Как работает вольтметр

Для проверки работоспособности и исправности электроприборов, прокладки сетей и простого измерения параметров сети используются электронные приборы. В их число входит и вольтметр, который знаком каждому человеку еще со школьной скамьи. Электронные вольтметры составляют крупнейшую группу электроизмерительных приборов. Главное их назначение — получение параметра напряжения в сетях постоянного и переменного тока в широких диапазонов радиоволн. В этом материале будет рассказано: что именно и как измеряет вольтметр, его устройство и принципы действия, краткую историю создания, какие виды вольтметров существуют.

История создания

Прародителем всех современных вольтметров стал своеобразный указатель «электрической силы», о которой еще никто ничего толком не знал. Его изобретателем стал русский физик Георг Рихман. Датой этого открытия считается 1745 год. Показатели измерялись с помощью небольших весов рычажного типа, которые колебались в зависимости от воздействий электричества. Этот основной принцип используется во всех современных вольтметрах.

Модернизированная версия прибора появилась в 1830-х годах благодаря Фарадею, но не осталось никаких доказательств этому. Следующий по счету прибор был придуман Морицом Якоби в 39 году 19 века, когда тот смог превратить гальванометр в прибор для измерения характеристик электрического тока.

Серьезным этапом модернизации стало изобретение француза д’Арсонваля, придумавшего гальванометр для измерения магнитных и электрических полей. При их изменении прибор показывал разные значения.

После утверждения Ампера и Вольта в качестве электротехнических величин в международных стандартах. Немец Фридрих Циппенбон изобрел первое устройство, которое официально было названо «вольтметр».

Что измеряют вольтметром

Вольтметр — прибор, предназначенный для измерения напряжения электрического тока в цепи. Его название происходит от единицы измерения напряжения — Вольта и традиционного для всех измерительных приборов окончания «метр». Для начала его использования нужно всего лишь включить его в сеть. Сразу после этого он начнет показывать параметр напряжения.

Погрешности возможны в любых даже современных инструментах. Без них никуда, но они незначительны. Чтобы погрешность стремилась к нулю нужно, чтобы внутреннее сопротивление прибора стремилось к бесконечности. Если этого не будет, то влияние на прибор цепи, к которой он подключен, неизбежно. Конечно, такого сопротивления быть не может, как и идеальных вольтметров.

Стоит разобраться с понятием «напряжения» подробнее. Это необходимо для того, чтобы понять принцип работы приборы. Все знают еще со школы, что напряжение равно силе тока умноженной на сопротивление участка цепи.

Формула проста, но не дает точного понимания понятия. Ток остается невидимым, а напряжение — простыми цифрами. Для простоты понимания можно привести пример с простыми вещами, которые могут наблюдаться каждый день. Например, при движении воды по речке и водопаду, напряжение будет соответствовать высоте, то есть разности уровней воды. В сети все то же самое и напряжение определяет воображаемый напор воды. Если не будет напряжения, то не будет и тока. Аналогично и воде: если разность уровней будет нулевой, то вода не будет двигаться.

Диапазон измерения прибора может быть разным. Устройства для слабой сети показывают максимум 5 Вольт, а промышленные аппараты — до 1000 Вольт. Все зависит от его предназначения.

Технические характеристики

Согласно документации, на схемах сети вольтметры принято обозначение окружностью с вписанной латинской буквой «V». На русских смехах он может заменяться на русскую букву «В». Более того, первая цифра после буквы в маркировке отображает тип устройства и специфику его использования. Например, В2 — вольтметр для постоянного тока, В3 — для переменного, В4 — для импульсного и т.д.

 

Оценка характеристик прибора включает в себя следующие компоненты:

• Диапазон измерений. Он ограничивается наименьшим и наибольшим показателем, который способен изменить аппарат. Современные устройства обладают диапазоном от милливольт до киловольт. Промышленные аналоги же способны измерять как меньшие, так и большие напряжения;
• Точность измерений. Далеко не каждый домашний тестер отличается повышенной точностью измерений. Как уже было сказано, это зависит от его внутреннего сопротивления. Новые вольтметры при сравнительно небольших размерах обладают маленькими погрешностями измерений;
• Диапазон частот. Показывает чувствительность прибора к тем или иным сигналам с разными частотами, регистрируемых в сети;
• Температура и другие факторы. Эти параметры определяют показатели, при которых аппарат обладает минимальной погрешностью измерений, доступной для него;
• Собственно само внутреннее сопротивление (импеданс). Чем выше этот параметр, тем вольтметр более точен.

