Как выбрать цифровой вольтметр. Что измеряет вольтметр? Прибор для измерения напряжения
Напряжений, токов и сопротивлений, едва ли сходу сможет ответить на этот вопрос: что измеряет вольтметр? Поскольку ответ очевиден, если просто прочитать вторую половину заглавия статьи, раскроем чуть подробнее данную тему. В частности, рассмотрим измерение напряжения в быту, характеристики приборов, принцип работы.
Определение
Вольтметр - это измерительное устройство, позволяющее получать значение напряжения или в цепи постоянного или переменного тока. Диапазон прибора может простираться до 1000 В и более. Все зависит от его предназначения. Чтобы лучше понимать, что это такое, рассмотрим определение электродвижущей силы. Поскольку очень часто она путается с напряжением в сети, их следует отделить друг от друга.
ЭДС и напряжение: разница
Итак, ЭДС - характеризующая работу, производимую какими-либо силами неэлектрического характера по перемещению единичного положительного заряда вдоль рассматриваемого контура. В самом обычном случае она показывает способность источника энергии создавать ту или иную разность потенциалов в двух разнесенных точках цепи. Измеряется, как и напряжение, в вольтах. Отличается от него тем, что характеризует источник питания на холостом ходу, то есть без подключения к сети.
Когда в контуре имеется ток, то есть он замкнут, появляется еще одно, более привычное слуху понятие - напряжение. Причем оно может браться как для самого источника питания на его клеммах, так и в любом участке цепи. Измерение напряжения представляет собой выявление разности потенциалов между двумя разнесенными точками. Для источника питания оно обычно несколько меньше электродвижущей силы, когда тот включен в цепь потребления. По сути, и ЭДС, и напряжение - это одно и то же, с различием лишь в том, какой физический процесс порождает появление разности потенциалов между двумя точками, в которых проводится измерение.
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.
Основные технические характеристики
Зависят от предназначения прибора. К примеру, вольтметр постоянного тока обычно имеет несколько диапазонов измерения, поэтому их число будет одной из важнейших технических характеристик. Кроме того, практически все приборы имеют определенное входное сопротивление, зависящее, кстати, от того, в каких пределах находится напряжение исследуемого участка цепи.
Еще важными характеристиками являются, конечно же, погрешности, а также разрешение шкалы либо минимальный шаг показаний, если речь о цифровом вольтметре. Если пользователю достался универсальный прибор для измерения напряжения, к вышеперечисленным могут добавляться пределы величин, с которыми он способен работать, например, токов, сопротивлений, температур, а также диапазоны, погрешности и частоты для переменных сигналов.
Принцип работы
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.
Подключение в цепь
Вольтметр в цепи всегда подключается параллельно нагрузке либо источнику питания, если нужно измерить его ЭДС или напряжение на клеммах. Именно поэтому существуют такие жесткие требования к входному сопротивлению прибора, поскольку подобное его подсоединение подразумевает появление дополнительной проводимости в цепи.
Ни в коем случае не следует подключать вольтметр, цена которого хоть сколько-нибудь велика, в контур последовательно. Иначе пользователь рискует банально сжечь прибор, так и не успев выяснить то, ради чего все затевалось. Если даже если тот выдержит такое варварское обращение, его показаниям не следует доверять, поскольку ток в цепи претерпевает серьезные изменения при таком подключении вольтметра, опять же отодвигая в неизвестное возможность узнать действительное напряжение участка, в котором производятся измерения.
Меры безопасности при эксплуатации
Поскольку сопротивление самого вольтметра в большинстве случаев достаточно велико, а схема подключения, соответственно, используется параллельная, риск получить какой-либо серьезный в низковольтной цепи минимален. Однако если речь о промышленных приборах, особенно в стационарном исполнении, это подразумевает огромные значения измеряемых величин как напряжений, так и, скорее всего, токов. Поэтому здесь техника безопасности должна быть на высочайшем уровне, и без достаточных знаний, резиновых перчаток, ковриков и других соответствующих мер, естественно, какая-либо активность противопоказана. То, что измеряет вольтметр, скорее всего, очень опасно для жизни, поэтому рекомендуем не испытывать судьбу. В любом случае прикасаться к даже если цепь по определению низковольтная, не следует.
