Почему у вольтметра 2 шкалы

Каков принцип действия вольтметра кратко

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.

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.

Классификация

Приборы отличаются принципом действия, бывают электронные и электромеханические.

По назначению приборы бывают импульсные, измеряющие сеть переменного и постоянного тока.

Как подключить вольтметр

Вольтметр включается в цепь параллельно источнику напряжения и нагрузке. Это делается, чтобы высокое сопротивление, которое используется в приборе, не оказывало влияния на показания. Ток, протекающий через прибор, должен быть минимальным.

Рис. №1. Схема подключения вольтметра в сеть.

Технические характеристики вольтметра

Вольтметр может нормально функционировать при температуре воздуха, не превышающей 25–30 ºС и относительной влажности до 80 % при атмосферном давлении 630–800 мм ртутного столба. Напряжение 220 В (частота до 400 Гц), частота сети 50 Гц. На измерение значительное влияние оказывает форма кривой напряжения питающей сети — синусоида, имеющая коэффициент гармоник max 5 %.

Возможности прибора оцениваются c помощью следующих показателей:

1. Сопротивление.
2. Предельные границы напряжения переменной цепи.
3. Диапазон измеряемых величин напряжения.
4. Класс точности измерений.

Принцип действия прибора

Основа работы вольтметра — метод аналогово-цифрового преобразования. Так, преобразователи, установленные в конструкции прибора В7-35, измеряют величину напряжения переменного и постоянного тока (а также сопротивление, силу тока), преобразуя измеряемую величину в нормализованное напряжение, а затем с использованием АЦП в цифровой код.

Функциональная схема цифрового тестера работает с использованием 4 преобразователей:

1. Масштабирующий преобразователь.
2. Преобразователь силы переменного и постоянного тока в напряжение.
3. Низкочастотный прибор, который преобразует напряжение переменного тока в постоянный.
4. Преобразователь сопротивления в напряжение.

Рис. №2. Схема цифрового вольтметра

Вольтметр переменного тока

Электронные широкополосные вольтметры, которые используются в сетях переменного тока, имеют конструктивные особенности и свойственную лишь им градуировку. Воздействие на измеряемую цепь зависит от входных параметров: входного активного сопротивления (Rв) (при этом оно должно быть наиболее высоким), емкости на входе (Cв) (она должна быть минимальной) и индуктивности (Lпр) (вместе с емкостью создается последовательный колебательный контур, который отличается своей резонансной частотой).

Рис. №3. Схема подключения вольтметра

Измерение сопротивления

Низкоомный вольтметр с сопротивлением max 15 Ом годится для измерения сопротивлений, которое выполняется с помощью формулы:

Rx = Rи * (U1/U2 – 1).

В формуле используется сопротивление Rв (вольтметра), и 1 и 2 показания прибора, точность измерения при этом не обязательно соответствует действительности, потому что замер не учитывает внутреннего сопротивления. Более точного результата можно достичь при использовании формулы:

Rx = (Rв + r ) * (U1/U2 — 1), где r — внутреннее сопротивление.

При замере каждое следующее сопротивление должно быть большим и выполняться с записью каждого замера.

Чтобы узнать, какое напряжение показывает прибор, необходимо руководствоваться шкалой вольтметра и ценой деления. Она определяется по максимальному пределу замеряемого значения, разделенного на количество делений шкалы.

Вольтметр — это измерительный прибор, который измеряет напряжение между двумя узлами в электрической цепи. В аналоговых вольтметрах указатель перемещается по шкале пропорционально напряжению цепи. Цифровые вольтметры имеют цифровое отображение напряжения с использованием аналого-цифрового преобразователя.

Принцип работы вольтметра

Вольтметр всегда подключается параллельно к нагрузке в цепи, для которой должно измеряться напряжение. Вольтметр постоянного тока имеет знаки полярности. Поэтому необходимо подключить клемму плюса (+) вольтметра к верхней точке потенциала, а клемму минуса (-) к нижней точке потенциала, чтобы получить отклонение вольтметра.

В вольтметре переменного тока нет знаков полярности, и его можно подключить в любом случае. Однако в этом случае также вольтметр все еще подключен параллельно к нагрузке, для которого измеряется напряжение. Вольтметр с диапазоном высокого напряжения создается путем последовательного соединения сопротивления с измерительным механизмом, который имеет полную шкалу напряжения, как показано на рисунке ниже.

Полная шкала напряжения

Типы вольтметров

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.

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.

Цифровой вольтметр (DVM)

DVM отображает напряжение с помощью светодиодов или ЖК-дисплеев для отображения результата.

Прибор должен содержать аналого-цифровой преобразователь.

Устройство содержит запрограммированный микроконтроллер, АЦП и ЖК-дисплей для обеспечения точного цифрового отображения аналоговых значений от 0 до 15 вольт постоянного тока.

Существует большое количество разных измерительных приборов. Одним из часто используемых устройств как в быту, так и в профессиональной сфере деятельности, является вольтметр. Предназначен он для измерения значения напряжения в любой точке электрической сети. Промышленность изготавливает несколько типов таких измерителей, отличающихся друг от друга принципом работы. При этом каждый из них имеет как достоинства, так и недостатки.

История изобретения

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.

Суть прибора

Вольтметр — это устройство, относящееся к классу электроизмерительных приборов, предназначенное для измерения электродвижущей силы (ЭДС) на участке электрической линии. Другими словами, вольтметр показывает разность потенциалов (напряжение) между двумя точками электрической цепи. Подключается он всегда параллельно к источнику тока или нагрузке.

При измерении устройство не должно никоим образом воздействовать на параметры электрической цепи, поэтому идеальным считается прибор, имеющий бесконечно большое внутреннее сопротивление. От этого параметра в первую очередь и зависит точность замеров. В зависимости от формы измеряемого сигнала, вольтметры разделяются на устройства, измеряющие постоянный или переменный ток.

Кроме того, по принципу измерения вольтметры бывают:

• Диодно-компенсационные. Принцип их действия основан на сравнении измеряемого сигнала с эталонным, выдаваемым регулируемым источником. Основным элементом конструкции является вакуумный диод. Они используются только для измерения гармоничного (переменного) сигнала, но в широком диапазоне частот. Точность замеров довольно высокая.
• Импульсные. Измеряют значение амплитуды сигнала периодических и одиночных импульсов с большой скважностью. Структурная схема устройства состоит из преобразователя уровня импульса, усилителя и отсчётного устройства.
• Фазочувствительные. Характерным признаком такого устройства является наличие двух индикаторов, служащих для регистрации действительной и мнимой составляющих комплексного сигнала. Их используют для исследований амплитудно-фазовых характеристик.
• Селективные. По своей схемотехнике похожи на супергетеродинные радиоприёмники. Способны выделять гармоники сигнала и измерять их среднеквадратичную величину амплитуды.
• Универсальные. Многофункциональные приборы, умеющие измерять любой тип сигнала.

Все приведенные приборы применяются в лабораториях и на производствах для наладки работы той или иной техники. В быту же и радиолюбительстве чаще используются вольтметры, умеющие измерять среднеквадратичное напряжение переменного и постоянного тока. Поэтому все типы устройств, принято разделять на два вида: аналоговые и цифровые.

Обозначение и характеристики

Для оценки возможностей прибора принято использовать следующие технические характеристики:

• Внутренний импеданс источника. Характеризуется сопротивлением, измеренным на выходе прибора. Чем больше это значение, тем прибор считается более качественным.
• Диапазон измерений. Это область, ограниченная наименьшим и наибольшим значением, которое может измерить прибор. Большинство тестеров являются универсальными, измеряющими напряжение в диапазоне от десятков милливольт до киловольта. Однако в исследовательских центрах используются приборы, позволяющие определять мили или даже микровольты.
• Точность показаний. Этим параметром обозначается погрешность между реальными значениями напряжения и измеренными. В зависимости от значений измеряемой амплитуды сигнала, эта погрешность изменяется, поэтому характеризуется она классом точности. Например, для прибора, работающего в диапазоне измерения от 0 до 60 вольт, класс точности, равный единице, будет обозначать, что погрешность прибора не может превышать 0,6 В, но на малых значениях такой допуск недопустим. Поэтому диапазон измерений и разбивается на небольшие участки.
• Диапазон частот. Определяется чувствительностью электронных компонентов регистрировать сигнал той или иной частоты.
• Рабочая температура окружающей среды. Обозначает условия, при которых погрешность измерения будет соответствовать заявленному классу точности.

Виды вольтметров

Кроме технических параметров, определяющих назначение прибора, в описаниях вольтметра часто указываются его физические размеры. Связано это с тем, что все устройства по виду конструкции разделяют на три типа:

1. Переносные.
2. Стационарные.
3. Панельные (щитовые).

Первые обычно относятся к полупрофессиональным и любительским измерительным устройствам. Выглядят они в виде прямоугольных коробочек, сделанных из жёсткого пластика или карболита. Все они работают от мобильных источников питания, аккумуляторов или батареек. Для удобства определения амплитудного значения сигнала в наборе с вольтметрами идёт съёмная пара щупов.

Вторые запитываются от сети переменного напряжения, через встроенный в них блок питания. Чаще всего это узкоспециализированные тестеры, обладающие высокой точностью измерений. Используют их в профессиональной сфере деятельности для контроля напряжения в важных точках электрической цепи.

Третий же тип предназначен для использования в специально оборудованных шкафах для постоянного контроля величины напряжения. Обычно применяются в комплексе с защитными приборами. Такого вида вольтметром измеряют переменное однофазное или трёхфазное напряжение.

Аналоговое устройство

Отличительной чертой аналогового устройства является присутствие стрелочного индикатора. В основе принципа работы вольтметра такого типа лежит использование измерительной головки. Конструктивно она выполняется в виде алюминиевого контура, помещённого в магнитное поле. Стрелка прибора и оси приклеивается к рамке, на которую намотана проволока.

Через пружины или растяжки, удерживающие стрелку в начальном положении, на конструкцию подаётся ток. В зависимости от величины его силы, магнитное поле воздействует на рамку с разной интенсивностью. В итоге возникает крутящий момент, выводящий стрелку из нулевого состояния.

Для устойчивого положения стрелки используются демпферы. Под указателем располагается шкала, отградуированная по эталонным приборам. Поэтому каждое положение стрелки соответствует своему значению напряжения. Как только измерения заканчиваются, ток перестаёт поступать на измерительную головку и указатель под действием растяжек возвращается на своё первоначальное положение.