 

Конструкция

Простейший амперметр или вольтметр состоит из нескольких блоков:

• ЭЛМП — электромеханического преобразователя;
• ИМ — измерительный механизм;
• СМ — стрелочный механизм.

Первый предназначен для того, чтобы преобразовывать энергии. Магнитного поля в механическую энергию. Второй механизм включает в себя подвижные и неподвижные части для проведения изменений. Происходит это так: под действием силы тока, который протекает через обмотку ИМ, создается вращающий момент, воздействующий на подвижную часть. Силы механики пропорциональны электрическим силам и ИМ отклоняется на угол, равный этим силам. Данные передаются стрелочному механизму, который и показывает в цифрах количество Вольт.

Если прибор содержит усилители, то он называется электронным. Его отличие заключается в том, что входное устройство помогает поддерживать высокое сопротивление вольтметра и увеличить предел измерений в большую сторону. Далее следует усилитель постоянного тока, который увеличивает значение сигнала до тех величин, которые необходимы для эффективных измерений. Следующие его компоненты идентичны аналоговому инструменту.

Преимуществами электромагнитных вольтметров стают:

• высокая точность измерений;
• высокая чувствительность;
• практически полное отсутствие влияние внешних полей;
• практически полное отсутствие влияние атмосферных факторов.

Недостатки тоже имеются: непригодность использовать при переменном токе и чувствительность к перегрузкам в сети.

Разновидности

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

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

Стационарные

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

Мобильные

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

Принцип работы

Принцип действия приборов легче показать на какой-нибудь модели. В основу работы аппарата положено аналогово-цифровое преобразование. Принципы можно рассмотреть на примере универсального В7-35.

Преобразователи, которые установлены в приборе, измеряют силу тока, напряжение постоянного и переменного электрического тока, сопротивление и конвертируют все это в нормализованное напряжение или цифровой код, если в устройстве имеется аналого-цифровой преобразователь.

Схема прибора основана на нескольких преобразователях:

• Преобразователь масштабирования;
• Низкочастотный аппарат, преобразующий напряжение переменного тока в постоянный;
• Аналогичный преобразователь постоянного и переменного электрического тока в напряжение;
• Конвертер сопротивления в напряжение.

Получая эти параметры, устройство конвертирует их в напряжение, отображаемое по специальной шкале или в электроном виде, если в нем предусмотрено наличие АЦП.

Принцип работы электромагнитного аналогового вольтметра следующий. Создание вращающего момента происходит с помощью силового действия магнитного поля катушки на подвижном постоянном магните, который выполняется в форме плоской лопасти.

Под действием магнитного поля, которое создается током, магнит втягивается в цель катушки и поворачивается на ось, содержащую указательную стрелку.

Инструкция и меры безопасности

Вольтметр — простейший и узкоспециализированный инструмент для определения параметров электрической цепи. Его основная и единственная задача — определение напряжения на определенном участке цепи. К сожалению, не все знают, как пользоваться таким простым прибором.

Порядок измерения следующий:

• Проверить стрелку, если аппарат аналоговый. Делается это путем вставки плоской отвертки в задний шлиц прибора. Поворот в разные стороны будет поворачивать и стрелку. Ноль измерений всегда выставляется пред каждым измерением, особенно, если прибор старый;
• Присоединить провода к контактам. Находятся они на тыльной стороне прибора. Если он рассчитан на постоянный ток, то там будут «+» и «-». У электронных аппаратов они уже присутствуют и не нуждаются в переподключении;
• Произвести измерение, присоединив «щупы» параллельно к сети.

При измерении показателей электрической сети вольтметром следует соблюдать простейшие меры безопасности:

• Не проводить измерение высоковольтных сетей без средств защиты;
• Не проводить изменение влажными или мокрыми руками и предотвращать попадание влаги в прибор;
• Не использовать вольтметр в агрессивных средах по типу кислот, щелочей и масел;
• Соблюдать требования ГОСТ 12.3.019-80, описывающего правила эксплуатации электроизмерительных приборов.