Заключение
Отвечая на вопрос о том, что измеряет вольтметр, мы рассмотрели в общих чертах его устройство, основные технические характеристики, классификацию. Конечно, этот небольшой обзор не претендует на всеобъемлющую полноту, особенно в условиях недостаточного количества базовых знаний по электротехнике у читателя.
Подытоживая, следует отметить, что измеряет вольтметр, конечно же, напряжение на участке цепи, к которому он подключен параллельно. В противном случае его показания будут недостоверны, не говоря уже об опасности возможной потери дорогостоящего оборудования. Читателю следует быть внимательным при эксплуатации прибора в домашних условиях, поскольку контакт с высоковольтными участками цепей опасен для жизни.
Самый востребованный прибор для измерения электрических параметров – это вольтметр. Снятие показаний проводится методом непосредственного отсчета, то есть модуль прибора подключается к тому участку цепи, с которого снимаются показания. Единица измерения – вольты.
Что измеряет вольтметр? Ответ не так однозначен, как кажется. Как минимум две величины, измеряемые этим прибором, на одних и тех же контактах будут отличаться. Это напряжение под нагрузкой и электродвижущая сила (ЭДС).
Последний параметр является разностью потенциалов между выходными контактами источника питания, и его величина существенно выше, чем действительное значение напряжения.
Для пользователей, не имеющих электротехнического образования, необходимо знать, как вольтметр включают в цепь. В отличие от амперметра – прибор подключается к измеряемому участку цепи параллельно.
При этом измерение производится именно на том участке цепи, который находится между измерительными контактами. Если одна электрическая схема состоит из множества последовательных нагрузочных элементов с разными параметрами – напряжение на каждом участке цепи будет различным.
Если прибор подключить непосредственно к контактам элемента питания (например батарейки), вы увидите величину ЭДС, а вовсе не действительное значение напряжения.
Классификация вольтметров
По принципу действия измерительного модуля:
Оснащенные электромеханическим исполнительным механизмом.
Процесс измерения построен на непосредственной линейной зависимости механического движения от измеряемой величины. Стрелка размещается на рамке-обмотке, которая на свободной оси размещена внутри постоянного магнитного поля.
Когда к рамке прикладывается напряжение – вокруг нее возникает электромагнитное поле. Головка проворачивается в магнитном поле постоянного магнита.
Оснащенные электронным измерительным инструментом.
Специальный блок преобразует приложенное напряжение в импульсный или аналоговый код, который передается на блок отображения. Он в свою очередь может быть цифровым или аналоговым.
По назначению:
- Измерение напряжения (ЭДС) постоянного тока;
- Измерение напряжения (ЭДС) переменного тока;
- Приборы, способные измерять импульсное напряжение;
- Фазочувствительные. Измеряют квадратурную составляющую напряжения первой гармоники. Основное применение – звуковая аппаратура;
- Селективные. Измеряют напряжение в виде синусоиды, в узком диапазоне частот. Настройка измерительной головки на частоту способствует более точному измерению величины;
- Универсальные. Из названия следует, что ими можно измерять напряжение (ЭДС) в любых условиях. Как правило, оснащены наборами гасящих резисторов (шунтов).
Первый учёный, который сконструировал и создал достаточно мощную электрическую батарею постоянного тока, был известный итальянский физик Александро Вольта. Эта батарея получила название «вольтов столб» и состояла из нескольких тысяч кружочков из цинка и меди, которые разделялись пропитанными в соляной кислоте матерчатыми прокладками. Он использовал батареи с большим или меньшим количеством элементов. Маленькие батареи давали слабую искру, большие батареи сильную и яркую.
Для измерения напряжения или разности потенциалов используется прибор, который называется вольтметр. На снимке изображён щитовой стрелочный вольтметр , который может монтироваться на щите управления, какого либо устройства. Он используется только для измерения конкретной величины напряжения на одном из узлов данного устройства. Тот вольтметр, что изображён на фото, применяется для измерения постоянного напряжения до 15 вольт. Взгляните на его шкалу. Она ограничена 15 вольтами.
На принципиальных схемах условное изображение вольтметра может выглядеть вот так.
