широко используется в строительной сфере

На что обратить внимание при выборе вольтметра? Основные рекомендации:

  • диапазон измеряемых напряжений: желательно выбрать устройство с определенным запасом по уровню измеряемых величин;
  • возможности: многие приборы оснащены различными функциями (например, измерение параметров синусоиды переменного тока), которые не нужны для дома;
  • для бытовых целей лучше приобрести универсальный вольтметр;
  • соотношение цены и качества зависит от защитных свойств корпуса;
  • для осуществления текущего контроля напряжения в сети автомобиля лучше использовать цифровой встраиваемый вольтметр постоянного тока.

История

Мультиметр — это универсальный комбинированный прибор, с помощью которого можно производить измерения основных показателей любой электрической сети. Он включает в свой состав амперметр, вольтметр и омметр, а также другой функционал. На данный момент существует два вида мильтиметров: аналоговые и цифровые. Хоть и аналоговые аппараты устарели, они продолжают использоваться многими людьми для решения бытовых задач, связанных с электроникой и проводкой.

Мультиметр в комплекте

Что касается истории, то перед изобретением комбинированных приборов были устройства для измерения отдельных величин. В прошлом веке в Германии производились вольтметры, предоставляющие собой круглые часы-луковицы. После этого начали производиться устройства с двумя шкалами, показывающими два диапазона измерений. Они обладали щупами, которые были маркированы различными цветами и держателями под цепочку или верёвку.

Схема подключения устройства в сеть

Важно! Через несколько лет появились вольтметры с несколькими режимами измерений. Например, нажатие кнопки переводило прибор в другой диапазон измерений

Один из щупов стал гибким и обрезиненным. Это позволило производить измерения еще быстрее и комфортнее.

Дальнейшее развитие предполагало совмещение измерительных устройств воедино для облегчения использования, уменьшения их размеров. Уже к 1920 году появился так называемый ампервольтметр. Более точные и высокофункциональные приборы стали появляться с развитием электроники и изобретением цифровых мультиметров.

Старинный аппарат

Принцип работы

Общая схема функционирования прибора сильно зависит от реализации. Если это электромеханический вольтметр, имеется магнитная система, чувствительная к протекающему току. В зависимости от его величины, увеличивается и отклонение стрелки указателя, механически связанной с контуром, рамкой или чем-то еще, что используется для преобразования тока в цепи. Точность таких приборов не очень велика, поскольку не позволяет получать высокие значения входных сопротивлений, а значит, вносит серьезные искажения в измерения, поскольку в цепь добавляется паразитная проводимость.

Распространенные в последнее время в быту цифровые вольтметры имеют большое количество электроники под крышкой. Это связано с преобразованием аналогового сигнала, получаемого на входе прибора, в цифровую форму с использованием АЦП. Кому действительно интересно, можно ознакомиться с большим количеством литературы по теме. Такой вольтметр, цена которого колеблется в пределах нескольких сотен рублей, конечно, не претендует на богатый выбор возможностей и огромную точность, однако вполне способен измерить напряжение на клеммах автомобильного аккумулятора или в сети 220 В.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий