Как измерять напряжение?
Тусклый свет от приборов освещения или отказ стиральной машины выполнять свои функциональные обязанности свидетельствует о возможном падении питающего напряжения ниже нормы. В таких случаях необходимо произвести измерение напряжения, что позволит определить его соответствие заданному номиналу электрической сети.
Такая же процедура производится при ремонте электронных приборов, где измеряется падение напряжения на радиодеталях и отдельных участках цепи. Данная процедура выполняется довольно легко, но без понимания физики процесса и особенностей проведения замеров, человек рискует не только повредить дорогостоящее оборудование, но и получить электротравму, поэтому далее мы рассмотрим основные принципы измерения.
Используемые приборы
В каждом доме прибор учета электроэнергии находится в состоянии постоянного измерения переменного напряжения, но крайне редко эти данные где-либо отображаются. Некоторые из них подключаются напрямую, другие через измерительные трансформаторы.
В практических целях для измерения уровня напряжения могут применяться:
- Вольтметры;
- Мультиметры
- Осциллографы.
Вольтметр представляют собой устройство для проверки разности потенциалов. На практике могут встречаться как цифровые, так и аналоговые вольтметры, на которых измеряемое напряжение отображается на дисплее или посредством отклонения стрелки на циферблате соответственно.
Важными параметрами при выборе как электронного, так и стрелочного вольтметра являются единицы измерений (мВ, В, кВ), рабочий диапазон и класс точности. Однако сфера их применения ограничена и применяется, чаще всего, для лабораторных исследований, поскольку в бытовых и производственных нуждах содержать один прибор для измерения одной электрической величины нецелесообразно.
Мультиметр или цифровой тестер является более универсальным прибором, который может работать с несколькими параметрами: электрическим током, сопротивлением, частотой, температурой, напряжением и т.д. Для измерения напряжения мультиметр переключается в режим вольтметра, щупы подключаются к соответствующим разъемам. Конструктивно встречаются и цифровые и аналоговые модели, в некоторых из них можно переключать диапазон измерений, выбирать род тока, в других мультиметрах все эти величины могут подбираться автоматически.
Осциллограф – это довольно сложный прибор для измерения разности потенциалов, так как в нем на цифровом или аналоговом дисплее выводится кривая измеряемой величины. При этом можно растянуть или сократить диапазон частот, чтобы рассмотреть форму импульсных напряжений, длительность импульсов, нарастание и провалы в кривой функции. Поэтому осциллограф для измерения напряжения применяется в электрических цепях и приборах высокой точности, при изготовлении и проверке радиодеталей и т.д. Мало кто держит дома осциллограф из-за высокой стоимости и сложности выполнения операций.
Измерение напряжения в сети
Чтобы правильно выполнить измерение напряжения необходимо четко представлять принцип и объект исследования. Поэтому следует отметить, что напряжение представляет собой такую электрическую величину, которая показывает разность заряда между двумя электрическими точками. К примеру, если в одной точке заряд составит +35 В, а в другой +310 В, то разница между этими точками составит 310 – 35 = 275 В, это и будет напряжение. Соответственно измерение напряжения может производиться только относительно чего-то, поэтому используются сразу две точки.
Рис. 1. Схема измерения напряжения
Если говорить о падении напряжения на каком-либо объекте или участке цепи, то измерение напряжения проводиться относительно концов прибора или цепи, точек подключения и т.д. При этом важно учитывать, что цифровой вольтметр или мультиметр в режиме измерения считается бесконечным сопротивлением или разрывом в цепи.
Падение напряжения возможно только при условии протекания тока, поэтому подключение вольтметров последовательно с измеряемым объектом недопустимо, так как через него перестанет протекать ток. Аналоговый или электронный вольтметр должен подключаться только параллельно по отношению к измеряемому сигналу.
С практической точки зрения следует заметить, что аналоговые модели измерительных приборов имеют входное сопротивление равное 10 – 20 кОм, а современные мультиметры могут похвастаться 1МОм. Так как через сопротивление на входе в измерительное устройство может протекать ток утечки, этот делитель напряжения будет обуславливать снижение точности измерений. Поэтому чем ближе сопротивление на входе к бесконечности, тем более точный прибор вы используете.
Важно отметить, что замеры производятся под напряжением, из-за чего присутствует угроза поражения электротоком. Поэтому важно соблюдать элементарные меры предосторожности. Далее рассмотрим порядок выполнения измерения для постоянного и переменного напряжения.
Постоянного тока
Рис. 2. Измерение напряжения постоянного тока
Для цепи постоянного тока расмотрим порядок измерения напряжения при помощи цифрового мультиметра. Для этого:
- Переведите переключатель мультиметра в положение для постоянного напряжения. На панели обозначается латинской буквой V со значком « = », знаками «+ и – », также может обозначаться аббревиатурой DC.
- Выберете нужный предел измерения, который будет максимально приближен к предполагаемому номиналу, но выше измеряемого.
- Установите щупы в соответствующие разъемы – черный к выводу COM, красный к выводу V.
- Приложите щупы мультиметра сразу к двум точкам – красный к плюсу, черный к минусу. Если вы заранее не знаете положение потенциалов, и показание прибора имеет отрицательное значение, нужно просто поменять полярность подключения.
На дисплее вы увидите показания вольтметра, если значение слишком малое, переключите ручку на меньший предел измерений. Прикладывая щупы, создавайте хорошее усилие, чтобы избежать большого переходного сопротивления, иначе они внесут ощутимую погрешность измерений.
Переменного тока
Рис. 3. Измерение переменного напряжения
В цепи переменного тока бытовой цепи важно учитывать ее опасность из-за номинала в 220/380 В. Поэтому при невозможности подключения мультиметра непосредственно в процессе эксплуатации, его присоединение должно выполняться при отключенном напряжении при помощи «крокодилов».
В остальном процесс измерения идентичен:
-
Переключите ручку мультиметра в положение для измерения переменного напряжения. На панели оно обозначается как V со значком «
На дисплее у вас отобразится действующее значение разности потенциалов, именно оно и является основным для всех расчетов. Но, помимо этого существует и амплитудное значение, которое больше действующего на √2 раз или 1,41 раза.
Реальные примеры измерения напряжения
Наиболее простым примером измерения напряжения в бытовых условиях является пальчиковая батарейка. В ней вам необходимо приложить черный щуп к выводу «– », а красный к выводу « + », позицию переключателя установить на 2 В постоянного напряжения.
Рис. 4. Пример измерения напряжения на батарейке
Если показания для батарейки 1,5 В будут в пределах от 1,6 до 1,2 В, то такой источник питания считается пригодным для всего оборудования, в случае снижения значений до 1 – 0,7 В, от батарейки будут запускаться импульсные устройства, к примеру, часы. Если вольтметр покажет 0,6 В и менее, разряд достиг критического значения.
При измерении разности потенциалов в бытовой сети, вам следует коснуться щупами контактов розетки. Так как изолированная часть щупа имеет ограничительное кольцо, за которым расположен длинный стержень, вы можете безопасно проникнуть в розетку, не рискуя прикоснуться к токоведущим элементам. Допустимыми считаются отклонения от номинала на 10%, то есть от 198 до 142 В.
Также можно замерить разность потенциалов на выходе автомобильного аккумулятора или на другом элементе цепи электрической проводки. Для этого черный щуп мультиметра устанавливается на «– » клемму аккумулятора, а красный на « + » клемму.
Если аккумулятор заряжен, то показания вольтметра должны находиться в пределах от 12 до 14 В, но встречаются модели и с большим разбросом. Такое измерение позволяет диагностировать различные причины неполадок.
Параграф 41 — Перышкин А.В., 8 класс.
1. Как называют прибор для измерения напряжения?
Вольтметр-прибор для измерения напряжения на полосах источника тока или каком-нибудь участке цепи.
2. Как включают вольтметр для измерения напряжения на участке цепи?
Зажимы вольтметра присоединяются к тем же цепи, между которыми нужно измерять напряжение. Такое включение прибора — параллельное.
3. Как с помощью вольтметра измерить напряжение на полюсах источника тока?
Для измерения напряжения на полюсах источника тока вольтметр подключают непосредственно к зажимам источника тока.
4. Какой должна быть сила тока, подходящего через вольтметр, по сравнению с силой тока вв цепи?
Сила тока, проходящего через вольтметр, мала по сравнению с силой тока в цепи, поэтому он почти не измеряет напряжение между теми точками, к которым подключен.
Правила подключения вольтметра для измерения электрического напряжения
Практически любому человеку известно, что существует прибор, который называют вольтметром, и что он служит для измерения напряжения. Хотя пользоваться этим измерительным устройством несложно, надо соблюдать определенные правила, да и знания о его устройстве помогут повысить достоверность результатов замеров.
Что измеряет вольтметр
Вольтметр измеряет величину напряжения между двумя точками электрической цепи, а напряжение представляет собой разность потенциалов. Упрощенно говоря, это разница между количеством (и знаком) электрических зарядов в измеряемых точках. Единицей напряжения в СИ является 1 В (1 вольт) .