Из рисунка видно, что условное изображение вольтметра на схеме может быть разным. Если в кружке обозначена буква «V », то это означает, что данный вольтметр рассчитан на измерения величин напряжения, составляющих единицы – сотни вольт. Изображения с обозначением «mV » и «μV » указываются в тех случаях, если вольтметр рассчитан на измерение долей вольта - милливольт (1mV = 0,001V) и микровольт (1μV = 0,000001 V). Иногда рядом с изображением вольтметра также указывается максимальная величина напряжения, которую способен измерить вольтметр. Например, вот так – 100 mV. Обычно эта величина указывается для встраиваемых стрелочных вольтметров. Превышать это напряжение не стоит, так как можно испортить прибор.
Кроме этого, рядом с выводами вольтметра могут быть проставлены знаки полярности подключения его в схему «+ » и «- ». Это касается тех вольтметров, которые применяются для измерения постоянного напряжения.
Следует отметить, что щитовые вольтметры это частный случай использования этих приборов. В лабораториях, на радиозаводах, в конструкторских бюро и радиолюбительской практике, вольтметры используются чаще всего в составе мультиметров , которые раньше назывались авометры, то есть ампер-вольт-омметр .
В настоящее время с развитием цифровой электроники стрелочные приборы отходят в прошлое и им на смену приходят цифровые мультиметры с удобной цифровой шкалой, автоматическим переключением предела измерения, малой погрешностью и высоким классом точности.
В радиолюбительской практике на смену «цешкам» и «авошкам» пришли компактные и удобные цифровые приборы. Работать с ними не сложно, но определённые меры безопасности применять необходимо.
Как измерить напряжение мультиметром?
Следует твёрдо помнить, что вольтметр, в отличие от амперметра подключается параллельно нагрузке.
Например, вам надо замерить напряжение на резисторе, который является частью электронной схемы. В таком случае переключаем мультиметр в режим измерения напряжения (постоянного или переменного – смотря какой ток течёт в цепи), устанавливаем наивысший предел измерения. По мере накопления опыта предел измерения вы научитесь выставлять более осознанно, порой пренебрегая данным правилом. Далее подключаем щупы мультиметра параллельно резистору. Вот как это можно изобразить в виде схемы.
Вот так плавно мы переходим к определению так называемого шунта. Как видим из схемы, вольтметр, который измеряет напряжение на резисторе R1, создаёт параллельный путь току, который протекает по электрической цепи. При этом часть тока (Iшунт) ответвляется и течёт через измерительный прибор – вольтметр PV1. Далее опять возвращается в цепь.
В данном случае вольтметр PV1 шунтирует резистор R1 – создаёт обходной путь для тока. Для электрической цепи вольтметр – это шунт – обходной путь для тока. По закону ома, напряжение на участке цепи зависит от протекающего по этой цепи тока. Но мы ведь ответвили часть тока в цепи и провели эту часть через вольтметр. Поскольку сопротивление резистора неизменно, а ток через резистор уменьшился (I R1), то и напряжение на нём изменилось. Получается, что вольтметром мы измеряем напряжение на резисторе, которое образовалось после того, как мы подключили к схеме измерительный прибор. Из-за этого образуется погрешность измерения .
Как же уменьшить воздействие измерительного прибора на электрическую цепь при проведении измерений? Необходимо увеличить, так называемое «входное сопротивление » измерительного прибора – вольтметра. Чем оно выше, тем меньшая часть тока шунтируется измерительным прибором и более точные данные мы получаем при измерениях.
Современные цифровые мультиметры обладают достаточно большим входным сопротивлением и практически не влияют на работу схемы при проведении измерений. При этом точность измерений, естественно, достаточно высока.
Поэтому в лабораторных условиях использовались специальные ламповые вольтметры, которые обладали большим входным сопротивлением и некоторые из них имели класс точности в доли процента.
Перейдём к практике...
Прежде всего, не забывайте, что есть переменное (англ. сокращение - VAC ) и постоянное напряжение (VDC ). Профессиональные приборы сами определяют, с каким напряжением вы работаете, и сами переключаются в нужный режим и на требуемый поддиапазон измерений. При работе с малогабаритными приборами все переключения нужно делать вручную.
На снимке показана часть панели управления популярного и недорогого тестера DT-830B.