Какой мультиметр выбрать для автомобиля

Мультиметр — портативное устройство, которое содержит в себе вольтметр, амперметр и другие функции. Он стает незаменимым для радиолюбителей и автовладельцев. Для последних он стал важным прибором, способным проверить и отремонтировать большее количество современной автоэлектроники и проводку.

Для автомобиля подойдет любой специализированный мультиметр, обладающий дополнительными функциями, которые отличают его от обычного. Чтобы разобраться с этим лучше, нужно понять, какие задачи он чаще всего решает.

Наиболее часто прибор применяют для определения утечек из аккумулятора. Такой проверке должны быть подвержены все аккумуляторы, обладающие сильными потерями заряда за короткие промежутки времени. Минимальное значение утечки должно составлять 70 мА. Большее значение свидетельствует о том, что какой-то прибор является проблемным или в цепи проводки есть поврежденный участок.

Для диагностики проделывают следующее:

• Выключить все элементы автомобиля, которые используют энергию аккумулятора;
• Настроить прибор на измерение постоянного тока и выбрать максимальное значение;
• Ослабить провод на минусовой клейме и подсоединить туда щупы;
• Отключить провод от клеймы так, чтобы ток протекал через мультиметр;
• Замерить значения, которые не должны превышать 70 миллиампер.

В случае, когда значения не ниже 70, стоит искать участок с проблемами. Для этого аппарата подключается так же, как и в способе выше, поочередно отключаются предохранители и снимаются показания. Если один из предохранителей показал значение ноль при его отключении, то проблема в нем.

Если же все узлы были проверены и оказались исправны, то проблема кроется в самой проводке. Она также проверяется мультимером для поиска неисправного кабеля. Этот процесс состоит из следующих этапов:

• На глаз оценить состояние проводов;
• Определить проблемный участок;
• Один конец мультиметра присоединяется к клейме аккумулятора, а другой — к прибору, который находится на другой стороне кабеля;
• Установить прибор в нужное состояние и устроить прозвонку участка провода;
• При наличии звукового сигнала провод исключается из проблемных, так как с ним все хорошо.

Еще одна важная функция мультиметра — прозввон мотора авто и измерение его параметров. Любой автомобильный мультиметр должен уметь проводить диагностику двигателя на минимальном уровне.

Отличие от тестера

Люди, особенно те, кто далек от техники, часто путают два этих устройства. Они немного похожи и даже обладают похожими функциями, но мультиметр — более многофункциональное устройство, способное изменять различные параметры системы и выполнять прозвонки. Обычный тестер содержит в себе всего пару диодов, способным указать значение напряжения и целостности цепи.

Тест цифровых мультиметров

Чтобы определить лучшие приборы нужно проводить определенные тесты, на основании которых делается выбор в пользу той или иной модели. Сегодня рынок располагает огромным количеством моделей. Опытные люди проверили их и определили их преимущества и недостатки, составив описания.

Universal M830B IEK

Обычный и качественный прибор для любителей. Подходит не только для использования дома, но и при монтажных работах. Модель проста в использовании и подходит для новичков. Корпус имеет три входа для щупов, позволяющих измерять постоянный и переменный ток, сопротивление, напряжение. В этой бюджетной модели есть даже функция прозвонки для транзисторов. Для проверки коротких замыканий прозвонки нет.

UNI-T UT33D

Идеально подходит для домашнего использования и обладает широким спектром измерения электрических параметров. Базовый функционал держится на уровне предыдущего тестера, но дополняется прозвонкой на обрывы цепей. Используется дл ремонта ПК, микросхем, электромонтажных работ. Недостатком стала невозможность изменять переменный ток.

СЕМ DT-105 480151

Профессиональный измеритель, который обладает очень компактным и легким. Для него, как ни для кого характерно сочетание «цена-качество». Несмотря на большую сложность, чем аналоги, прибор может спокойно использоваться в быту и в других домашних целях. Функционал включает в себя прозвонку, индикатор заряда аккумулятора, индикаторы полярности и многое другое.

Таким образом, вольтметр — это прибор для измерения напряжения и один из самых простых измерительных инструментов, но даже с ним некоторые не могут справиться. Этот материал максимально широко рассказал, что такое вольтметр, долгую историю его создания и инструкцию по использованию во многих полезных целях.