Основные пункты
- Вольтметр – устройство, с чьей помощью удается вычислить разность электрических потенциалов между двумя точками в электрической цепи.
- Амперметр – устройство для вычисления тока в цепи.
- Вольтметр связывается с устройством параллельно, а амперметр – последовательно.
- В основе большинства аналоговых счетчиков лежит гальванометр – измеряет ток при помощи движения или отклонения иглы. На прогиб влияет магнитная сила, воздействующая на токопроводящую проволоку.
Принцип действия
Способ измерения основывается на работе нескольких элементов:
- На оси между постоянными магнитами располагается якорь со стрелкой.
- Благодаря воздействию магнитов, стальной якорь находится вдоль силовых линий, в нулевой позиции.
- При подаче тока появляется магнитный поток с силовыми линиями, перпендикулярными магнитам.
- Вследствие этого воздействия якорь стремится повернуться под прямым углом, чему мешает основное магнитное поле.
- Итоговое отклонение стрелки – результат взаимодействия двух потоков.
Благодаря простому принципу работы амперметра, механические устройства долгое время отличались лишь материалом изготовления элементов.
Вольтметры
Вольтметр – устройство для вычисления разницы в электрическом потенциале между двумя точками в электрической цепи. Аналоговый вольтметр смещает указатель по шкале пропорционально напряжению в цепи, в цифровом присутствует цифровой дисплей. Любое измерение вольтметра, которое можно трансформировать в напряжение, будет отображаться на счетчике. Здесь зафиксируется давление, температура и поток.
Демонстрационный прибор, используемый на уроках по физике
Чтобы вольтметр смог вычислить напряжение, он должен подключаться параллельно. Это важно, так как параллельные объекты ощущают единое различие потенциалов. Ниже представлена схема вольтметра и показания.
(а) – Чтобы вычислить отличие потенциалов в этом потоке, вольтметр (V) расположен параллельно по отношению к источнику напряжения или любому из резисторов. Отметьте, что напряжение клеммы вычисляется между точками а и b. Нельзя подключить вольтметр через ЭДС без добавления внутреннего сопротивления. (b) – Применение цифрового вольтметра
Видео о принципах работы электроизмерительных приборов
Что измеряет вольтметр и как им пользоваться
XXI CENTURY Конфетка Помадка Душистая вода
266 ₽ Подробнее
Видеоняня Моторола MBP36S (цвет белый)
12900 ₽ Подробнее
Мужские камуфляжные куртки
Амперметры
Амперметр измеряет электрический ток, а его наименование происходит из единицы измерения – Ампер. Чтобы прибор смог определить ток, его нужно присоединить последовательно. Это важно, так как объекты в последовательной цепи ощущают единый ток. Они не должны подключаться к источнику напряжения – амперметры функционируют при минимальной нагрузке. Можете рассмотреть схему амперметра.
Амперметр установлен в последовательной связи для определения тока. Весь ток в цепи проходит сквозь счетчик. Если амперметр находится между точками d и e или f и a, то приобретет такое же значение
История происхождения
По названию устройства можно догадаться о том, кто приложил руку к его созданию. Андре-Мари Ампер – блестящий ученый своего времени, многие годы посвятивший электродинамике. Ему принадлежат многие знаковые открытия в этой области:
- взаимодействие магнитного поля и электрического тока;
- магнитный эффект катушки с током;
- введение в научную терминологию понятия кибернетики и кинематики.
Основная заслуга ученого – не разработка прибора, а подготовка научного плацдарма для самой возможности создания амперметра и вольтметра. Поэтому первые упоминания измерительного устройства датируют 20-ми годами XIX века, когда самому Амперу было уже за 50.
Тогда речь шла о самом простом приборе – гальваноскопе, состоящем из закрученной проволоки и магнитной стрелки. Он позволял уловить относительные показатели по градусу отклонения стрелки.