Хорошо видно, что пределы измерения переменного напряжения ограничены величинами: 750 вольт (750 V~ ) и 200 вольт (200 V~ ). Понятно, что к силовым промышленным сетям с этим прибором не стоит и близко подходить. Шкала постоянного и импульсного напряжения несколько больше: от 200 милливольт (200 mV) до тысячи вольт (1000).
Как уже говорилось, чтобы замерить напряжение на участке схемы, нужно выбрать переключателем пределов измерения самый большой предел измерения и подключить щупы мультиметра параллельно тому участку цепи, на котором производится замер.
Если предел измерения подходит – то на дисплее появятся показания. Если этого не происходит, то отключаем вольтметр от схемы, уменьшаем предел измерения на один шаг. Повторяем измерение. И так далее до получения показаний.
Имейте в виду, что провода измерительных щупов со временем изнашиваются. При этом нарушается электрический контакт. Перед проведением любых измерений проверяйте целостность щупов!
Также часто бывает необходимо замерить напряжение на выходе блока питания или (батарейки или аккумулятора).
Выбираем ту секцию на панели прибора, которая отвечает за измерение постоянного напряжения. Выставляем предел чуть больше того напряжения, что мы хотим измерить. Далее подключаем щупы прибора в соответствии с полярностью и изменяем предел измерения в сторону уменьшения до тех пор, пока на табло не появятся данные.
На фото показан замер напряжения составной батареи из трёх батареек 1,5V с помощью мультиметра Victor VC9805A+. Для измерения выбран предел 20V.
Аналогично замеряется напряжение на герметичном свинцовом аккумуляторе.
Стоит понимать, что таким образом мы замеряем так называемую ЭДС. ЭДС или электродвижущая сила - это напряжение на клеммах аккумулятора без подключенной нагрузки. Если к аккумулятору подключить какой-либо прибор, то напряжение будет чуть меньше.
Никогда не касайтесь руками оголённых щупов! Небольшим напряжением от 1,5-вольтовой батарейки вас, конечно, не убьёт, но вот при измерении напряжений более 24 вольт могут быть серьёзные последствия от удара током.
Чтобы руки оставались свободными используйте зажимы типа «крокодил», но подключать их нужно при отключенном от сети приборе. Часто возникает необходимость измерять напряжение на рабочей плате, в разных её точках.
Если вы работаете с низковольтным устройством, бойтесь только закоротить щупами отдельные проводники. Для замеров напряжения в устройстве, как правило, применяется следующая методика.
Соедините «земляной» щуп прибора и «землю» платы как можно надёжнее. Работать одним щупом всегда удобнее. Для тех, кто не в курсе, «земляным» или «общим» щупом у прибора называется тот щуп, который подключается к разъёму COM . Обычно он чёрного цвета. Сокращение COM получено от английского слова common – «общий».
Наденьте на рабочий щуп прибора кусочек трубки ПВХ, оставив только крохотный острый кончик. Это делать не обязательно, но желательно. При случайном касании щупом соседних проводников трубка ПВХ изолирует контакты и убережёт от короткого замыкания.
По принципиальной схеме, в контрольных точках проведите нужные вам замеры по отношению к «земле» - корпусному или по-другому общему проводу. Высокое входное сопротивление тестера работу вашей схемы не нарушит.
Измерение переменного напряжения производится аналогичным образом. Можно для пробы измерить переменное напряжение электросети в собственной квартире.
На снимке видно, что установлен максимальный предел 750 вольт (напряжение переменное – V~ ). При установке этого предела на индикаторе высвечиваются две буквы: HV – высокое напряжение (сокращение от англ. – H igh V oltage). Поскольку напряжение переменное, то полярность не имеет значения. В данном случае величина напряжения сети - 217 вольт.
Как уже говорилось, при работе с высоким напряжением следует соблюдать
Необходимость применения вольтметра возникает у большинства домовладельцев, автолюбителей, не говоря уже о радиолюбителях. Определить наличие напряжения в домашней сети при отсутствии света в доме, измерить вольтаж аккумуляторной батареи в случае её разряда, настроить собранную радиолюбителем конструкцию - во всех этих ситуациях без его использования не обойтись.