Структурную схему аналогового прибора можно подставить в виде последовательной цепочки, состоящей из входного устройства, усилителя тока, детектора, измерительной головки.

Технические возможности вольтметра во многом определяются чувствительностью головки. К достоинствам аналогового прибора относят инерционность и невосприимчивость к помехам. Он идеально подходит для отображения динамики сигнала. Такой измеритель мгновенно показывает изменение вольтажа. Например, при вычислении напряжения с пульсациями, тестер, интегрируя их, показывает среднее значение. Расширить диапазон измерения можно применив добавочные сопротивления или шунты. Но при своих достоинствах стрелочные вольтметры характеризуются большой погрешностью и сложность в интерпретации результатов измерения.

Цифровой прибор

Принцип действия цифрового вольтметра переменного тока, как и постоянного, основан на использовании аналогово-цифрового преобразователя (АЦП). Измеряемый сигнал поступает на вход микросхемы, преобразовывающей его в набор импульсов, передающихся дальше в блок обработки для формирования кода. Трансформированный сигнал направляется на цифровое отсчётное устройство, а с него уже и на дисплей.

Точность замеров электронного вольтметра зависит от качества преобразования сигнала в цифровой код. Попадая на компаратор, сигнал разбивается на группы единиц и направляется в ячейки памяти, сохраняющих информацию. Если код подать напрямую, то на экране показания будут неустойчивыми. Дисплеем управляет свой контроллер, обеспечивающий вывод данных из памяти и засвечивающий сегменты дисплея.

К достоинствам цифрового вольтметра относят высокое внутреннее сопротивление, что делает его измерения очень точными. А также он оснащён электронным усилителем, позволяющим проводить замеры даже слабых сигналов. Результат измерений отображается на табло сразу в виде числа, поэтому нет необходимости высчитывать значение по шкалам.

Электронный измеритель нечувствителен к магнитным полям и одинаково измеряет при любой полярности приложенного напряжения.

Порядок измерения

Чтобы провести измерения, вольтметр подключается с помощью измерительных щупов параллельно двум точкам, между которыми нужно измерить разность потенциалов. Принцип определения амплитуды будет одинаков для любого типа устройства. Порядок измерения напряжения можно представить в виде следующих действий:

1. Включить устройство.
2. Подключить штекера измерительных проводов в соответствующие гнёзда на панели прибора.
3. Установить нужный диапазон измерения.
4. Прижать измерительные щупы к исследуемому объекту.
5. Прочитать показания с экрана прибора.

Таким образом, при помощи вольтметра можно достаточно быстро измерить величину амплитуды между двумя точками электрической линии с любым типом сигнала. Прибор имеет высокое собственное сопротивление, поэтому пользоваться им довольно безопасно.

Изношенность электросетей и оборудования на электростанциях — главная причина частых перепадов напряжения, которые могут спровоцировать выход из строя различной техники. Эти условия диктуют свои правила — теперь человеку необходимо отслеживать качество энергоснабжения. Вольтметр же стал незаменимым помощником при мониторинге энергобезопасности сети.

Компания DS Electronics выпускает цифровые вольтметры RBUZ V1 для однофазной и RBUZ V3 для трехфазной сети переменного тока. Постоянная индикация напряжения позволяет контролировать текущее значение в любой момент времени без каких-либо дополнительных манипуляций с прибором, а энергонезависимая память записывает максимальное и минимальное значения напряжения. Прибор устанавливается в щиток на стандартную DIN-рейку шириной 35 мм. Также стоит отметить, что в устройствах применяется алгоритм True RMS, обеспечивающий максимальную точность показаний.

Принцип действия и типы вольтметров

Исходя из принципа работы прибора, выделяют электромеханические и электронные вольтметры.

Работа электромеханических устройств основана на использовании магнитоэлектрического принципа. Вольтметр включает в себя постоянный магнит и стальной сердечник, а также алюминиевую рамку с обмоткой тонким проводом и прикрепленной стрелкой, которая помещена между магнитом и сердечником. При прохождении тока по проводу катушки возникает электромагнитное поле, которое отклоняет рамку со стрелкой, соприкасаясь с постоянным магнитным полем. Излишнее колебание стрелки мешает точному определению показаний устройства. Для стабилизации используют различного рода приспособления: индукционный демпфер, воздушный демпфер, систему противовесов и пр.

Электронные вольтметры, в свою очередь, подразделяются на аналоговые и цифровые. В аналоговых измерителях установлена система, которая преобразует входящее переменное напряжение в постоянное. Затем происходит его передача на специальный детектор, отклоняющий указатель, в зависимости от уровня измерений. Цифровые приборы оснащены контроллером, который преобразует аналоговое напряжение в цифровой код. Результаты замеров выводятся на специальный экран. Качество преобразователя непосредственно влияет на точность производимых замеров.

В зависимости от назначения выделяют следующие типы измерителей:

• Постоянного и переменного тока — применяются для регистрации показаний в сетях соответственно с постоянным и переменным током.
• Импульсные приборы используются для определения пиковых значений периодических импульсных сигналов.
• Фазочувствительные устройства позволяют установить комплексное напряжение и его составляющие.
• Селективные измерители применяются в лабораториях для изучения токов с переменным напряжением.
• Универсальные — настраиваемые устройства, позволяющие производить различные замеры.

Также существует разделение по конструкции и способу применения:

• стационарные — наиболее точные и чувствительные, имеют крупные габариты, устанавливаются на объектах, где нужен непрерывный мониторинг состояния электрической сети;
• щитовые — монтируются в электрощитовые шкафы или на приборные панели, имеют небольшие габариты;
• переносные — маленькие по размеру, имеют небольшой вес, благодаря чему мобильны и могут использоваться в различных местах.

При выборе устройства для измерения напряжения необходимо уделить внимание таким показателям:

1. Внутреннее сопротивление. Для минимального воздействия измерительного устройства на электроцепь необходимо, чтобы его внутреннее сопротивление было как можно больше.
2. Диапазон измеряемых напряжений. Стандартный вольтметр показывает напряжение от 10 mV до 1000 V. Для снятия показаний менее 10 милливольт используются милли- и микровольтметры, а выше 1000 вольт — киловольтметры.
3. Точность определяет возможную погрешность устройства.

Как подключить вольтметр в электрическую цепь?

Чтобы обеспечить минимальное влияние высокого сопротивления прибора на измеряемые величины, необходимо параллельно подключить устройство в электрическую цепь. При подсоединении следует придерживаться полярности, т.к. это напрямую влияет на результаты измерений. Для удобства подключения измерители комплектуются специальными точечными электродами или зажимами.

У используемого измерителя должен быть необходимый диапазон частот. В противном случае возможны неприятные последствия: от неверных показателей до короткого замыкания и повреждения прибора.

Вольтметр необходим в условиях нестабильно работающих электросетей. Благодаря ему можно легко проконтролировать уровень напряжения в сети. Функция запоминания максимального и минимального значения, как в устройствах RBUZ V1 и RBUZ V3, поможет отследить скачки напряжения. Поэтому он является хорошим помощником при организации безопасного энергоснабжения в доме и квартире.

Вольтметр. Назначение, устройство, как пользоваться и подключать вольтметр, принцип работы

Вольтметр — это электроизмерительный прибор, который предназначен для измерения электрического напряжения на полюсах источника тока или на каком-нибудь участке электрической цепи. Эта величина задается в единицах, называемых вольтами, отсюда и название прибора — «Вольтметр». На практике значения электрического напряжения измеряются в различных диапазонах, от микровольт (мкВ) до мегавольт (МВ).

Эти приборы доступны в продаже, как в аналоговом, так и в цифровом исполнении.

Многие вольтметры по внешнему виду очень похожи на амперметры. Для отличия вольтметра от других электроизмерительных приборов на его шкале ставят букву V. На схемах вольтметр изображают кружком с буквой V внутри (см. рисунок 1).

Рисунок 1. Электрическая схема с вольтметром

Как подключать вольтметр и производить измерения?

Вольтметры всегда должны быть подключены параллельно с электрическим устройством или элементом, на котором измеряется электрическое напряжение (рисунок 2).

Рис. 2. Способ измерения электрического напряжения на концах элемента R

Ключевая мысль состоит в том, что зажимы вольтметра присоединяют к тем точкам электрической цепи, между которыми надо измерить электрическое напряжение.

Однако следует помнить, что при таком соединении часть тока I_V будет протекать через вольтметр, а не через проверяемый элемент R. Таким образом, мы имеем дело с ситуацией, когда действие измерения физической величины изменяет значение этой величины. Это не единственный подобный пример в физике.

Как видно из предыдущих рассуждений, для измерения истинного значения электрического напряжения на концах элемент цепи, нам понадобится вольтметр с бесконечным сопротивлением. Тогда через измерительный прибор не будет протекать электрический ток, поэтому измерения будут неискаженными. На практике бесконечное электрическое сопротивление в вольтметре реализовать невозможно. Тем не менее, в настоящее время продаются вольтметры с чрезвычайно высоким внутренним сопротивлением, превышающим 100 ТОМ.

Стоит отметить, что считанное значение напряжения всегда меньше истинного значения. Это пример систематической ошибки измерения.

Истинное значение напряжения на концах элемента R на рис. 2, согласно закона Ома для участка электрической цепи, составляет: U = I*R

Но, так как вольтметр имеет внутреннее сопротивление, то он показывает значение: U_V = I_V * R_V = I_R * R .

После простых преобразований получаем, что реальное значение электрического напряжения на концах проверяемого элемента цепи R имеет значение: U = U_V * (1 + R/R_V )

Эта формула подтверждает наше предыдущее утверждение о том, что идеальный вольтметр должен иметь бесконечное внутреннее сопротивление. Поскольку коэффициент сопротивления в этой формуле стремится к бесконечности, измеренное значение U_V стремится к истинному значению U. Поскольку в реальности не существует прибора, удовлетворяющего этому идеальному условию, при проведении измерений необходимо выбирать вольтметр таким образом, чтобы величина вносимой им ошибки находилась в пределах предполагаемой погрешности измерений.

Вывод: Чем выше внутреннее сопротивление вольтметра, тем меньше погрешность измерения; поэтому вольтметры всегда имеют очень высокое электрическое сопротивление.