В течение следующих десятилетий конструкция совершенствовалась. В 1884 году отечественными учеными были разработаны более совершенные приборы, однако патенты были переданы в Германию, ввиду недостаточного развития электротехнического производства. Лишь к тому времени были утверждены названия современных величин. В 1881 г. в отношении тока приняли решение о том, в чем измеряется сила – в Амперах.
Как устроены амперметры сегодня? В корпусе с индикацией располагаются измерительная катушка и постоянные магниты, которые выравнивают ее при подаче электрического тока. Чем сильнее отклонение, тем выше показатель прибора. Существует несколько разновидностей, отличающихся конструкцией и областью применения.
К сведению. Классический вид – прибор со шкалой, деления которой обозначают силу тока в Амперах. В зависимости от величины, движущийся элемент поворачивает стрелку на определенный угол.
Гальванометры (аналоговые счетчики)
Аналоговые счетчики располагают иглами, которые поворачиваются, чтобы отмечать на шкале цифры. Это и отличает их от цифровых приборов, выводящих цифровые символы прямо на экран. В центре большинства аналоговых приборов находится гальванометр (G). Ток проходит сквозь него и приводит к пропорциональному перемещению (отклонение иглы).
Гальванометр характеризуется сопротивлением и текущей чувствительностью. Последнее – ток, осуществляющий значительное отклонение иглы гальванометра (максимальный ток). К примеру, гальванометр, чья токовая чувствительность составляет 50 мкА достигает максимального прогиба в 50 мкА.
Если подобный прибор обладает сопротивлением в 20 Ом, то только напряжение V = IR = (50 мкА) (25 Ом) = 1.25 мВ создает полномасштабное считывание. Объединив с ним резисторы, можно рассматривать его в качестве вольтметра или амперметра.
Гальванометры в качестве вольтметров
Катушка гальванометра способена функционировать как вольтметр, когда расположена в последовательной связи с серьезным сопротивлением (R). Это значение вычисляется максимальным напряжением. Допустим, вам нужно, чтобы 10В создавало полномасштабное отклонение вольтметра, вмещающего гальванометр с 25 Ом и чувствительностью 50 мкА. Полное сопротивление:
Rполное = R + r = V/I = 10В/50мкA = 200кОм,
или
R = Rполное — R = 200кОм – 25 ОМ ≈ 200кОм (R настолько велико, что сопротивление гальванометра почти незначительное).
Заметьте, что приложенные 5В создают отклонение в половину шкалы, отправляя ток всего в 25 мкА сквозь счетчик, так как показание вольтметра располагается пропорционально. В случае с другими диапазонами, напряжение устанавливают последовательно с гальванометром.
Встраиваемые миниатюрные цифровые вольтметры из Китая: обзор и тонкости применения
Для контроля работы аппаратуры бывают полезны постоянно работающие приборы — вольтметры, амперметры и т.п. Постоянный контроль параметров поможет понять пользователю: всё ли в порядке с аппаратурой, или «что-то пошло не так». В этом обзоре будут представлены два миниатюрных цифровых вольтметра: на 30 Вольт и на 100 Вольт. Они — похожи, но не одинаковы.
Вольтметры предназначены для измерения постоянного напряжения положительной полярности.
Конструкция цифровых вольтметров
Оба вольтметра — бескорпусные; и из-за очень малых размеров платы с электроникой сначала может показаться, что они состоят только из индикаторов:
На этом фото сразу видно различие между вольтметром на 100 В ( слева) и на 30 В (справа): вольтметр на 100 В имеет 3-проводное подключение, а вольтметр на 30 В — двухпроводное.
Почему так сделано?
Всё очень просто: в вольтметрах применяется линейный стабилизатор с максимальным входным напряжением 30 В. Поэтому «младший» вольтметр может питаться прямо от измеряемого напряжения, а «старший» при использовании для измерения напряжений свыше 30 В требует для своего питания отдельный источник.
Если же 100-вольтовый вольтметр применять для измерения напряжений до 30 В, то можно замкнуть красный и желтый провода между собой и тоже запитать от измеряемого напряжения.