Все вольтметры можно разделить по: принципу действия, назначению, способу применения и конструкции.
По принципу действия устройства делятся на группы :
- Вольтметры электромеханические.
- Электронные вольтметры.
Рассмотрим конкретно каждую группу.
Электромеханические и электронные вольтметры
Эти измерительные приборы являются устройствами прямого преобразования. Измеряемая величина в них преобразуется напрямую в показания на шкале устройства отсчёта. Она предназначена для визуальной оценки измеряемого напряжения.
Шкала выглядит как последовательность отметок с числами и составляет неподвижную часть прибора. Расстояние между двумя соседними отметками - цена деления шкалы. Шкалы могут быть линейными и нелинейными, односторонними (отметка «0» расположена у начала) и двусторонними (отметка «0» расположена в середине). На шкале обычно наносится число, обозначающее класс точности прибора.
Подвижная часть устройства состоит из рамки, находящейся между полюсов постоянного магнита. По обмотке рамки протекает ток. С подвижной рамкой связана стрелка, по величине угла отклонения которой можно по шкале оценить значение измеряемого параметра. Этот угол напрямую зависит от тока, протекающего через обмотку рамки, а значит и от величины напряжения, которое измеряется.
Такие приборы используют для измерения магнитоэлектрический метод . Он наиболее часто используется в электромеханических приборах для измерения различных физических величин.
Следует отметить, что такие приборы отдельно используются довольно редко. Как правило, они являются составной частью более сложных по схемному исполнению устройств.
Кроме, магнитоэлектрического способа измерения в электромеханических приборах используют и другие: электромагнитный, электродинамический, ферродинамический, термоэлектрический, способ выпрямления.
Применение этих приборов исходя из требований, предъявляемых к измерителям напряжения, более предпочтительно, чем электромеханических. А требования эти таковы - уменьшение методической погрешности измерения.
Для измерения напряжений в различных точках схемы вольтметр подключают параллельно измеряемой цепи . Поэтому его использование не должно искажать реальную картину. Он не должен шунтировать участок схемы, следовательно, его входное сопротивление должно быть большим (в идеале стремиться к бесконечности).
Вольтметры электронные можно разделить на две группы. Одну составляют аналоговые приборы, другую цифровые. Различия между ними заключается в форме предоставления информации о результатах измерения.
Возможные аналоги
Входное напряжение, величину которого необходимо измерить, поступает на масштабирующее устройство. Оно выполнено в виде многопредельного резисторного делителя высокого класса точности. Количество резисторов соответствует количеству диапазонов измерения напряжения.
После резисторного делителя сигнал поступает на усилитель постоянного тока (УПТ). Его назначение - усилить входное напряжение , прошедшее через делитель, до величины, требуемой для нормальной работы устройства индикации. УПТ также необходим для повышения входного сопротивления прибора и согласования его с низкоомной обмоткой рамки указателя магнитоэлектрической системы.
Устройство электромеханического прибора, по которому в аналоговых вольтметрах производится отсчёт измеряемой величины напряжения, был рассмотрен выше.
Высокое входное сопротивление этого прибора определяется в основном схемой УПТ. В ней широко используется применение транзисторов, включённых по схеме эмиттерного повторителя сигнала, или полевых транзисторов.
Точность аналоговых вольтметров определяется классом точности резисторов входного устройства и классом точности головки микроамперметра, по стрелке которого производится отсчёт измеренного напряжения.
Для измерения напряжений малой величины применение в схеме прибора усилителя постоянного тока не всегда приводит к достаточной точности измерений.
В милливольтметрах измерения производятся на переменном токе. Постоянное входное напряжение преобразуется в переменное с помощью собственного модулятора. Усилитель переменного тока обладает лучшими характеристиками в отношении линейности, дрейфа нуля, коэффициента усиления, мало зависящего от температуры. После усиления переменное напряжение детектируется. Стабильное выпрямленное постоянное напряжение поступает на стрелочный электромеханический прибор.
Если вольтметром необходимо измерить переменное напряжение, то его схема изменится. Существуют две разновидности схем .
В одной из них входное напряжение детектируется и затем усиливается усилителем постоянного тока.
В схемах с другим построением усиливается сначала входное переменное напряжение усилителем переменного тока. После этого сигнал выпрямляется детектором.