Типы вольтметров, их основные компоненты и принцип работы
Измерять напряжение можно разными способами – как прямыми, так и косвенными.
Электроскоп
На заре электротехники для измерения напряжения служил электроскоп. Точнее, основное его предназначение – измерение зарядов, но несколько измененная конструкция пригодна для измерения напряжения. Модифицированный электроскоп представляет собой конденсатор с одной подвижной и одной неподвижной обкладкой. В зависимости от разности потенциалов, подвижная деталь отклоняется на определенный угол.
Первой практической конструкцией вольтметра можно считать «указатель электрической силы», созданный академиком Георгом Вильгельмом Рихманом еще в 18 веке.
«Указатель электрической силы» Рихмана
Подобная конструкция имеет определенные преимущества, но в настоящее время она практически не применяется. Основные причины – сложное устройство, неудобство использования и низкая чувствительность.
Стрелочный вольтметр
По мере развития электротехники и открытия Георгом Омом своего знаменитого закона, появилась возможность создать вольтметр, дошедший до наших дней с минимальными конструктивными изменениями. Стрелочный вольтметр представляет собой амперметр (чаще всего миллиамперметр) с добавочным резистором . Он подключается между двумя точками цепи, через прибор начинает течь ток, пропорциональный напряжению. затем он переводится в напряжение по формуле U=I/R (точнее, шкала сразу градуируется в вольтах).
Для измерения разных видов напряжения амперметр может быть постоянного или переменного тока различных систем (магнитоэлектрической, электромагнитной и т.д.). Чтобы создать универсальный прибор, используется амперметр постоянного тока, а входные цепи дополняют выпрямляющей схемой. Для переключения пределов измерения можно подключать резисторы с разными номиналами. Для выпрямления переменного напряжения и для измерений могут применяться и мостовые схемы.
Структура стрелочного вольтметра
Цифровые вольтметры
На настоящем этапе развития техники широкое распространение получили цифровые вольтметры, в том числе, в составе мультиметров бытового назначения. Измерение напряжения в этих приборах базируется на устройстве сравнения уровней на двух входах (компараторах). На один вход компаратора подается измеряемый уровень, а на другой – линейно возрастающее с заданной скоростью напряжение. Как только уровни на обоих входах сравняются, компаратор выдает сигнал, на этом цикл измерения заканчивается. Очевидно, что чем выше измеряемое напряжение, тем больше потребуется времени, чтобы напряжение на втором входе достигло его уровня. Измерив этот период и зная скорость нарастания, можно вычислить измеренное напряжение.
Принцип измерение напряжения цифровым прибором
Для изменения верхнего предела замеров входные цепи цифровых вольтметров также выполняют в виде резистивных делителей.
Технические характеристики
При выборе вольтметра в первую очередь надо смотреть на род измеряемого напряжения. По этому параметру вольтметры делятся на измерители:
- переменного напряжения (VAC);
- постоянного напряжения (VDC);
- универсальные (могут измерять оба рода напряжения, с переключением режима).
Род напряжения у стрелочных приборов наносится на шкалу в виде знака «-» (постоянный) или «
Далее надо определить предел измерения напряжения. Прибор должен позволять померить уровень, с запасом превышающий напряжение в измеряемой цепи в штатном режиме.
Вольтметр переменного тока с пределом измерения 250 вольт
Считается, что стрелочный прибор дает наиболее точные показания, когда стрелка находится во второй трети шкалы. Это также надо учитывать при выборе вольтметра.
Там, где важна точность измерения, также надо обратить внимание на класс точности. Эта величина обозначает суму всех погрешностей прибора в процентах относительно максимального измеряемого значения. Он обозначается цифрой и обычно указывается на шкале. Минимальное деление шкалы обычно соотносится с классом точности.
Если на приборе класс точности не указан, за его значение принимается половина наименьшего деления шкалы.
Прибор класса точности 1,5
Прибор на фото имеет класс точности 1,5 при наибольшем значении по шкале 100 вольт. Это значит, что его максимальная погрешность составит 100*1,5/100%=1,5 вольта в любой точке шкалы. Минимальное деление шкалы составляет 2 вольта, что больше величины неточности измерения. А наиболее точные значения прибор выдаст, если стрелка будет находиться в пределах примерно от 30 до 60 вольт.
Если в качестве вольтметра используется мультиметр, в нем в большинстве случаев есть переключатель рода напряжения, а также пределов измерения (ручное или автоматическое). Класс точности не превышает одну единицу младшего разряда. Обратить внимание надо лишь на максимально возможное измеряемое напряжение (не обязательно оно совпадает с верхним пределом измерения).
