Измерение напряжения цепи с помощью вольтметра

Прибор вольтметр помогает измерить разность потенциалов в электрической цепи. Для минимизации влияния на сеть прибор должен иметь максимально большое сопротивление. Оно определяет погрешность измерений и чувствительность устройства. В процессе усовершенствования вольтметры прошли путь от стрелочных, аналоговых приборов до дискретных с цифровыми индикаторами. Измерение напряжения стало неотъемлемой функцией большинства мультиметров и электронных осциллографов. Применяются измерение и индикация напряжения в некоторых удлинителях, устройствах защитного отключения и автоматических выключателях.

Подключение прибора

Контроль напряжения происходит всегда параллельно. Измерение может быть осуществлено как у источника питания, так и у нагрузки. Схема подключения вольтметра изображена на рисунке ниже.

Схема подключения прибора
Схема подключения прибора

Тонкости, которые необходимо учесть перед тем как подключить вольтметр:

  • Правильно выбранный диапазон измерений убережет прибор и проверяемую схему от повреждений. С особой осторожностью следует работать, когда показание вольтметра близко к пределу. Скачок ЭДС способен спалить обмотки измерительного прибора;
  • Стрелочный вольтметр может обеспечить нормативную точность только при правильном положении. Если на приборе указанно горизонтальное размещение, то располагать его вертикально запрещено, как и наоборот. Также следует уделять внимание отсутствию вибраций и сильных магнитных полей;
  • Измерения вольтметром можно выполнять как под напряжением, так и отключая схему от источника питания с последующим включением;
  • При работе с опасной величиной напряжения рекомендуется использовать защитные перчатки и диэлектрические коврики;
  • При использовании аналогового прибора до начала измерений необходимо проконтролировать, что стрелка показывает ровно на ноль. В случае необходимости следует произвести настройку специальным регулировочным винтом;
  • В случае необходимости проводится калибровка;
  • Для обеспечения высокой точности измерений следует проверить как давно происходила поверка вольтметра.

Часто приборы имеют несколько пределов измерения. У аналоговых вольтметров для каждой величины используются разные схемы подключения. В цифровых достаточно установить указатель напротив требуемого значения. Наиболее современные устройства способны автоматически определить предел измерения и в процессе контроля напряжения менять его.

Классификация вольтметров

Вольтметр постоянного тока используются для измерения напряжения в сетях с постоянным напряжением. В основе обычно лежит магнитоэлектрическая система. При работе сильно подвержены внешнему воздействию, поэтому используются с экранированием.

Для измерения синусоидального напряжения с частотой близкой к 50 Герцам используется вольтметр переменного тока. Наиболее часто в аналоговых приборах встречается электромагнитная система. Она имеет нелинейную шкалу, что усложняет снятие показаний.

Селективные вольтметры рассчитаны на измерение среднеквадратического значения отдельной гармонической составляющей напряжения. В его основе лежит электронный вольтметр, рассчитанный на работу с постоянным током. По принципу действия прибор похож на супергетеродинный радиоприемник.

Фазочувствительные вольтметры называются вектрометрами. Они применяются для измерения комплексных напряжений. Одной из популярных сфер их применения является векторное управление асинхронными двигателями с помощью преобразователей частоты. Одна шкала вольтметра показывает действительную составляющую напряжения, а вторая отображает мнимую. Опорное напряжение, необходимое для работы аппарата, может генерироваться как самим прибором, так и с помощью внешнего источника. Благодаря данному устройству можно легко получить амплитудно-фазовую характеристику, позволяющую контролировать правильность работы ключей полупроводниковых четырехполюсников.

Для измерения напряжений, форма которых имеет большую важность, используются импульсные вольтметры. Они способны измерять не только периодический сигнал, но и амплитуду единичного скачка. Эти вольтметры имеют самое высокое быстродействие, поэтому изготавливаются преимущественно цифровыми.

Аналоговые и цифровые приборы

В основании аналоговых приборов лежат электромагнитные, магнитоэлектрические, электродинамические системы. Аналогичные типы конструкций заложены в амперметры. Для увеличения пределов измерения используются шунты. После измерения необходимо учитывать в полученном результате сопротивление добавочного резистора.