В зависимости от требований, предъявляемых к результатам измерений, выбирается либо одно построение схемы, либо другое.
Первый вариант используется там, где необходимо произвести измерение в широком диапазоне частот (от 10Гц до 1000МГц).
Применение второго варианта построения имеет место при измерении очень малых переменных напряжений (единицы микровольт).
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.
Основные характеристики приборов
Чем больше внутреннее сопротивление вольтметра, тем меньше его влияние на измеряемую цепь. Поэтому приборы с более высоким входным сопротивлением обладают большей точностью при проведении измерений.
Для того чтобы оценить возможности прибора, его преимущества по сравнению с другими, сделать окончательный вывод о возможности его приобретения необходимо внимательно ознакомиться с его техническими параметрами, к которым относятся:
- внутреннее сопротивление вольтметра;
- диапазон измеряемых вольтметром напряжений;
- диапазон частот переменного напряжения;
- погрешность измерения прибора.
Диапазон необходимо учитывать исходя из того, с какими величинами напряжений придётся иметь дело. Большинство вольтметров позволяют проводить измерение напряжений от нескольких десятков милливольт до сотен вольт . Этот диапазон вполне приемлем для многих пользователей. Исключение составляют милливольтметры с расширенным диапазоном и киловольтметры.
Погрешность показывает возможное отклонение измеряемой величины от эталонной. Определяется на этапе заводских испытаний прибора. Выражается в процентах или долях процента.
Все эти параметры представлены в описании на конкретный прибор.
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).
Эти советы помогут новичкам, которым впервые приходится использовать вольтметр в своей работе. Их немного:
- Подключение вольтметра.
- Соблюдение полярности.
Полярность подключаемых измерительных щупов вольтметра должна соответствовать полярности напряжения, указанного на схеме.
Вольтметр всегда надо подсоединять параллельно измеряемой цепи. Этим он отличается от амперметра, который включается в разрыв. Для двухполупериодной схемы выпрямления переменного тока полярность измерительных щупов можно не учитывать. Щупы надо держать так, чтобы руки касались только изолированной их части.
Цифровой вольтметр является довольно востребованным прибором. Предназначен он исключительно для определения напряжения, которое имеется в электрической цепи. Подключение цифрового вольтметра может осуществляться двумя способами. В первом варианте он устанавливается параллельно цепи. Второй способ подразумевает подсоединение прибора непосредственно к источнику электроэнергии. Особенность цифровых вольтметров заключается в удобстве использования. Дополнительно они имеют довольно большой показатель внутреннего сопротивления. Это крайне важно, поскольку данный параметр влияет на точность устройства.
Какие типы бывают?
Все вольтметры можно разделить по виду измеряемой величины. Основными типами считаются устройства постоянного, а также переменного тока. Первый вид, в свою очередь, делится на выпрямительные, а также квадратичные приборы. Дополнительно существуют импульсные вольтметры. Отличительной их особенностью является измерение радиоимпульсных сигналов. При этом замеры напряжения они могут проводить как постоянного, так и переменного тока.
Схема цифрового вольтметра
Обычная схема цифрового вольтметра основана на дискретных величинах. Важную роль в ней играет входное устройство. При этом управляющий прибор взаимодействует с цифровым отсчетным блоком через десятичные числа. Особенность входного устройства заключается в высоком делителе напряжения. Если работа сводится к определению переменного тока, то оно работает как обычный преобразователь. При этом на выходе получается постоянный ток.
В это время центральный блок занимается аналоговым сигналом. В данной системе он представлен в виде цифрового кода. Процесс преобразования свойственен не только вольтметрам, но и мультиметрам. В некоторых моделях устройств применяется двоичный код. В таком случае процесс получения сигнала значительно упрощается, и преобразование происходит значительно быстрее. Старые модели вольтметров работали исключительно с десятичными числами. При этом проводилась регистрация измерительной величины. Дополнительно схема цифрового вольтметра имеет в себе центральный блок, который отвечает за все важные узлы прибора.
Цифровые преобразователи вольтметров
На сегодняшний день существует множество различных типов преобразователей, которые устанавливаются в вольтметры. Наиболее распространенными считаются времяимпульсные модели. Дополнительно существуют кодоимпульсные преобразователи.
