Классификация приборов
Вольтметр представляет собой устройство, которое используется в электрике наряду с амперметром или омметром. Прибор можно подсоединять напрямую к источнику электроэнергии или параллельно нагрузке. Уже по одному названию прибора даже начинающий домашний мастер сможет точно сказать, для чего нужен вольтметр. Для классификации этих устройств используется многоступенчатая система.
В соответствии с назначением
Если на корпусе измерителя имеется маркировка В2, то он предназначен для использования в электроцепях постоянного тока. Также есть устройства для измерения переменного напряжения, обозначаемые В3.
Типов вольтметров в соответствии с назначением:
- Фазовые. Предназначены для определения показателей квадратурных составляющих основной гармоники электрического тока и маркируются — В5.
- Универсальные — маркировка В7. Позволяют снимать показания в любых электрических цепях. Многие модели комплектуются набором шунтов для обеспечения безопасного подсоединения.
- Импульсные — В4. Эти измерители нашли широкое применение благодаря своим функциональным возможностям. С их помощью можно обнаружить импульсные помехи в электросети.
- Измерители селективного поиска частот. Эти приборы имеют самые большие габариты и позволяют обрабатывать сложные сигналы, выделяя из них гармонические элементы. Часто они могут выглядеть как радиоприемники.
Все эти виды вольтметров широко используются в быту или промышленности.
По внешним признакам
Измерители напряжения можно разделить на три большие группы. Среди них наибольшими габаритами обладают стационарные.
Они предназначены для постоянного мониторинга показателей электрических сетей. Это бывает необходимо для поддержания бесперебойной работы различного оборудования. Эти устройства отличаются высокой чувствительностью и точностью измерений.
Приборы, которые монтируются в электрошкафах, называются щитовыми. В сравнении со стационарными, они имеют меньшие размеры. Переносные (автономные) измерители благодаря небольшому весу и габаритам максимально удобны в транспортировке, поэтому они получили широкое распространение в быту. Также эти измерители оснащены щупами для быстрого снятия показаний.
Диапазон и способ измерения
Необязательно быть профессиональным электриком, чтобы знать, в чем измеряется напряжение. Основной единицей является Вольт (В). Однако в электроцепях напряжение может быть различным.
Все измерители напряжения можно разделить на несколько групп в соответствии с диапазоном снимаемых значений:
- микровольтметры — позволяют измерять миллионные доли вольта;
- милливольтметры — способны фиксировать тысячные доли единицы измерения напряжения;
- киловольтметры — предназначены для определения большого напряжения, измеряемого в кВ.
Измерители могут быть электромеханическими (стрелочными), а также электронными (цифровыми). Устройства первого типа оснащены цифровой шкалой и стрелкой, закрепленной на раме с обмоткой. Они обладают определенной чувствительностью. Это коэффициент зависимости между фактическим электронапряжением в цепи и углом поворота стрелки.
Устройство вольтметра электронного типа предполагает наличие дисплея для отображения снятых показаний.
Кроме этого, в конструкции предусмотрена специальная микросхема, задача которой заключается в преобразовании аналогового сигнала в цифровой. Эти измерители обладают высокой чувствительностью и надежностью, поэтому их стоимость выше электромеханических аналогов.
Особенности схемы
Схема цифрового вольметра базируется на дискретных величинах. Упрощённая схема включает в себя такие элементы:
- входное устройство (ВУ);
- преобразователь аналого-цифрового типа (АЦП);
- цифровой отсчётный блок (ЦОБ);
- управляющий прибор (УП).
Взаимодействие УП с ЦОБ происходит посредством десятичных чисел. В случае с определением напряжения переменного тока ВУ функционирует в роли простого преобразовательного устройства, выдавая постоянный ток. В этот момент ЦОБ работает над аналоговым сигналом, который представлен цифровым кодом.