Но, как обычно, есть нюанс. Если запитывать прибор от измеряемого напряжения, то оно должно быть не ниже, чем необходимо для питания стабилизатора напряжения в приборе, а это — 5 В (рекомендовано продавцом). То есть, в этом случае и измеряемое напряжение должно быть не менее 5 В (испытания показали работоспособность и при 4 В, но это не гарантируется для всего температурного диапазона; да и разброс параметров элементов на плате вольтметра никто не отменял).
Куплены вольтметры были на Алиэкспресс ЗДЕСЬ, цена (на дату обзора) — смешная: от $0.76 за 30-вольтовый прибор и до $1.35 — за 100-вольтовый.
Несколько слов о габаритах вольтметров.
Если говорить о размерах кратко, то габариты приборов 30.2 x 11 x 8.6 мм.
С разбивкой по деталям размеры будут такие: длина платы — 30.2 мм, ширина платы — 11 мм, длина блока индикации — 22.6 мм, ширина блока индикации — 10.4 мм, высота блока индикации (от уровня платы) — 6.2 мм, высота всего прибора (от низа платы до верха индикатора) — 8.6 мм.
Высота цифр на индикаторе — 7.1 мм (0.28 дюйма).
Посмотрим на обратную сторону вольтметров, т.е. на платы с электроникой:
Платы вольтметров — абсолютно одинаковые, и различаются только расположением двух элементов (эти места указаны стрелочками на фото).
То есть, при желании и наличии «прямых рук» можно один из них преобразовать в другой и обратно. Но экономического смысла в этом нет, лучше сразу купить, какой надо (или, при сомнениях — оба сразу).
Назначение проводов — очевидное: чёрный — земля, красный — питание (оно же — измеряемое напряжение для 30-вольтового прибора), желтый — измеряемое напряжение.
На платах вольтметров расположено очень мало деталей.
Основа вольтметров — аналого-цифровой микроконтроллер, увы, без маркировки. Впрочем, никаких претензий к его работе не возникло.
Микроконтроллер осуществляет аналого-цифровое преобразование сигнала; затем, вероятно, какую-то нехитрую вычислительную обработку (возможно, усреднение нескольких замеров); а затем отправляет результат на 3-значный светодиодный индикатор.
Питанием микроконтроллер обеспечивают стабилизаторы с маркировкой «7533-1 E1125D» и «6513 TA502H».
Оба стабилизатора выдают на выходе напряжение 3.3 В, и, скорее всего, являются клонами популярных стабилизаторов AMS1117.
Для калибровки вольтметров имеется подстроечный резистор.
Вот, собственно, и всё.
Испытания цифровых вольтметров
Сразу надо сказать о главном: в испытаниях проверялась точность настройки вольтметров в том виде, в каком они пришли из Китая. Проверять точность просто «как таковую» смысла нет, поскольку в приборах есть калибровочные подстроечники, позволяющие скорректировать настройку вольтметров, если погрешность показаний окажется высокой.
Программа испытаний такая: сначала проверяем точность 100-вольтового вольтметра, а затем — синхронность показаний вольтметров при измерениях одного и того же напряжения.
Также проверим ток потребления приборов и входное сопротивление для 100-вольтового прибора.
Итак, поехали.
Проверка точности заводской настройки, напряжение — 5 Вольт:
Всё хорошо, ошибка — менее 1%.
Напряжение — 12 В:
Здесь формально ошибки совсем нет, но это означает, скорее всего, что ошибаются оба прибора. 
Обратите внимание: после 10 Вольт на тестируемом вольтметре запятая перескочила на 1 знак, и теперь прибор сотые доли Вольта не показывает.
Идём далее.
Напряжение — 30.1 В:
Аналогично, ошибки как будто нет.
Дальше надо бы проверить на напряжении 100 В, но такого блока питания у меня не нашлось. Максимум, что нашлось — напряжение — 49.4 В:
Здесь обнаружилась небольшая погрешность на 0.1 В.