Отличительной их особенностью от прочих устройств является возможность заниматься поразрядным уравновешиванием. В это время частотно-импульсные модели такой привилегии лишены. Однако с их помощью можно проводить пространственное кодирование, а это в некоторых исследованиях может быть крайне важным. Особенно это касается замеров напряжения в закрытых цепях электричества.
Самодельные вольтметры
Вольтметр (цифровой) своими руками сделать можно. В первую очередь подбирают детектор, который предназначен для определения средневыпрямленного значения. При этом устанавливается он, как правило, рядом с преобразователем переменного тока. Минимум-напряжение детектором определяется от 100 МВ, однако некоторые модели способны распознавать силу тока до 1000 МВ. Дополнительно, для того чтобы сделать вольтметр (цифровой) своими руками, потребуется транзистор, который влияет на чувствительность устройства, а именно его порог. Связан он с уровнем квантовой амплитуды напряжения. Еще на чувствительность влияет дискретность прибора. Если напряжение составляет менее 100 МВ, то уровень сопротивления непременно растет и может составить, в конечном счете, 10 Ом.
Сопротивление электрической схемы
Сопротивление, которое образуется в системе, зависит от количества знаков в цепи. В данном случае следует понимать, что шкалы вольтметров могут сильно отличаться. Отношение измеряемой величины прямо пропорционально напряжению. Дополнительно нужно учитывать помехозащищенность, которая также влияет на сопротивление устройства. Тут следует отметить, что именно цифровой встраиваемый вольтметр отличается большими амплитудами.
В данном случае это оказывает большое влияние на возникновения помех в цепи. Наиболее частой причиной резкого скачка считают неправильную работу блока питания. При этом средняя частота устройства может нарушаться. Таким образом, на входе в цепи имелось, к примеру, 50 Гц, а на выходе получилось 10 Гц. Как результат, в соединительном проводе образуется сопротивление. Постепенно это приводит к утечке, а происходит это в месте, где находятся клеммы. В данном случае проблема может быть решена путем заземления этого участка. В итоге помехи переходят на входную цепь и частота в приборе стабилизируется.
Погрешности измерений
Погрешность измерений вольтметра напрямую связана с При этом следует учитывать напряжение наводки на выходе. Чаще всего помехи общего вида изменяют параметры сопротивления. В результате данный показатель может значительно уменьшиться. На сегодняшний день имеется три проверенных способа борьбы с разного рода помехами в вольтметрах. Первый прием заключается в применении проводов экранированного типа. При этом вход электрической цепи очень важно изолировать от оборудования.
Второй способ заключается в наличие интегрирующего элемента. В результате период помехи можно значительно уменьшить. Наконец, последним приемом принято считать установку специальных фильтров на вольтметры. Основной их задачей является повышение сопротивления в электрической цепи. В результате амплитуда помехи на выходе после блока значительно уменьшается. Также следует отметить, что многие системы преобразователей способны значительно увеличить скорость измерений. Однако при повышении производительности снижается точность регистрации данных. В итоге такие преобразователи могут быть причиной больших помех в электрической цепи.
Кодоимпульсные вольтметры
Кодоимплульсный цифровой вольтметр переменного тока работает по принципу поразрядного уравновешивания. При этом к данным устройствам применим метод компенсационного измерения напряжения. Процесс расчета в свою очередь осуществляется при помощи прецизионного делителя. Дополнительно рассчитывается опорное напряжение в электрической цепи.
В целом, компенсированный ток имеет несколько уровней. Согласно квантовой теории, исчисления производят в двоично-десятичной системе. Если использовать двухразрядный цифровой вольтметр для автомобиля, то напряжение распознается до 100 В. Весь процесс при этом осуществляется по командам. Особого внимания в работе заслуживает сравнение напряжений. Основано оно на принципе управляющих импульсов, а происходят они в системе через определенные интервалы времени. При этом есть возможность проводить переключение сопротивления одного делителя.
В результате на выходе происходит изменение предельной частоты. Одновременно есть возможность подключать отдельное устройство для сравнения показателей. Главное, не забывать учитывать размер делителя в звене. При этом сигнал устройства может не поступать. В итоге данные можно сравнить по положениям ключей. По сути, они являются кодом, который считывается вольтметром.