Как и у амперметра, у одного зажима вольтметра ставят знак «+«. Этот зажим необходимо обязательно соединять с проводом, идущим от положительного полюса источника тока. Иначе стрелка прибора будет отклоняться в обратную сторону. А отрицательный зажим, соответственно, соединяют с проводом, идущим от отрицательного полюса источника тока.

Расширение диапазона измерений.

У аналоговых вольтметров диапазон измерения в принципе ограничен концом шкалы; если на измерительный прибор подается более высокое напряжение, то, с одной стороны, стрелка прибора не может отклониться дальше, а с другой стороны, даже сам прибор может быть поврежден (выйти из строя). Чтобы расширить диапазон измерений в большую сторону, необходимо использовать подходящую электрическую схему, обеспечивающую подачу на вольтметр только части измеряемого напряжения.

Этого можно достичь, объединив вольтметр с последовательно подключенным резистором (эти резисторы ещё называют — «добавочными резисторами»). Например, если вольтметр с диапазоном измерения 50 мВ имеет внутреннее сопротивление 100 Ом, то последовательный резистор со значением 900 Ом вызывает падение напряжения на вольтметре только на 1/10. Таким образом, диапазон измерений увеличивается в 10 раз, поэтому вольтметры теперь могут измерять напряжение до 500 мВ.

Верхние пределы расширения диапазона измерения практически отсутствуют. Если последовательный резистор в вышеприведенном примере имеет значение 99 900 Ом, то общее сопротивление равно 100 000 Ом, и на вольтметре падает только 1/1000 от приложенного напряжения. Соответственно, можно измерить в 1000 раз большее напряжение, т.е. максимум 50 В.

Более наглядно посмотреть, как подключаются добавочные резисторы в электрическую цепь вы можете видеть на рисунке 3 ниже.

Рис. 3. Расширение диапазона измерений вольтметра

Если мы хотим использовать вольтметр с диапазоном до U_V для измерения напряжения до U₁ , мы можем написать: U₁ = I*R_P + U_V ,

В тоже время: U_V = I*R_V , тогда

после преобразований получаем, что сопротивление добавочного сопротивления должно иметь значение:

Мы также можем уменьшить диапазон измерения вольтметра. Для этого мы используем делители напряжения как на рис. 4.

Рис. 4. Делитель напряжения для уменьшения диапазона измерения вольтметра с U_V до U₁

При использовании цифровых измерительных приборов, измерение выполняется электронным способом и отображается на дисплее в цифровом виде. Однако проблема погрешности измерений и принцип расширения диапазона измерений идентичны для аналоговых и цифровых измерительных приборов.

Как работает вольтметр?

Существует два типа вольтметров: аналоговые, показывающие значение путем наклона стрелки механического прибора, и все чаще используемые в настоящее время цифровые, оснащенные сложными электронными схемами.

Аналоговые вольтметры обычно представляют собой амперметры с последовательно соединенным резистором R_V с очень большим значением электрического сопротивления. То есть, по сути, они измеряют ток I_V, протекающий через него, а шкала показывает значение, которое является результатом расчета: U_V = I_V * R_V .

Цифровые приборы, как правило, имеют обратную конструкцию (то есть они являются именно вольтметрами, а не амперметрами). Это связано с тем, что изготовить цифровой измеритель напряжения относительно просто. Если мы подключим его параллельно резистору с малым сопротивлением, то получим амперметр. Значение индикатора может быть рассчитано по уравнению: U_V = I_V * R_V .

Существует, однако, тип аналогового вольтметра, принцип действия которого не основан на принципе работы амперметра. Это электростатический вольтметр. На практике это конденсатор с одной неподвижной обкладкой и другой подвижной. Электрическое взаимодействие обкладок вызывает перемещение указателя, прикрепленного к движущейся части. С помощью такого вольтметра можно можно измерять даже очень высокие электрические напряжения, а значение его внутреннего сопротивление почти бесконечно.

Устройство

Рассмотрим устройство электростатического и электромагнитного вольтметра и способ их подключения к схеме.

На рисунке 5 показана конструкция электростатического вольтметра (слева) и электромагнитного вольтметра (справа) и как они соединены в электрическую цепь. Подвижные части вольтметров отмечены красным цветом.

Различные элементы вольтметров показаны цифрами.

Рисунок 5. Устройство вольтметров (электростатического — слева, электромагнитного — справа)

Почему на вольтметре 2 шкалы

И хоть мы уже давно привыкли к цифровым вольтметрам, в природе всё ещё встречаются и стрелочные.

В некоторых случаях их применение может быть более удобным и практичным, чем использование современных цифровых.

Если в ваши руки попал стрелочный вольтметр, то желательно узнать его основные характеристики. Их легко определить по шкале и надписях на ней. В мои руки попал встраиваемый вольтметр М42300.

Внизу, под шкалой, как правило, есть несколько значков и указана модель прибора. Так, значок в виде подковы (или изогнутого магнита) означает, что это прибор магнитоэлектрической системы с подвижной рамкой.

На следующем снимке можно разглядеть такую подковку.

Горизонтальная чёрточка указывает на то, что данный измерительный прибор рассчитан на работу с постоянным током (напряжением).

Тут же стоит уточнить, почему речь идёт о постоянном токе. Не секрет, что стрелочными бывают не только вольтметры, но и огромное количество других измерительных приборов, например, тот же аналоговый амперметр или омметр.

Действие любого стрелочного прибора основано на отклонении катушки в поле магнита при прохождении постоянного тока по этой самой катушке. Чтобы отобразить с помощью стрелки показания на шкале прибора, ток должен быть постоянным.

Если он будет переменным, то стрелка будет отклоняться вправо-влево с частотой переменного тока, который протекает через обмотку катушки. Чтобы измерить величину переменного тока или напряжения в измерительный прибор встраивают выпрямитель.

Именно поэтому, под шкалой прибора указывается тип тока, с которым он способен работать: постоянным или переменным.

Далее на шкале прибора можно обнаружить целое или дробное число, вроде 1,5; 1,0 и подобное. Это класс точности прибора, выраженный в процентах %. Понятно, чем меньше число, тем лучше – показания будут точнее.

Также можно увидеть такой знак – две пересекающиеся черты под прямым углом. Этот знак указывает на то, что рабочее положение прибора вертикальное.

При горизонтальном положении показания могут быть менее точные. Иными словами прибор может "врать". Стрелочный вольтметр с таким значком лучше устанавливать в прибор вертикально и исключить существенный наклон.

А вот такой знак говорит о том, что рабочее положение прибора – горизонтальное.

Ещё один интересный знак – пятиконечная звезда с цифрой внутри.

Данный знак предупреждает о том, что между корпусом прибора и его магнитоэлектрической системой напряжение не должно превышать 2кВ (2000 вольт). На это стоит обращать внимание при эксплуатации вольтметра в высоковольтных установках. Если вы планируете использовать его в блоке питания на 12 – 50 вольт, то беспокоиться не стоит.

Как считывать показания со шкалы стрелочного вольтметра?

Для тех, кто впервые видит шкалу прибора, возникает вполне резонный вопрос: "А как же считывать показания?" На первый взгляд ничего непонятно .

На самом деле всё просто. Чтобы определить минимальное деление шкалы нужно определить ближайшее число (цифру) на шкале. Как видим на шкале нашего М42300 – это 2.

Далее считаем количество промежутков между чёрточками до первого числа или цифры – в нашем случае до 2. Их оказывается 10. Далее делим 2 на 10, получаем 0,2. То есть, расстояние от одной маленькой чёрточки до соседней, равно – 0,2 вольта.

Вот мы и нашли минимальное деление шкалы. Таким образом, если стрелка прибора отклонится на 2 маленьких деления, то это будет означать, что напряжение равно 0,4V (2 * 0,2V = 0,4V).

В наличии уже знакомый нам встраиваемый вольтметр модели М42300. Прибор предназначен для измерения постоянного напряжения до 10 вольт. Шаг измерения — 0,2 вольта.

Прикручиваем к клеммам вольтметра два провода (соблюдаем полярность!), и подключаем севшую батарейку на 1,5 вольта или любую попавшуюся.

Вот такие показания я увидел на шкале прибора. Как видим, напряжение батарейки равно 1 вольту (5 делений * 0,2V = 1V). Пока фотографировал, стрелка вольтметра упорно двигалась к началу шкалы — батарейка отдавала последние "соки".

Кроме этого мне стало интересно, какой ток потребляет сам стрелочный вольтметр. Поэтому вместо батарейки я подключил блок питания и выставил на выходе 10 вольт — чтобы стрелка прибора отклонилась на всю шкалу. Далее я подключил в разрыв цепи цифровой мультиметр и измерил ток.

Оказалось, ток, потребляемый стрелочным вольтметром, составил всего 1 миллиампер (1 мА). Его достаточно, чтобы стрелка отклонилась на всю шкалу. Это очень мало. Поясню свой намёк.

Получается, что стрелочный вольтметр экономичнее цифрового. Посудите сами, любой цифровой измерительный прибор имеет дисплей (ЖК или светодиодный), контроллер, а также буферные элементы для управления дисплеем. И это только часть его схемы. Всё это потребляет ток, садит батарею или аккумулятор. И если в случае вольтметра с жидкокристаллическим дисплеем потребляемый ток невелик, то при наличии активного светодиодного индикатора, потребляемый ток будет уже существенный.

Вот и получается, что для портативных приборов с автономным питанием иногда разумнее использовать классический стрелочный вольтметр.

При подключении вольтметра к цепи следует помнить о нескольких простых правилах.

Во-первых, вольтметр (любой, хоть цифровой, хоть стрелочный) необходимо подключать параллельно той цепи или элементу, напряжение на котором планируется измерять или контролировать.

Во-вторых, следует учитывать рабочий диапазон измерений. Узнать его легко – достаточно взглянуть на шкалу и определить последнее число на шкале. Это и будет граничное напряжение для измерения данным вольтметром. Естественно, есть и универсальные вольтметры, с выбором предела измерения, но сейчас речь идёт о встраиваемом стрелочном вольтметре с одним пределом измерения.

Если подключить вольтметр, например, со шкалой измерения до 100 вольт, в цепь, где напряжение превышает эти 100 вольт, то стрелка прибора будет уходить за пределы шкалы, «зашкаливать». Такое положение дел рано или поздно приведёт к порче магнитоэлектрической системы.