Если измеряется напряжение не промышленной частоты (50 или 100 Гц), надо обратить внимание и на верхнюю рабочую частоту прибора.
Измерение напряжения с помощью вольтметра
Чтобы измеренные показания были достоверными, надо соблюдать правила подключения вольтметра к измеряемой цепи.
Подключение к источнику напряжения
Вольтметр подключается к измеряемому участку цепи (нагрузке, источнику питания и т.п.) параллельно. Такое включение называется прямым.
Прямое включение вольтметра
Если имеющийся прибор имеет недостаточный предел измерения, или надо измерить напряжение в сети выше 1000 В, где требования к изоляции будут явно высокими, вольтметр можно подсоединить через промежуточный трансформатор. Такое подключение называется косвенным.
Измерение напряжения через промежуточный трансформатор
При подключении вольтметра надо соблюдать требования охраны труда. Стационарный (щитовой) вольтметр включается в сеть при снятом напряжении на измеряемом объекте. Переносной измеритель (в составе мультиметра и т.п.) надо подключать, держась строго за изолированную часть щупов .
Процесс измерения напряжения
После подключения прибора к измеряемой цепи надо выждать небольшое время (порядка одной или нескольких секунд). В случае использования стрелочного прибора ожидание необходимо для стабилизации положения стрелки (она может колебаться). Если стрелка уперлась в правый ограничитель («зашкаливает»), надо отключить щупы от источника напряжения, и переключить прибор на более высокий предел. Если при измерении постоянного тока стрелка отклонилась от нуля влево, значит, надо поменять полярность подключения. Если отклонение стрелки невелико и считать показания проблематично, надо переключить прибор на более чувствительный предел. Если переключении пределов в данном вольтметре не предусмотрено, придется взять другой прибор.
Переключать пределы под напряжением без отключения щупов нельзя!
Если прибор цифровой, надо подождать завершения цикла измерения. Если на дисплее возникает знак превышения верхнего предела, значит, надо переключить предел или заменить прибор.
Видео: Схема подключения китайского вольтметра на 50 или 100 ампер.
Показания вольтметра
У цифровых вольтметров показания обычно выводятся на дисплей в обработанном и удобном для восприятия виде. У стрелочного прибора надо смотреть на маркировку, расположенную в центре шкалы.
Шкала этого вольтметра проградуирована в киловольтах
Прибор может быть отградуирован как в вольтах, так и в кратных или дробных единицах (киловольтах, милливольтах и т.д.). Кроме того, для индикации больших уровней на шкалу может быть нанесен множитель (чтобы не писать рядом с делениями длинных цифр и не загромождать поле). В этом случае считанные показания надо умножить на соответствующий коэффициент.
Вольтметр с множителем на шкале, равным 100
Пример такого прибора показан на фото. Например, стрелка показывает на значение 2,2. Значит, измеренное значение составляет 2,2х100=220 вольт.
Погрешности и точность вольтметра
Выше сказано, что по своему принципу действия стрелочные вольтметры являются фактически амперметрами, а это означает, что для измерения им принципиально необходимо, чтобы через них протекал ток (пусть даже незначительный).
Побочный ток при измерениях напряжения
Если подключить вольтметр параллельно элементу, на котором выполняется измерение, то общее сопротивление участка цепи при этом уменьшится (при параллельном соединении общее сопротивление всегда меньше меньшего из соединенных элементов). Это приведет к тому, что падение напряжения на этом участке уменьшится, и точность измерения снизится.
Это явление часто встречается в физике и технике – когда подключение измерительных приборов изменяет параметры цепи.
Очевидно, что погрешность измерения будет тем меньше, чем выше сопротивление прибора. Добиться бесконечного (или близкого к этому) сопротивления для стрелочных приборов принципиально невозможно – тогда ток перестанет протекать через катушку прибора. По этой (и другим причинам, связанным с особенностями считывания показаний) у стрелочных приборов электромагнитной, магнитоэлектрической и других конструкций, связанных с наличием подвижной катушки, высокой точности замеров добиться нельзя.
Назовите прибор для измерения напряжения. Какие правила следует соблюдать при его включении в цепь?
Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь для публикации ответа на этот вопрос.
решение вопроса
Похожие вопросы
- Все категории
- экономические 43,679
- гуманитарные 33,657
- юридические 17,917
- школьный раздел 612,408
- разное 16,911
Популярное на сайте:
Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.
Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.
Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.