Упрощенная схема кодоимпульсного вольтметра-амперметра
Цифровой вольтметр-амперметр постоянного тока схематически можно представить в виде взаимодействующих элементов электрической цепи. Наиболее важным является входное устройство, которое играет роль источника опорного напряжения. Таким образом, прецизионный делитель связан с прибором сравнения.
В свою очередь, механизмы цифрового отсчета показывают сопротивление электрической цепи. Далее управляющие устройства способны напрямую взаимодействовать с входным прибором и проводить сравнения показателей напряжения сети. Наиболее просто процесс измерения можно представить в виде весов. При этом в системе часто бывают сбои. Связаны они по большей мере из-за неправильного сравнения.
Точность измерений
Точность измерений вольтметра-амперметра напрямую связана со стабильностью опорного напряжения. Дополнительно должен быть учтен порог прецизионного делителя во входном устройстве. Защита от помех в цепочке также берется во внимание. Для этого в самом начале электрической цепи имеется фильтр. В результате качество проведений лабораторных работ можно значительно улучшить.
Вольтметры с времяимпульсными типами преобразователей
Данные типы вольтметров используют специальные преобразователи, которые измеряют напряжение только в определенных интервалах времени. При этом учитываются импульсные колебания в электрической цепи. Дополнительно просчитывается средняя частота напряжения в системе. Для ее стабилизации, как правило, применяется дискретный сигнал, который посылается с выхода преобразователя.
При этом счетные импульсы способны значительно сократиться. На погрешность измерения вольтметров влияет множество факторов. В первую очередь это касается дискретизации сигнала. Также проблема может заключаться в нестабильности частоты. Связана она с порогом чувствительности электрической цепи. В результате сравнение напряжения устройством осуществляется нелинейно.
Простая схема вольтметра-амперметра с преобразователем
Цифровой вольтметр-амперметр с частотным преобразователем включает в обязательном порядке генератор, который следит за изменениями напряжения в электрической цепи. При этом измерение осуществляется поэтапно с интервалами. Генератор в электрической цепи используется линейного типа. Для сравнения полученных данных в устройстве имеется триггер. В свою очередь, для расчета частоты важно использовать счетчик, который принимает дискретный сигнал. Происходит это на выходе преобразователя вольтметра-амперметра. При этом учитывается величина предельного напряжения.
Непосредственно информация поступает на вход вольтметра-амперметра. На этом этапе осуществляется процесс сравнения, а когда возникает импульс, то система фиксирует нулевой уровень. Непосредственно сигнал в вольтметре-амперметре попадает на триггер, и в результате на выходе получается положительное напряжение. Возвращается импульс в исходное положение только после проведения устройством сравнения. При этом учитываются любые изменения предельной частоты, которые сформировались в данном промежутке времени. Также принимается во внимание коэффициент преобразования. Рассчитывается он исходя из показателя силы сигнала.
Дополнительно в формуле имеется счетный импульс, который появляется на выходе генератора. В результате напряжение может отображаться только при наличии определенных колебаний, которые возникают в электрической цепи. В конечном счете, сигнал должен дойти до выхода триггера и там считаться. При этом количество импульсов фиксируется в вольтметре-амперметре. Как результат, срабатывает индикатор, который оповещает о наличии напряжения.
Вольтметры двойного интегрирования
Цифровой вольтметр постоянного тока двойного интегрирования работает по принципу периодического повторения. При этом возврат исходного кода в цепи осуществляется автоматически. Работает данная система исключительно с постоянным током. При этом частота предварительно выпрямляется и подается на выходное устройство.
Погрешности дискретизации в вольтметрах не учитываются. Таким образом, могут возникнуть моменты несовпадений счетных импульсов. В результате на начало и конец интервала один параметр может сильно отличаться. Однако, как правило, погрешность не является критичной из-за работы преобразователя.
Особая проблема состоит именно в шумовой помехе. В результате она способна значительно искривить показатель напряжения. В конечном счете, это находит свое отображение в величине импульса, а именно его длительности. Таким образом, среди цифровых вольтметров данные типы не пользуются большой популярностью.