В-третьих, при подключении стоит соблюдать полярность, если вольтметр рассчитан на измерение постоянного напряжения. Как правило, на клеммах (или хотя бы у одной) указывается полярность – плюс "+" или минус "-" . При подключении вольтметров, рассчитанных на измерение переменного напряжения, полярность подключения не имеет значения.

Надеюсь, теперь вам будет проще определить основные характеристики стрелочного вольтметра, а самое главное, применить его в своих самоделках, например, встроив его в блок питания с регулируемым выходным напряжением . А если сделать светодиодную подсветку его шкалы, то он будет выглядеть вообще шикарно! Согласитесь, такой стрелочный вольтметр будет смотреться стильно и эффектно.

Вольтметр.

Вольтметр— это тот прибор, без которого не обойтись при работе с электричеством. Он применяется при необходимости измерения ЭДС — электродвижущей силы, а также напряжения в электрических цепях. Схема подключения прибора к нагрузке- параллельная.

Вольтметры, как и любые электрические приборы должны регулярно проверяться на соответствие техническим характеристикам, ремонтироваться и обслуживаться.

Определение технических характеристик вольтметра, виды вольтметров.

Чтобы определить технические характеристики вольтметра учитываются следующие показатели:

• Внутреннее сопротивление. Хорошо, если такой показатель очень высокий. Значит, влияние прибора к подключенной электрической цепи уменьшается. А соответственно, измерение вольтметром будет точнее.
• Диапазон измеряемых напряжений- также является важнейшей характеристикой при измерении.

Стандартный вольтметр может измерять напряжение от милливольт до тысячи вольт. Но могут использоваться и специальные вольтметры.

Существуют миливольтметры и микровольтметры, которые могут измерить самые маленькие значения напряжения, но сохраняют высокую точность- до миллионных частей вольта. А есть киловольтметры- приборы, для измерения очень высокого напряжения, до 1000 вольт.

Чтобы работать с такими приборами нужны специальные навыки и опыт, допуск к эксплуатации электрических установок с напряжением более 1000 вольт. Это необходимо для избежания поломок приборов, работая с милли- и микровольтметрами или травм при работе с киловольтметрами.

Точность измерения (погрешность). С помощью этого параметра можно установить возможные отличия данных прибора от действующего напряжения в сети.

Вольтметры и их классификация.

Классификация вольтметров зависит от их конструкции, области применения, других параметров. Вольтметры подразделяются по следующим принципам:

1.По принципу действия — вольтметры делят на электромеханические (магнитоэлектрические и электромагнитные и на электронные, например, цифровые, аналоговые.

2.По прямому назначению — например, импульсные, с учетом постоянного, переменного тока и прочие.

3.По способу применения — изначально встроенные (щитовые) и переносные.

Вольтметры электромеханического типа.

Большая чувствительность, а значит и точность имеется у магнитоэлектрических вольтметров. Данные приборы используются чаще в лабораториях. Самыми распространенными вольтметрами являются электромагнитные.

Они недорогие, а их эксплуатация не вызовет затруднений. Хотя есть у них и недостатки — достаточно высокое энергопотребление, примерно 5-7 Вт, а также высокая индуктивность обмоток. Поэтому частота переменного напряжения ведет к существенному влиянию на показания вольтметра. Приборы данного вида оборудуются в распределительных щитках электростанций и производственных помещений, объектов.

Вольтметры электронного типа.

Электронные вольтметры подразделяют на аналоговые и цифровые. В аналоговых приборах есть шкала и стрелка, которая показывает величину напряжения, отдаляясь от нуля. Такие приборы работают следующим образом: входное переменное напряжение переводится в постоянное, увеличивается и направляется на детектор. После этого выходной сигнал и приводит к отклонению стрелки. Чем сильнее отклоняется стрелка, тем сильнее входное напряжение.

При измерении напряжения аналоговыми вольтметрами важно соблюдать полярность подключения прибора. При отрицательном напряжении стрелка будет двигаться в левую сторону от нуля, при положительном — в правую. Если шкала вашего вольтметра не имеет возможности отклонения стрелки в двух направлениях, тогда необходимо красным щупом коснуться точки, которую касалась до этого белым щупом- для измерения отрицательного напряжения. Либо наоборот (цвета щупов могут быть различными).

В цифровых вольтметрах показания о значении напряжения выносятся на электронное табло.

Благодаря схеме универсальных вольтметров можно определять и постоянное и переменное напряжение, в зависимости от установленных переключателей режимов работы и их положения.

Вольтметры цифрового типа.

Измерения цифровыми вольтметрами будут точнее, чем аналоговыми. Измерение осуществляется путем превращения аналогового входного напряжения в цифровой код, который направится на цифровое отсчетное устройство, а затем трансформирует полученный двоичный код в десятичную цифру, которая появится на табло.

Корректность измерения напряжения обусловлена дискретностью входящего в состав прибора аналого-цифрового преобразователя.

Установление типа вольтметра по названию.

Чтобы узнать тип вольтметра, не нужна его техническая документация. Так, в первой букве названия вольтметра содержится информация о типе прибора и принципе его работы. Первая буква «Д» в названии — значит, электродинамический вольтметр; «М» — магнитоэлектрический; «С» — электростатический, «Т» — термоэлектрический; «Ф, Щ» — электронный; «Э» — электромагнитный; «Ц» — вольтметр выпрямительного типа.

Название радиоизмерительных вольтметров начинается с буквы «В». За ней идет цифра, которая обозначает тип прибора, а через тире — две цифры, по которым можно установить модель вольтметра: В2, В3, В4 — приборы постоянного, переменного или импульсного тока. В5 — фазочувствительные вольтметры, В6 — селективные; В7 — универсальные.

Техника безопасности при использовании вольтметров.

Требования соблюдения техники безопасности являются одинаковыми для всех электрических приборов. Во время измерения напряжения важно правильно поставить на приборе тип измеряемого напряжения. Если неверно установить постоянное напряжение, то при подключении к цепи с имеющимся там переменным напряжением, этот прибор может сломаться. Чтобы не ошибиться, нужно знать следующее.

Постоянное напряжение всегда идет со знаком +27 В или -5 В. Также переменное напряжение может обозначаться знаком волны

220 В. Перед самими измерениями необходимо определить диапазон измерения, это очень важно. Например, если нужно исследовать наличие напряжение +27 В, то нужно установить: постоянное напряжение, пределы измерения больше измеряемого напряжения.

Если показатель напряжения в цепи неизвестен, то установите максимально возможный предел измерения. После потихоньку уменьшайте до появления показаний. Если сделать наоборот, то прибор выйдет из строя вследствие перенапряжения.

Вольтметр-измеряем напряжение. Назначение, принцип работы, типы.

Вольтметр – это прибор, назначение которого измерять электродвижущую силу (ЕДС) на определенном участке электрической цепи, или проще – прибор для измерениянапряжения (разность электрических потенциалов). Этот прибор всегда подключается параллельно элементу питания или нагрузке. Измеренное значение вольтметр показывает в Вольтах.

Если говорить об идеальном вольтметре, то он должен обладать бесконечным внутренним сопротивлением, чтобы точно измерять напряжение и не оказывать побочного воздействия на цепь. Именно поэтому в приборах высокого класса стараются сделать максимально возможным внутреннее сопротивление, от которого зависит точность измерения и помехи, создаваемые вольтметром в электрической цепи.

Рисунок — Формулы измерения напряжения

Если говорить о способе монтажа, то вольтметры подразделяют на три основные группы:

Как становится ясно из названия, стационарные приборы используются там, где необходим постоянный контроль, щитовые – в распределительных щитках и на приборных панелях, а переносные – в компактных приборах, которые можно использовать в любом месте.

Рисунок — Схема подключения вольтметра

Посмотрите видео о подключении вольтметра:

По назначению все вольтметры делятся

Вольтметры переменного тока, как и постоянного используются для измерений в сетях с соответствующим типом тока, а вот селективные – могут отделять гармоническую составляющую сложного сигнала, и определять среднеквадратическое значение напряжения.

Импульсный вольтметр обычно используют для измерений амплитуды постоянных импульсных сигналов, а также они способны точно определить амплитуду одиночного импульса.

Фазочувствительные приборы могут измерять изменения составляющих комплексных напряжений, благодаря чему становится возможным точное исследование амплитудно-фазовой характеристики усилителей, и прочих подобных схем.

По принципу действия различают электронные (цифровые или аналоговые), и электромеханические вольтметры (электромагнитные, термоэлектрические, а также магнитоэлектрические, электродинамические и электростатические).

Все электромеханические приборы, за исключением термоэлектрических, по сути, являются обычным измерительным механизмом с показывающим устройством. Во всех них для расширения пределов измерений применяются дополнительные сопротивления.

Приборы данной категории, не смотря на довольно высокое внутреннее сопротивление, имеют относительно большую погрешность, что делает невозможным их использование в ходе экспериментов и исследований, где требуется повышенная точность данных.

Термоэлектрический вольтметр использует для замеров электродвижущую силу одной или нескольких термопар, которые греются из-за тока входящего сигнала. Они более точны и компактны, в сравнении с электромеханическими измерителями напряжения.

Электронные вольтметры в свою очередь подразделяются на цифровые и аналоговые.

Цифровой вольтметр преобразует постоянное значение напряжения в цифровой сигнал, который и выводится на табло прибора. Делается это при помощи аналого-цифрового преобразователя.

В аналоговых вольтметрах помимо магнитоэлектрического измерителя и дополнительных резисторов в обязательном порядке присутствует измерительный усилитель, позволяющий в несколько раз повысить внутреннее сопротивление прибора, и соответственно – улучшить точность показаний.

Рассмотрим несколько вольтметров разных производителей

1. В3-57 — микровольтметр

Измерительное устройство модели В3-57 — вольтметр-преобразователь среднеквадратич. показаний. Разработан для замеров среднеквадратич. значения напряжений произвольной формы и их линейного преобразован. в напряжение постоян. тока. Шкала прибора промаркирована в среднеквадратич. значениях напряжения и децибелах (от 0 дБ и до 0,775 В). Используется при контроле и наладке разнообразных радиотелетехнических устройств и средств связи, вычислении частотных характеристик широкополосных аппаратов, обследованиях шумовых устойчивых сигналов и т. д.