Внешний вид стрелочного вольтметра
Внешний вид стрелочного вольтметра

Одним из главных недостатков аналоговых приборов является высокое энергопотребление. Подключение такого вольтметра может привести к падению напряжения в цепи, что отразится на погрешности. Наличие индуктивности в конструкции вызывает чувствительность от частоты измеряемого напряжения.

В основе конструкции цифрового вольтметра лежит АЦП. Точность измерения определяется дискретизацией с которой работает аналогово-цифровой преобразователь. Индикатор вольтметра отображает готовый результат в цифровом виде, что значительно облегчает работу с устройством. Влияние на сеть у таких приборов минимально благодаря наличию собственного источника питания.

Цифровой вольтметр
Цифровой вольтметр

Широкая распространенность дискретных вольтметров привела к их интеграции в другие устройства. Большинство мультиметров имеют возможность измерять постоянное и переменное напряжение. При этом для повышения точности измерений в конструкции предусматривается несколько пределов. Высокое сопротивление вольтметра позволяет уменьшить его влияние цепь, к которой подключается измерительный прибор.

Вольтметр, встроенный в мультиметр
Вольтметр, встроенный в мультиметр

Основные технические параметры

Основные технические характеристики вольтметра, заносимые в руководство пользования и паспорт прибора, согласно международных стандартов:

  • внутреннее сопротивление вольтметра;
  • диапазон измерений, в котором обеспечивается указанная точность при правильном подсоединении прибора;
  • при работе с переменным напряжением указывается рабочая частота.

Одним из наиболее важных параметров является класс точности. Он всегда отображается на шкале прибора. С его помощью можно определить с какой погрешностью получается результат после включения прибора в сеть.

Описание некоторых видов измерительных устройств

Микровольтметр В3-57 способен работать с переменным напряжением от 5 Герц до 5 МГц. Отображение результата происходит путем вычисления среднеквадратичного значения. Устройство способно работать с напряжениями любой формы. Сопротивление вольтметра составляет не менее 5 МОм. Наиболее широко прибор используется в радиотехнике для наладки оборудования.

Внешний вид микровольтметра В3-57
Внешний вид микровольтметра В3-57

Измерители переменного напряжения АКИП-2401 имеют два канала. Также имеется возможность фиксации результата на экране при помощи кнопки «Hold». Устройство имеет в наличии интерфейс RS-232, позволяющий считывать данные дистанционно.

Цифровой вольтметр АКИП-2401
Цифровой вольтметр АКИП-2401

Прибор В7-40/1 преимущественно используется для высокоточных научных исследований и поверки других вольтметров. Его сопротивление достигает 2 ГОи при пределе измерения в 2 В. Это позволяет максимально уменьшить влияние на цепь, что немаловажно при работе с низковольтными радиотехническими схемами. В7-40/1 успешно используется в средствах автоматики и SCADA системах.

Высокоточный, дискретный вольтметр В7-40/1
Высокоточный, дискретный вольтметр В7-40/1

Меры безопасности

В отличие от других приборов, например, омметра или мегометра, работая с вольтметром, приходится иметь дело с напряжением. При небольших значениях оно не представляет опасности для человека. Измеряя напряжения, способные создать опасный ток, протекающий через тело человека, необходимо соблюдать повышенную осторожность.

Измерение напряжений должно сопровождаться полным соблюдением ТБ и ПУЭ. Это предотвратит получение электротравмы. Запрещено работать без средств защиты, например, резиновых перчаток и ковриков. По завершению работ не должно оставаться оголенных токоведущих частей, с которыми может произойти случайный контакт у обслуживающего персонала.

Повсеместное использование измерения напряжения в электротехнике привело к созданию вольтметров различных конструкций. Они отличаются как по принципу работы, так и по точности. Наибольшую популярность получают универсальные устройства, способные автоматически выбрать не только предел, но и тип контролируемой величины.

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них
Поиск автомобиля

Что бы не пропустить лучшие материалы с сайта

А также задавать вопросы в комментариях и получать ответы