Вольтметр на 100 В позволяет измерять напряжения и меньшие, чем его напряжение питания. Но точность при этом будет падать по банальной причине: из-за слишком большого «веса» ошибки на единицу младшего разряда.
Можно измерить, например, напряжение на батарейке:
Теперь проверим совпадение (или несовпадение) показаний вольтметров между собой для двух напряжений (4 В и 30 В):
Совпадение показаний вольтметров между собой оказалось на очень хорошем уровне.
Теперь — пример практического применения одного из этих вольтметров.
Младший вольтметр (на 30 В) я пристроил к QC-триггеру, предназначенному для получения напряжения 9 и 12 Вольт от павербанков и QC-зарядок (обзор QC-триггера вместе с павербанком).
Этот триггер посылает в подключенное устройство команду на выдачу 9 или 12 В, но не проверяет её исполнение.
Теперь проверка есть:
На этой фотографии оказалась хорошо заметна ещё одна особенность воль на индикаторе светится ярче других цифр.
Вероятно, вольтметр питает каждый из 3-х разрядов индикатора одним и тем же током, и для подсветки обходит их поочерёдно; в результате чего чем меньше число активных сегментов в цифре, тем ярче они светятся.
Нельзя назвать это существенной проблемой, но обратить внимание на неё следует.
Теперь — о потреблении тока вольтметрами.
Вольтметр на 30 В (с красным индикатором) потребляет 11 мА, вольтметр на 100 В (с жёлтым индикатором) — заметно больше, почти 16 мА.
При питании вольтметра на 100 В от источника с напряжением 30 В нагрев стабилизатора на плате прибора был весьма ощутимым (получилось 0.4 Вт рассеиваемой мощности на стабилизаторе).
Отсюда следует рекомендация: запитывать 100-вольтовый прибор напряжением не свыше 20 В. Самый лучший вариант — напряжением 5 В, которое есть почти везде.
Причина более высокого потребления у этого вольтметра, возможно, кроется в более высоком потреблении его индикатора (всё остальное у них — одинаковое).
Входное сопротивление 100-вольтового прибора — 100 КОм.
Говорить же о входном сопротивлении 30-вольтового прибора нет смысла, поскольку вход там объединён с питанием.
Диапазон подстройки точности вольтметров с помощью подстроечного резистора на плате составляет около 8%.
Итоги, выводы, тонкости применения
Сначала — о тонкостях применения при измерении отрицательных напряжений.
Если напряжение не превосходит 30 В, то всё делается элементарно: земля вольтметра подключается к минусу питания, а плюс вольтметра — на землю питания. И всё сразу работает!
Если же измеряемое напряжение превосходит 30 В, то всё становится намного сложнее.
Использовать в этом случае возможно только 100-вольтовый прибор; причём для его питания потребуется отдельный изолированный источник (в буржуйской терминологии — плавающий или даже летающий).
Это — серьёзное усложнение схемы, из-за чего есть смысл задуматься о других приборах для подобных измерений.
Теоретически можно вместо изолированного источника питания загасить лишнее напряжение резистором или стабилитроном; но такое решение — не красивое и ограничивает диапазон рабочих напряжений.
Теперь — о достоинствах протестированных вольтметров.
Достоинства — такие:
- низкая цена;
- хорошая точность измерения;
- возможность питания измеряемым напряжением;
- малые габариты и вес.
Достоинства — очень существенные, но и недостатки тоже есть:
- отсутствие регулировки яркости (в темноте свечение индикатора ощущается слишком ярким, а при ярком свете — тускловатым);
- наличие строб-эффекта (при движении глаз или самих вольтметров);
- не измеряют переменное напряжение;
- сложности с измерением отрицательных напряжений свыше 30 В.
Проверить актуальную цену или купить протестированные вольтметры можно здесь, причём имеется широкий выбор цветов свечения индикаторов (помимо протестированных с желтым и красным цветом).
Всем спасибо за внимание!