— Пределы замеров напряжений 10 мкВ — 300 В с граничными зонами: 0,03-0,1-0,3-1-3-10-30-100-300мВ 1-3-10-30-100-300В

— Границы частот 5 Гц — 5 МГц

— Допустимая погрешность, %: ±1 (30-300 мВ), ±1,5 (1-10 мВ), ±2,5 (0,1-0,3 мВ и 1-300 В), ±4 (0,03 мВ)

— Входное сопротивл.5 МОм ±20%

— Входная емкость: 27пФ (0,03-300 мВ) и 12 пФ (1-300 В)

— Напряжение на выходе линейного преобразоват. 1 В

— Сопротивление на выходе линейного преобразоват. 1 кОм ±10%

— Предельный коэфф. амплитуды сигнала 6*(Uk/Ux)

2.Вольтметры переменного напряжения АКИП-2401

— Измерение ср.квадратического значения переменного напряжения

— Диапазон частот: 5 Гц…5 МГц

— Диапазон измерения напряжения: 50 мкВ…300 В (6 пределов)

— Два измерительных ВЧ входа: Кан1 / Кан2

— Максимальное разрешение: 0,0001 мВ

— Отображение уровня входного сигнала в дБн, дБм, Uпик

— Автоматический или ручной выбор пределов измерений, удержание результата (Hold)

3. Вольтметр В7-40/1

Высококачественный цифровой универсальный прибор, предназначенный для измерения постоянного и переменного напряжений, силы токов и сопротивления постоянному току. вольтметр В7-40/1 применяется при производстве радиоаппаратуры и электрорадиоэлементов, при научных и экспериментальных исследованиях, в лабораторных и цеховых условиях. Встроенный в вольтметр В7-40/1 интерфейс IEEE 488 позволяет успешно использовать его в составе автоматизированных информационно — измерительных систем.

Вольтметр В7-40/1 соответствует жестким условия эксплуатации.

— Точность измерения по постоянному току вольтметра В7-40/1 — 0,05 %

— Максимальная разрешающая способность В7-40/1 — 1 мкВ; 10 мкА; 1 мОм

Стрелочный вольтметр на любое напряжение своими руками

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

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.

Прибор для измерения нескольких пределов

Кто не раз сталкивался с транзисторными конструкциями и схемами знает, что очень часто вольтметром приходится замерять цепи с напряжением от десятков долей одного вольта до сотен вольт. Простой приборчик, изготовленный своими руками, с одним резистором это не осилит, поэтому в схему придется подключить несколько элементов с разным сопротивлением. Чтобы вы поняли, о чем идет речь, предлагаем ознакомиться со схемой, расположенной снизу:

На ней показано, что в схеме установлено четыре резистора, каждый из которых отвечает за свой диапазон измерений:

1. От 0 вольт до единицы.
2. От 0 вольт до 10В.
3. От 0 В до 100 вольт.
4. От 0 до 1000 В.

Номинал каждого резистора поддается подсчету, который проводится на основе закона Ома. Здесь используется следующая формула:

• Rп – это сопротивление измерительного блока, возьмем, к примеру. 500 Ом;
• Uп – это максимальное напряжение измеряемого предела;
• Iи – это сила тока, при которой стрелка отклоняется до конца шкалы, в нашем случае – 0,0005 ампер.

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.

Суть вольтметра

В некоторых случаях применение обычного вольтметра с линейной шкалой может быть не очень удобным. Например для контроля напряжения заряда-разряда автомобильного или другого подобного аккумулятора более удобен вольтметр со шкалой не от нуля а, скажем, от значения 10 вольт. Так как до более низких значений такие аккумуляторы обычно не разряжаются, а если разряжаются, то это говорит лишь об их неправильной эксплуатации, вероятной неработоспособности и значительной потере ёмкости.

Таким образом, вольтметр с растянутой шкалой дает возможность отслеживать значения именно в рабочем диапазоне напряжений (например 10 … 15 вольт). И даже незначительные отклонения значений при этом хорошо видны, отображаются более наглядно.

В качестве стрелочного индикатора (измерительной головки) можно применить любой подходящий по размеру, например от старого тестера (вольтметра, амперметра, омметра и др.) или даже малогабаритные стрелочные индикатора уровня записи/воспроизведения от звуковой радиоэлектронной аппаратуры. При этом потребуется лишь рассчитать параметры номиналов используемых в схеме деталей и откалибровать шкалу индикатора под новые значения. Как это сделать и рассказываем ниже.

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

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

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

Ретротехника, самоделки и борьба с идиотизмом

Я пока не знаю, в какой именно моддинг-проект пойдёт эта измерительная головка, поэтому решил написать про неё отдельный пост. Информацию выкладываю по горячим следам в прямом и переносном смысле: удачная технология была найдена только вчера.

Итак, у меня в хозяйстве имелся старый стрелочный прибор серии М24, отградуированный как милливольтметр/миллиамперметр. С функциональной точки зрения он был исправен, но вот шкала явно знавала лучшие дни, так что для моих целей он уже не годился.

Раньше, когда меня спрашивали, почему я в своих модах не меняю шкалы приборов, размеченные в каких-то посторонних величинах, я отвечал, что не хочу портить оригинальные старые вещи. И это было правдой, но лишь наполовину: дело в том, что даже если бы я захотел поменять какую-нибудь шкалу на новую, я бы не знал, как это сделать качественно.

Первую попытку приспособить этот прибор для использования в паре с компьютером я предпринял несколько лет назад, когда на основе скана оригинальной шкалы нарисовал свою и напечатал её на старой бумаге.

Шкала, откровенно говоря, вышла из рук вон плохо. Выглядела она некрасиво, жёлтый цвет бумаги не сочетался с другими деталями, а цена деления в нижней её части вообще получилась дробной.

Поэтому этот прибор я нигде не использовал и надолго убрал в ящик. Но недавно я его оттуда извлёк и решил на этот раз сделать всё как следует. Первым делом я подключил его к источнику напряжения и точно отградуировал, поставив карандашные отметки от 0 до 100 (одну из шкал было решено разметить в процентах, чтобы использовать её для отображения самых разных величин).

Затем я снял временную шкалу и отсканировал её.

Мне хотелось, чтобы новая шкала выглядела красиво и аутентично. Поэтому я покопался в ящике со старыми стрелочными головками и нашёл одну, которая понравилась мне больше всего.

При помощи различных инструментов Фотошопа я по максимуму убрал родной фон и наложил полученное изображение поверх скана с карандашными отметками. По счастливому совпадению, оказалось достаточно лишь немного отмасштабировать новую шкалу, чтобы она идеально совпала с нарисованной. Видимо, приборы имеют однотипные механизмы с нелинейной зависимостью угла отклонения от напряжения — внимательно посмотрев на шкалу, можно заметить, что промежуток от 0 до 1 заметно больше промежутка от 9 до 10.

На следующей картинке видна промежуточная стадия работ: части цифр ещё нет, отдельные участки не перерисованы, виден неубранный «мусор».

Чтобы прибор в итоге выглядел как можно более похожим на настоящий, я не использовал символы из новых шрифтов, а только копировал оригинальные. Если приходилось дважды использовать одну и ту же цифру, я специально немного деформировал её, чтобы не было идеальной цифровой копийности. Такой вот педантизм, возможно, не очень здоровый :-). Мусор пришлось убирать вручную, потому что я не знаю автоматического механизма очистки, который убрал бы пыль, не замылив при этом контуры.

В итоге получилось так:

Первая шкала отображает проценты, вторая — температуру (отградуирована по даташиту термодатчика, который не гарантирует точности показаний ниже ноля), а третья — частоту процессора в мегагерцах. Ностальгическую величину «ИМП / МИН» я оставил, потому что она, что называется, в тему. Из-за постепенного уплотнения делений риски на температурной шкале получились очень мелкими, но этим было решено пренебречь. В самом конце я добавил контур металлической подложки, чтобы шкалу было легко вырезать и приложить по месту.

Надписи с оригинальной шкалы получилось удалить при помощи обычного мыла. Если мыло не поможет, можно попробовать спирт, ацетон, растворитель 646, уксусную кислоту или перекись водорода — в моей практике ещё не было случая, чтобы этот «коктейль» не сработал.

Но это всё была лишь прелюдия, настоящее колдовство ещё впереди. Печать новой шкалы на бумаге я даже не рассматривал, а вместо этого стал думать о том, как бы нанести надписи прямо на оригинальную алюминиевую пластинку. Самым простым, конечно, было бы загрузить её в струйный принтер, переделанный для печати на твёрдых поверхностях (некоторые крутые радиолюбители делают такие для изготовления печатных плат), но это вариант пришлось отмести в силу отсутствия подходящего принтера. Ещё я вспомнил о такой вещи, как металлопечать, но для неё тоже нужно специальное оборудование, а мне хотелось найти метод, который я мог бы использовать дома.

Поэтому было решено освоить другую технологию из арсенала радиолюбителей — ЛУТ («лазерно-утюжную»). Она столько раз описана в интернете, что повторяться не вижу смысла. Если коротко — рисунок при помощи лазерного принтера печатается на какой-нибудь гладкой бумаге в зеркальном отражении, после чего при помощи нагрева переносится на нужную поверхность. Этим способом создают дорожки на печатных платах, но в моём случае последняя технологическая стадия — травление — была не нужна.

Раньше я ЛУТ не применял, поэтому для начала решил потренироваться на кошках. Прочитав множество рекомендаций, я выбрал два промежуточных носителя — полуглянцевые журнальные страницы и фотобумагу неизвестного происхождения.

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.

Способы подключения и особенности цифровых вольтметров

Принято выделять два варианта подключения прибора:

• Параллельный. Вольтметр подсоединятся параллельно электроцепи.
• Непосредственное подключение вольтметра к источнику электрической энергии.

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

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

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

Виды цифровых вольтметров

Как видно на фото вольтметров, их классифицируют следующим образом:

Приборы постоянного тока:

• Выпрямительные устройства.
• Квадратичные устройства

Приборы переменного тока.

Кроме того, отдельно выделяют вольтметры импульсного типа, предназначенные для измерения радиоимпульсных сигналов. Их характерная особенность – возможность работы не только с постоянным, но и с переменным током.

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

Как нарисовать шкалу на стрелочном индикаторе

Здравствуйте уважаемые читатели. В этой статье хочу рассказать о том, как нарисовать нужную нам шкалу для своих измерительных приборов.
Я буду рисовать шкалу, что по научному означает – отградуировать, для своего миллиомметра, о котором писал раньше. Прочитать статью можно здесь. И так у нас есть головка, найденная невесть, где и когда, давно у меня валялась. Аккуратно разбираем ее, но пока не открутили шкалу, сразу замеряем радиус дуги, где находятся деления.