Преобразование тока из одного вида в другой характерно и таким приборам, как мультиметры. В отдельных современных моделях вольтметров используется двоичная система кодов, что значительно упрощает процесс получения сигнала.
Принцип работы
Первыми были созданы измерители электромеханического типа. В их работе используется магнитоэлектрический принцип. Постоянный магнит закреплен неподвижно, а между его полюсами установлен стальной сердечник. Монтаж этого элемента конструкции выполняется так, чтобы в кольцеобразном воздушном зазоре могло формироваться постоянное электромагнитное поле.
В зазор на полуосях установлена рамка, изготовленная из алюминия. Она способна свободно перемещаться. На рамке также есть катушка из тонкой проволоки. Указательная стрелка прибора крепится с помощью пружин к рамке. Как только через прибор начинает проходить электроток, в обмотке возникает электромагнитное поле. Рамка вступает с ним во взаимодействие и отклоняется вместе со стрелкой на расстояние, соответствующее величине напряжения.
Конструкция измерителя также содержит индукционный демпфер — пластинку из алюминия, закрепленную на раме со стрелкой. В соответствии с правилом Ленца, вихревые токи, возникающие в демпфере, вступают во взаимодействие с породившим их магнитным полем и замедляют колебания указателя прибора. Чтобы добиться необходимой точности измерения, прибор во время работы не должен подвергаться воздействию силы тяжести.
Для решения поставленной задачи подвижная часть измерителя оснащается системой грузиков, передвигающихся на стержнях. Кроме этого, для обеспечения точного измерения необходимо снизить силу трения стальных наконечников. Это достигается благодаря использованию специальных износостойких сталей. Изготовленные из них детали подвергаются полировке.
Перед началом измерения пользователю необходимо установить указательную стрелку в нулевое положение.
Для этого в конструкции прибора предусмотрен специальный корректировочный винт, соединенный с пружиной. Это классическая конструкция, но сегодня встречаются приборы, содержащие магниты разной формы. При этом в некоторых конструкциях магнит является подвижным.
Основные характеристики
Чем выше показатель внутреннего сопротивления прибора, тем меньшее влияние он оказывает на работу измеряемой электроцепи. Измерители с высоким выходным сопротивлением являются более точными. При выборе вольтметра необходимо обратить внимание на его характеристики. Среди них наиболее важными являются следующие:
- диапазон измерения;
- внутреннее сопротивление;
- диапазон частот переменного тока;
- погрешность измерений.
Диапазон измерений прибора подбирается в зависимости от того, с какими величинами планируется работать. Большинство моделей способны измерять напряжение с показателем от нескольких десятков милливольт до сотен киловольт. Также важной характеристикой является и погрешность.
Этот показатель определяется изготовителем с помощью специальных тестов. Познакомиться с характеристиками прибора можно в инструкции по его эксплуатации.
Способы подключения и особенности цифровых вольтметров
Принято выделять два варианта подключения прибора:
- Параллельный. Вольтметр подсоединятся параллельно электроцепи.
- Непосредственное подключение вольтметра к источнику электрической энергии.
Главными особенностями цифровых устройств считаются удобная эксплуатация и высокая точность показаний. Последний параметр обусловлен высоким уровнем внутреннего сопротивления.
Правила использования
Прибор должен подсоединяться к цепи параллельно. Следует убедиться, что он имеет диапазон измерений, соответствующий предполагаемому. Среди других правил грамотной эксплуатации можно выделить:
- необходимо соблюдать полярность;
- для измерения напряжения на источнике питания прибор подключается непосредственно к его клеммам;
- не допускается проверять высоковольтные участки цепи вольтметрами, не рассчитанными на большое напряжение;
- при использовании универсального измерителя предварительно следует выбрать нужный режим работы.
При выборе прибора пользователям стоит ориентироваться на собственный бюджет и поставленные задачи. Чтобы приобретенный прибор служил многие годы, следует соблюдать все правила эксплуатации.