См. Фото 1. Меряем осторожно, не повредив поворотной системы измерительной головки, и запоминаем его величину. Если у вас, как и у меня, на пластинке основной шкалы есть еще и бумажная, то ее надо осторожно снять в горячей воде. Вот, что получилось, смотрим фото 2. На фото 3 показана свеженарисованная новая шкала.

Итак, открываем программу FrontDesigner_3.0, если ее у вас нет, скачиваем ее и устанавливаем.

После открытия программы перед вами появится примерно вот такое окно (скрин 1).

Щелкаем правой мышкой по активному полю 1, выбираем – «свойства». Устанавливаем размер листа, на котором будем рисовать шкалу в соответствии с ее размерами. Здесь же можно выбрать цвет листа, я выбрал белый.

Далее жмем на кнопку 2 — «Шкала» и перед нами откроется скрин 2, окно можно развернуть на весь экран.

У меня при наведении курсора на активное поле, последний принимает вид лупы с названием «Увеличивалка», если в это время нажать на левую или правую мышь, то изображение убежит и придется рисовать все сначала. Так, что примите это к сведению. Возможно это глюк только моей проги, но я уже привык.Нажимаем на кнопку 1 и в выпадающем списке выбираем «Круговая линейная шкала».

Затем жмем «параметры» (см. скрин 3)и начинаем заполнять необходимые поля. 1 – выбираем угол, на который отклоняется стрелка, как так у всех измерительных головок он равен примерно 90°, то это значение и выставляем.

Далее устанавливаем значение радиуса, которое мы измеряли и запоминали. «Линия» — ставим «да», в этом случае на рисунке будет видна дуга, на которой находятся деления. «Цент окружности» -можно тоже поставить «да» для удобства. «1.Деления.Сегменты» — Количество больших делений, у меня их десять. «Деления.Длина мм» — так как у меня шкала большая, ставлю 7мм. «Деления» — ставим «Да» — разрешаем себе нарисовать деления между большими делениями. Далее, как с большими – задаем количество маленьких делений между двумя большими — 10, ставим высоту маленьких делений – 5мм. «Поворот» нам не нужен – ставим «0». «Надписи» — ставим «Да» — это циферки над делениями. «Выс. т – та мм » — высота циферок. «Зазор» — ставлю 3мм – это расстояние между большими делениями и надписями. «Угол текст» — 0. Дальше см. по скрину. В итоге получаем шкалу, которую видите, но без надписей. Жмем на кнопку 2 – «Надписи» и смотрим на скрин 4.

Здесь все понятно, напротив номера каждого большого сегменты вписываем то, что нам надо. Далее нажимаем на зеленую галочку – «Добавить шкалу на макет», открывается опять главное окно программы, но уже с нашей шкалой – скрин 5.

Мой миллиомметр имеет два предела измерения, поэтому хотелось бы и его вывести на данную шкалу. Для этого снова нажимаем на значок «Шкала» и рисуем еще одну шкалу для другого предела (см. скрин 6).

Особенность этой шкалы состоит в том, что деления располагаются с другой стороны дуги. Это достигается тем, что перед числовым значением высоты деления ставится знак минус. И я поставил «нет» для маленьких делений. Далее жмем на зеленую галочку и уже в главном окне совмещаем две шкалы. Для облегчения дальнейшей работы включаем масштабную сетку, нажав на соответствующую кнопку – 1. После этого в соответствии с размерами нашей шкалы – фото2, чертим прямоугольник. По сторонам этого прямоугольника мы потом отрежем нужную нам часть. Теперь можно вставить нужный нам текст или значок, в этом уж сами разберетесь. Получаем скрин 7.

Далее жмем на значок принтера и печатаем шкалу. Я печатаю в основном на матовой фотобумаге для принтеров. Теперь о склейке. Сперва вырезаем по линиям прямоугольника заготовку шкалы. Затем обезжириваем алюминиевую шкалу (фото2). Наносим на обе заготовки клей ПВА. Даем чуть подсохнуть, аккуратно совмещаем обе заготовки и через фторопластовую пленку проглаживаем утюгом, имеющим температуру градусов 60С. Потом напильником (я обычно пользуюсь все время круглым, мелким) срезаем ненужную бумагу. Шилом протыкаем отверстия для крепления шкалы, собираем прибор в обратном порядке. ВСЕ. Смотрим фото 4. Ура! Чистая победа.

Да, еще чуть-чуть. Если предполагается, что прибор будет работать не только дома, но и на улице, то бумажную шкалу обязательно надо защитить слоем бесцветного лака. Я для этих целей всегда использую автомобильный бесцветный импортный лак в аэрозольной упаковке – «Body Acrylic». Успехов всем, до свидания. К.В.Ю.

Виды шкал средств измерений

Двусторонняя шкала — шкала с нулевой отметкой, расположенной между начальной и конечной отметками.

Различают симметричные (начальная и конечная отметки соответствуют одинаковым значениям измеряемой величины) и несимметричные двусторонние шкалы (начальной и конечной отметкам соответствуют разные значения).

Рис. 8 Неравномерная шкала омметра

Начальное значение шкалы — наименьшее значение измеряемой величины, которое может быть отсчитано по шкале средства измерений. Во многих случаях шкала начинается с нулевой отметки, однако могут быть и другие значения — например, у медицинского термометра это 34,3 °C.

Конечное значение шкалы — наибольшее значение измеряемой величины, которое может быть отсчитано по шкале средства измерений.

Характер шкалы — функциональная зависимость a = f(x) между линейным (или угловым) расстоянием a какой-либо отметки от начальной отметки шкалы, выраженным в долях всей длины шкалы, и значением x измеряемой величины, соответствующим этой отметке:

Равномерная шкала — шкала, отметки на которой нанесены равномерно.

Неравномерная шкала — шкала, отметки на которой нанесены неравномерно.

Стрелочные измерительные приборы: вольтметры, амперметры, омметры и т. д., обладают шкалами. Иногда шкала у прибора всего одна, а иногда их несколько, при этом индикатором измерений служит всего одна стрелка.

Отметим, что шкалы эти бывают разными. Во-первых, более распространенными являются именованные шкалы, то есть шкалы, на которых деления проградуированы соответствующими единицами измеряемых величин, это градуированные шкалы.

Рис. 10 Многофункциональный прибор, Тестер

Во-вторых, встречаются условные шкалы. Если прибор имеет несколько переключаемых пределов измерений, то шкала будет, как правило, условной, и одни и те же деления будут иметь разные значения в каждом из установленных пользователем пределов.

Для того, чтобы по условной шкале прибора определить точно значение измеряемой в данный момент величины, необходимо, зная цену деления, количество делений до того места, куда отклонилась, и где остановилась в данный момент стрелка, умножить на цену деления.

Если цена деления не ясна, то ее можно легко найти, для этого берется разность между двумя известными значениями на шкале, и делится на количество делений между этими значениями. Например, известно, что красная шкала имеет ширину 10 вольт, а количество делений 50, значит цена деления для красной шкалы составляет 200 мВ.

Если на шкале есть отметка ноль, то шкала называется нулевой. Если нуля нет, то шкала называется безнулевой. Что касается нулевых шкал, то они, в свою очередь, подразделяются на односторонние и двухсторонние. На фото выше можно видеть сразу семь нулевых шкал.

Рис. 11 Вольтметр

У односторонних ноль размещен в самом начале шкалы (как на рисунке, головка вольтметра с односторонней шкалой), а у двухсторонних — по центру или между конечной и начальной отметками. Так, в зависимости от расположения нуля, двухсторонние шкалы подразделяются на несимметричные и симметричные.

Рис. 12 Миллиамперметр

Симметричная шкала ноль имеет по центру, несимметричная — не по центру шкалы. Если шкала безнулевая, то крайние отметки обозначают верхний и нижний пределы измерений. На фото выше изображен миллиамперметр с симметричной двухсторонней шкалой, цена деления составляет 50 мкА, поскольку 0,5 мА / 10 = 0,05 мА или 50 мкА.

В зависимости от характера связи угловых и линейных расстояний между двумя соседними делениями шкалы с измеряемыми величинами, шкалы бывают неравномерными, равномерными, логарифмическими, степенными и т. д. Для более точных измерений предпочтительней равномерные шкалы.

Когда отношение ширины самого широкого деления к самому узкому не более 1,3 при неизменной цене деления, шкалу уже можно считать равномерной.

Рис. 13 Многофункциональный прибор, Тестер

На лицевой стороне измерительного прибора, недалеко от шкалы, как правило, размещены необходимые маркировки: единица величины измерения, ГОСТ, класс точности прибора, число фаз и род тока, категория защищенности данного измерительного прибора от внешних электрических и магнитных полей, условия эксплуатации, рабочее положение, предельное напряжение прочности изоляции измерительных цепей (на фото — в звездочке «2», значит 2 кВ), номинальная частота тока, если отличается от промышленных 50 Гц, например 500 Гц, положение относительно Земли, тип, система прибора, год выпуска, заводской номер, и прочие важные параметры.

Цена деления шкалы микроамперметра А₁ .

Микроамперметр А₁ измеряет силу тока до 50 мкА. Шкала прибора содержит 5 больших делений, каждое из которых разделено еще на 10 делений.

Таким образом, цена большого деления шкалы микроамперметра равна 50мкА/5 = 10мкА, цена наименьшего деления микроамперметра равна 50мкА/50 = 1мкА.

Для того чтобы определить показание микроамперметра необходимо умножить цену деления на количество делений шкалы, соответствующих отклонению стрелки прибора.

Пример 1.Отклонение стрелки соответствует 2 большим или 20 маленьким делениям. Показание микроамперметра равно 10мкА * 2 = 20 мкА или 1мкА * 20 = 20 мкА.

Шкала измерительного прибора, цена деления шкалы

Стрелочные измерительные приборы: вольтметры, амперметры, омметры и т. д., — обладают шкалами.

Шкала — плоская или цилиндрическая поверхность, относительно которой движется стрелка, на которой нанесены деления.

Это часть измерительного прибора (с аналоговой индикацией), предназначенная для считывания измеряемых величин, чаще всего числовых. Для устройств с цифровым дисплеем шкалу заменяет окно с цифрами. Подобные шкалы также используются для установки выбранных значений.

В переносном смысле под шкалой понимается упорядоченный набор вариантов значений, вариантов и т. д.

Иногда шкала у прибора всего одна, а иногда их несколько, при этом индикатором измерений служит всего одна стрелка.

Шкала состоит из делений или линий, каждая десятая (пятая и т. д.) отмечена значением.

Шкала может располагаться по прямой линии (например, у спиртового термометра), либо отрезком окружности. Многодиапазонные инструменты также обычно имеют несколько шкал.

Частный случай круглой шкалы с 12 или 60 частями — это циферблат.

По способу измерения шкала может располагаться линейно, прямоугольно, логарифмически и т. д. в зависимости от того, прямо пропорционально ли отклонение стрелки от нулевого положения измеряемой величине, ее квадрату, логарифму и т. д.

Давайте же разберемся, что это за шкалы, и как ими пользоваться.

Для начала отметим, что шкалы эти бывают разными. Во-первых, более распространенными являются именованные шкалы, то есть шкалы, на которых деления проградуированы соответствующими единицами измеряемых величин, это градуированные шкалы.

Во-вторых, встречаются условные шкалы. Если прибор имеет несколько переключаемых пределов измерений, то шкала будет наверняка условной, и одни и те же деления будут иметь разные значения в каждом из установленных пользователем пределов.

Для того, чтобы по условной шкале прибора определить точно значение измеряемой в данный момент величины, необходимо, зная цену деления, количество делений до того места, куда отклонилась, и где остановилась в данный момент стрелка, умножить на цену деления.

Если цена деления не ясна, то ее можно легко найти, для этого берется разность между двумя известными значениями на шкале, и делится на количество делений между этими значениями. Например, известно, что красная шкала имеет ширину 10 вольт, а количество делений 50, значит цена деления для красной шкалы составляет 200 мВ.

Если на шкале есть отметка ноль, то шкала называется нулевой. Если нуля нет, то шкала называется безнулевой. Что касается нулевых шкал, то они, в свою очередь, подразделяются на односторонние и двухсторонние. На фото выше можно видеть сразу семь нулевых шкал.

У односторонних ноль размещен в самом начале шкалы (как на рисунке, головка вольтметра с односторонней шкалой), а у двухсторонних — по центру или между конечной и начальной отметками. Так, в зависимости от расположения нуля, двухсторонние шкалы подразделяются на несимметричные и симметричные.

Симметричная шкала ноль имеет по центру, несимметричная — не по центру шкалы. Если шкала безнулевая, то крайние отметки обозначают верхний и нижний пределы измерений. На фото выше изображен миллиамперметр с симметричной двухсторонней шкалой, цена деления составляет 50 мкА, поскольку 0,5 мА / 10 = 0,05 мА или 50 мкА.

В зависимости от характера связи угловых и линейных расстояний между двумя соседними делениями шкалы с измеряемыми величинами, шкалы бывают неравномерными, равномерными, логарифмическими, степенными и т. д. Для более точных измерений предпочтительней равномерные шкалы.

Когда отношение ширины самого широкого деления к самому узкому не более 1,3 при неизменной цене деления, шкалу уже можно считать равномерной.

На лицевой стороне измерительного прибора, недалеко от шкалы, как правило, размещены необходимые маркировки: единица величины измерения, ГОСТ, класс точности прибора, число фаз и род тока, категория защищенности данного измерительного прибора от внешних электрических и магнитных полей, условия эксплуатации, рабочее положение, предельное напряжение прочности изоляции измерительных цепей (на фото — в звездочке «2», значит 2 кВ), номинальная частота тока, если отличается от промышленных 50 Гц, например 500 Гц, положение относительно Земли, тип, система прибора, год выпуска, заводской номер, и прочие важные параметры.

В этой таблице приведены расшифровки основных обозначений, которые можно встретить на шкалах:

Шкалы высокого качества обычно были металлическими и гравированными или выгравированными на металле или стекле, при массовом производстве отметки шкалы штампуются или даже печатаются.

Надеемся, что эта краткая статья поможет вам научиться правильно проводить измерения при помощи стрелочных измерительных приборов.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Стрелочный вольтметр

И хоть мы уже давно привыкли к цифровым вольтметрам, в природе всё ещё встречаются и стрелочные.

В некоторых случаях их применение может быть более удобным и практичным, чем использование современных цифровых.

Если в ваши руки попал стрелочный вольтметр, то желательно узнать его основные характеристики. Их легко определить по шкале и надписях на ней. В мои руки попал встраиваемый вольтметр М42300.

Внизу, под шкалой, как правило, есть несколько значков и указана модель прибора. Так, значок в виде подковы (или изогнутого магнита) означает, что это прибор магнитоэлектрической системы с подвижной рамкой.

На следующем снимке можно разглядеть такую подковку.

Горизонтальная чёрточка указывает на то, что данный измерительный прибор рассчитан на работу с постоянным током (напряжением).

Тут же стоит уточнить, почему речь идёт о постоянном токе. Не секрет, что стрелочными бывают не только вольтметры, но и огромное количество других измерительных приборов, например, тот же аналоговый амперметр или омметр.

Действие любого стрелочного прибора основано на отклонении катушки в поле магнита при прохождении постоянного тока по этой самой катушке. Чтобы отобразить с помощью стрелки показания на шкале прибора, ток должен быть постоянным.

Если он будет переменным, то стрелка будет отклоняться вправо-влево с частотой переменного тока, который протекает через обмотку катушки. Чтобы измерить величину переменного тока или напряжения в измерительный прибор встраивают выпрямитель.

Именно поэтому, под шкалой прибора указывается тип тока, с которым он способен работать: постоянным или переменным.

Далее на шкале прибора можно обнаружить целое или дробное число, вроде 1,5; 1,0 и подобное. Это класс точности прибора, выраженный в процентах %. Понятно, чем меньше число, тем лучше – показания будут точнее.

Также можно увидеть такой знак – две пересекающиеся черты под прямым углом. Этот знак указывает на то, что рабочее положение прибора вертикальное.

При горизонтальном положении показания могут быть менее точные. Иными словами прибор может "врать". Стрелочный вольтметр с таким значком лучше устанавливать в прибор вертикально и исключить существенный наклон.

А вот такой знак говорит о том, что рабочее положение прибора – горизонтальное.

Ещё один интересный знак – пятиконечная звезда с цифрой внутри.

Данный знак предупреждает о том, что между корпусом прибора и его магнитоэлектрической системой напряжение не должно превышать 2кВ (2000 вольт). На это стоит обращать внимание при эксплуатации вольтметра в высоковольтных установках. Если вы планируете использовать его в блоке питания на 12 – 50 вольт, то беспокоиться не стоит.

Как считывать показания со шкалы стрелочного вольтметра?

Для тех, кто впервые видит шкалу прибора, возникает вполне резонный вопрос: "А как же считывать показания?" На первый взгляд ничего непонятно .

На самом деле всё просто. Чтобы определить минимальное деление шкалы нужно определить ближайшее число (цифру) на шкале. Как видим на шкале нашего М42300 – это 2.

Далее считаем количество промежутков между чёрточками до первого числа или цифры – в нашем случае до 2. Их оказывается 10. Далее делим 2 на 10, получаем 0,2. То есть, расстояние от одной маленькой чёрточки до соседней, равно – 0,2 вольта.

Вот мы и нашли минимальное деление шкалы. Таким образом, если стрелка прибора отклонится на 2 маленьких деления, то это будет означать, что напряжение равно 0,4V (2 * 0,2V = 0,4V).

В наличии уже знакомый нам встраиваемый вольтметр модели М42300. Прибор предназначен для измерения постоянного напряжения до 10 вольт. Шаг измерения — 0,2 вольта.

Прикручиваем к клеммам вольтметра два провода (соблюдаем полярность!), и подключаем севшую батарейку на 1,5 вольта или любую попавшуюся.

Вот такие показания я увидел на шкале прибора. Как видим, напряжение батарейки равно 1 вольту (5 делений * 0,2V = 1V). Пока фотографировал, стрелка вольтметра упорно двигалась к началу шкалы — батарейка отдавала последние "соки".

Кроме этого мне стало интересно, какой ток потребляет сам стрелочный вольтметр. Поэтому вместо батарейки я подключил блок питания и выставил на выходе 10 вольт — чтобы стрелка прибора отклонилась на всю шкалу. Далее я подключил в разрыв цепи цифровой мультиметр и измерил ток.

Оказалось, ток, потребляемый стрелочным вольтметром, составил всего 1 миллиампер (1 мА). Его достаточно, чтобы стрелка отклонилась на всю шкалу. Это очень мало. Поясню свой намёк.

Получается, что стрелочный вольтметр экономичнее цифрового. Посудите сами, любой цифровой измерительный прибор имеет дисплей (ЖК или светодиодный), контроллер, а также буферные элементы для управления дисплеем. И это только часть его схемы. Всё это потребляет ток, садит батарею или аккумулятор. И если в случае вольтметра с жидкокристаллическим дисплеем потребляемый ток невелик, то при наличии активного светодиодного индикатора, потребляемый ток будет уже существенный.

Вот и получается, что для портативных приборов с автономным питанием иногда разумнее использовать классический стрелочный вольтметр.

При подключении вольтметра к цепи следует помнить о нескольких простых правилах.

Во-первых, вольтметр (любой, хоть цифровой, хоть стрелочный) необходимо подключать параллельно той цепи или элементу, напряжение на котором планируется измерять или контролировать.

Во-вторых, следует учитывать рабочий диапазон измерений. Узнать его легко – достаточно взглянуть на шкалу и определить последнее число на шкале. Это и будет граничное напряжение для измерения данным вольтметром. Естественно, есть и универсальные вольтметры, с выбором предела измерения, но сейчас речь идёт о встраиваемом стрелочном вольтметре с одним пределом измерения.

Если подключить вольтметр, например, со шкалой измерения до 100 вольт, в цепь, где напряжение превышает эти 100 вольт, то стрелка прибора будет уходить за пределы шкалы, «зашкаливать». Такое положение дел рано или поздно приведёт к порче магнитоэлектрической системы.

В-третьих, при подключении стоит соблюдать полярность, если вольтметр рассчитан на измерение постоянного напряжения. Как правило, на клеммах (или хотя бы у одной) указывается полярность – плюс "+" или минус "-" . При подключении вольтметров, рассчитанных на измерение переменного напряжения, полярность подключения не имеет значения.

Надеюсь, теперь вам будет проще определить основные характеристики стрелочного вольтметра, а самое главное, применить его в своих самоделках, например, встроив его в блок питания с регулируемым выходным напряжением . А если сделать светодиодную подсветку его шкалы, то он будет выглядеть вообще шикарно! Согласитесь, такой стрелочный вольтметр будет смотреться стильно и эффектно.

Voltmeter

1. Изучить принцип действия, устройство и основные метрологические характеристики электронных вольтметров с преобразователями амплитудного (пикового), среднеквадратического и средневыпрямленного значений напряжения.

2. Изучить особенности измерения напряжения сигналов различной формы.

3. Получить практические навыки работы с измерительными приборами.

Вольтметр переменного напряжения типа В7-15 (или ВУ-15) с амплитудным (пиковым) детектором.

Вольтметр переменного напряжения типа В7-27/А/1 (или В7-16) с преобразователем средневыпрямленного значения.

Вольтметр среднеквадратического значения (измеритель нелинейных искажений типа С6-11 в режиме измерения напряжения).

Вспомогательные приборы и принадлежности

Генератор измерительных сигналов (синусоидальной формы) низкочастотный Г3-109.

Генератор измерительных сигналов (синусоидальной формы) высокочастотный Г4-158.

Генератор прямоугольных импульсов с изменяемым коэффициентом заполнения (вспомогательный генератор).

Электронно-лучевой осциллограф С1-67.

Эталонный резистор с номиналом (1,00 ± 0,05) МОм.

1. Исследовать влияние формы сигнала на показания электронных вольтметров с различными типами преобразователей.

2. Оценить входное сопротивление вольтметра В7-27/А/1 (или В7-16)

2. Исследование вольметров переменного напряжения

и его влияние на погрешность измерения напряжения.

3. Исследовать влияние параметров входной цепи вольтметра и соединительных проводов на частотный диапазон измерения напряжения с использованием одного из исследуемых вольтметров

– самого широкополосного В7-15 (или ВУ-15).

Указание. Количественные характеристики (параметры) переменного периодического напряжения u ( t ) описываются следующими функционалами:

1. Среднее значение (постоянная составляющая) напряжения

где T — интервал интегрирования. Численное значение Т в вольтметрах имеет порядок (0,2,…,1) с. При расчетах среднего значения и других характеристик периодического сигнала в качестве интервала Т удобно взять период сигнала.

2. Максимальное и минимальное значения напряжения

, Uмин = min

Размах U p = U макс — U мин .

Пиковое отклонение “вверх” напряжения

U вв = U макс — U ср .

Пиковое отклонение “вниз” напряжения

3. Среднеквадратическое (действующее) значение напряжения

2. Исследование вольметров переменного напряжения

4. Средневыпрямленное значение напряжения

В электронных вольтметрах переменного напряжения используют три типа преобразователей:

— преобразователь амплитудного (пикового) значения, выходное напряжение которого пропорционально максимальному значению напряжения измеряемого сигнала U m (пиковому отклонению напряжения “вверх”, если

анод диода подключен к входу преобразователя или пиковому отклонению напряжения “вниз” — при обратном подключении диода);

— преобразователь среднеквадратического значения (на основе термоэлектрических, диодных, транзисторных или оптронных преобразователей), выходное напряжение которого пропорционально среднеквадратическому (действующему) значению измеренного напряжения

— преобразователь средневыпрямленного значения, выходное напряжение которого пропорционально среднему значению выпрямленного напряжения U св (среднему значению модуля напряжения).

Если у вольтметра закрытый вход, т.е. постоянная составляющая U ср

измеряемого напряжения не проходит на преобразователь, то его показания определяются только переменной составляющей сигнала.

Шкалы электронных вольтметров переменного тока (кроме импульсных) градуируют в среднеквадратических значениях напряжения сигнала синусоидальной формы. Импульсные вольтметры градуируют в амплитудных значениях синусоидального сигнала.

С учетом указанных особенностей показания вольтметров U шк определяются формулами, приведенными в табл. 2.1.

Среднеквадратическое U ск , (пиковое отклонение “вверх”) U m и средневыпрямленное значения U св связаны между собой так называемыми коэффициентами амплитуды К А и формы К Ф следующим образом:

U m = K A · U ск ; U ск = K Ф · U св ; U m = K A · K Ф · U св .

2. Исследование вольметров переменного напряжения

Зная результат измерений, то есть значение функционала (табл. 2.1) для используемого типа преобразователя вольтметра, можно найти неизвестные параметры измеряемого напряжения. Но для этого надо правильно — в соответствии с видом функции u(t) , описывающей измеряемый сигнал, выбрать значения коэффициентов K A и K Ф . Численные значения этих

коэффициентов можно вывести с использованием формул (2.2), (2.5) и (2.6).

с преобразователем среднеквадратического значения

с преобразователем средневыпрямленного значения

— исключение из общего правила

иногда некорректно назыв

Порядок выполнения работы и методические указания

1. Ознакомление с характеристиками исследуемых вольтметров

и принципами их работы (домашняя подготовка к работе)

1.1. Изучить по литературе [1,2] и конспекту лекций теоретический материал,

2. Исследование вольметров переменного напряжения

относящийся к данной работе. Изучить описание данной работы и заготовить в рабочей тетради формы табл. 2.1-2.6 с их заголовками.

1.2. Ознакомиться по [3, 4] с метрологическими характеристиками исследуемых вольтметров. Заполнить табл. 2.2.

1.3. Сопоставить эти характеристики. Сделать выводы об области применения исследуемых вольтметров с точки зрения:

формы измеряемого сигнала,

диапазона измеряемых значений напряжений,

диапазона рабочих частот,

входного сопротивления и входной емкости.

Основные метрологические характеристики вольтметров

Пределы измерения, В

Диапозон частот, Гц

Входное сопротивление, Ом

Входная емкость, пФ

1.4. Для самопроверки готовности к выполнению работы сформулировать ответы на следующие вопросы, которые могут быть заданы при допуске и в процессе защиты работы:

1. Количественные характеристики переменного напряжения.

2. Типовые структурные схемы электронных вольтметров.

3. Какая из этих схем обеспечивает высокую чувствительность вольтметра,

2. Исследование вольметров переменного напряжения

а какая – широкий частотный диапазон?

4. Основные типы преобразователей переменного напряжения, применяемые в электронных вольтметрах; их схемы, формулы, описывающие их принцип действия.

5. Правила и процедура градуировки электронных вольтметров переменного напряжения.

6. Зачем нужны вольтметры с различными типами входов — открытым и закрытым?

7. Каким образом обеспечивают “закрытый” вход вольтметра?

8. Формулы, определяющие показания электронных вольтметров.

9. Схема и временные диаграммы сигналов, поясняющие работу пикового преобразователя с закрытым и открытым входами.

10. Источники погрешностей электронных вольтметров.

1.5. По аналогии с приведенным ниже графиком нарисовать в одинаковом масштабе временные диаграммы импульсных сигналов прямоугольной формы без постоянной составляющей при значениях коэффициента заполнения К з = 0,25; 0,5 и 0,75 . Обратите внимание, что размах импульсного

сигнала не изменяется при исключении постоянной составляющей.

Импульсный сигнал с постоянной составляющей

Импульсный сигнал без постоянной составляющей

1.6. Записать в табл. 2.3 расчетные значения показаний вольтметров с закрытым входом при измерении:

2. Исследование вольметров переменного напряжения

составляющей с различным коэффициентом заполнения К з .

Необходимые для расчета формулы приведены в табл. 2.1. Размах сигналов принять равным U p = 4 В.

Результаты расчета значений параметров сигналов различной формы и показаний вольтметров

Расчет показаний U шк вольтметров при измерении напряжения

импульсного сигнала прямоугольной формы без Тип постоянной составляющей с размахом U p = 4 В при

1.7. Показать преподавателю результаты выполнения домашнего задания — заполненные табл. 2.1 и 2.2 и получить допуск к работе.

2. Исследование влияния формы измеряемого напряжения на показания электронных вольтметров

2.1. Включить питание исследуемых вольтметров и вспомогательных приборов, ознакомиться с краткими техническими описаниями и органами управления исследуемых вольтметров. После 15-минутного прогрева проверить установку “0” и калибровку исследуемых вольтметров.

Подключить осциллограф к выходу генератора сигналов синусоидальной формы (рис. 2.1.).

2. Исследование вольметров переменного напряжения

Рис. 2.1. Схема измерения напряжения сигналов различной формы

2.2. Установить частоту сигнала генератора 1 кГц. Переключить регулятор входного делителя осциллографа Вольт/дел в положение 1В/дел , установить ручку Усиление в крайнее правое положение, получить на экране осциллографа изображение измеряемого сигнала в пределах 2 — 4 его периодов и с помощью соответствующей регулировки генератора установить размах синусоидального сигнала, равным 4 В. В дальнейшем при

выполнении п. 2 положение регуляторов не изменять.

2.3. Поочередно подключая исследуемые вольтметры к выходу генератора, записать их показания в соответствующий столбец табл. 2.4.

2.4. Сравнить эти показания. Должны ли эти показания различаться для вольтметров с различными типами преобразователей или они должны быть приблизительно одинаковыми (в пределах погрешностей вольтметров)?

Сделать соответствующий вывод на основе правила градуировки вольтметров переменных напряжений.

2.5 Подать на вход осциллографа с выхода вспомогательного генератора импульсный сигнал прямоугольной формы положительной полярности с переключаемым коэффициентом заполнения (частота следования этих импульсов порядка 1 кГц). Убедиться, что коэффициенты заполнения этого сигнала соответствуют значениям, указанным на переключателе вспомогательного генератора. С помощью соответствующей регулировки генератора установить размах импульсного сигнала, равным 4 В.

2.6. Используя переключатель осциллографа Открытый вход/закрытый вход , разобраться, что происходит с импульсными сигналами положительной полярности с различными значениями коэффициента заполнения после их прохождения через RC-цепочку, обеспечивающую закрытый вход. Сопоставить эти осциллограммы с временными диаграммами, нарисованными по п. 1.5.

Похожие публикации:

1. Не поступает масло на цепь электропилы что делать
2. В многоквартирном доме нет заземления что делать
3. С чего начать ремонт в квартире
4. Как называется квант электромагнитного излучения