О подключении вольтметра: схема подключения вольтметров к цепи

История изобретения

Итальянский учёный Алессандро Вольт, проведя ряд экспериментов с электричеством, приходит к выводу, что получить электрический ток можно используя соединение металлов с жидкостью. Поместив медные пластины, покрытые цинком, в кислоту, он в 1800 году создаёт первый электрохимический источник энергии, названный позже «вольтов столб».
Он также устанавливает, что при соединении двух разных металлов возникает сила, которая затрачивается на работу по перемещению электрического заряда из одной точки в другую. При этом перемещённый заряд изменяет свой потенциал (величину энергии), которым он обладает. Разность между начальным потенциалом и конечным получает название «напряжение».

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.

Сопротивление и измерения

С вольтметром разобрались, а каким должно быть сопротивление амперметра, чтобы он не влиял на работу цепи и показывал силу тока точно? Так как амперметр подключается в цепь последовательно, то его внутреннее сопротивление будет ограничивать ток в цепи.

Для примера посчитаем, какой ток протекает в цепи 1, если напряжение источника питания E 10В, а в качестве нагрузки используется резистор R1 сопротивлением 5 Ом.

Итак, ток в цепи должен быть 2 ампера, а теперь подключим в цепь условный амперметр, сопротивление Ra которого 1 Ом, тогда он покажет ток:

Отличие измеренного амперметром тока от расчётного почти в четверть связано с высоким сопротивлением амперметра. То есть чем меньше сопротивление амперметра – тем меньше он влияет на ток в цепи. Соответственно сопротивление амперметра должно быть намного меньше, чем сопротивление нагрузки (Ra

Вольтметр. Прибор для измерения напряжения в электрической цепи

Все мы знаем, что напряжение в бытовой розетке 220 В (стоит помнить, что не во всех странах). Но ведь оно иногда может быть больше или меньше и возникает логичный вопрос — а как померять напряжение? Для этого нам и нужен вольтметр. И так, вольтметр — это прибор, который измеряет разность потенциалов (в Вольтах) или напряжение. Принцип работы классического вольтметра довольно прост — ток, который индуцируется в катушке при подключении к источнику напряжения, создает вращающий момент, который перемешает стрелку электроизмерительного прибора. Отклонение стрелки всегда прямо пропорционально разности потенциалов между измеряемыми точками. Стоит помнить, что вольтметр ВСЕГДА подключается параллельно к цепи, в которой ведется измерение напряжения.

Как подключить вольтметр в машине?

Как уже было сказано выше, самый простой в плане подключения вольтметр – рассчитанный под установку в разъем прикуривателя. Такой прибор достаточно просто воткнуть вместо собственно прикуривателя, и все. Также для его установки можно воспользоваться удлинителем или тройником для этого же разъема. Это будет удобно, если розетка прикуривателя используется вами еще для чего-либо – для питания видеорегистратора, зарядки смартфона, или по прямому назначению.

С проводными моделями придется повозиться. Сначала рассмотрим вольтметр, у которого есть только два провода. Как правило, они всегда идут двух разных цветов, например, красный и черный. Если купленный вами вольтметр не откровенная подделка, то красный провод – это «плюс», а черный, соответственно, «минус» или «масса».

Любой вольтметр в машине подключается непосредственно к аккумуляторной батарее. Лучше, если через плавкий предохранитель. Так, кстати, подключены практически все розетки прикуривателя – прямо к АКБ через предохранитель. Соответствующие провода для подключения вольтметра лучше всего протянуть к аккумуляторной батарее самостоятельно. В качестве альтернативы можно попытаться найти «плюс» и «минус» под обшивкой панели приборов, либо в том месте, где подключена автомагнитола. Однако, повторимся, лучше всего – протянуть отдельные два провода прямо к АКБ, установив в разрыв плюсового провода плавкий предохранитель.

Типы и виды вольтметров

Все вольтметры можно разделить по: принципу действия, назначению, способу применения и конструкции.

По принципу действия устройства делятся на группы:

• Вольтметры электромеханические.
• Электронные вольтметры.

Рассмотрим конкретно каждую группу.

Эти измерительные приборы являются устройствами прямого преобразования. Измеряемая величина в них преобразуется напрямую в показания на шкале устройства отсчёта. Она предназначена для визуальной оценки измеряемого напряжения.

Шкала выглядит как последовательность отметок с числами и составляет неподвижную часть прибора. Расстояние между двумя соседними отметками — цена деления шкалы. Шкалы могут быть линейными и нелинейными, односторонними (о расположена у начала) и двусторонними (о расположена в середине). На шкале обычно наносится число, обозначающее класс точности прибора.

Подвижная часть устройства состоит из рамки, находящейся между полюсов постоянного магнита. По обмотке рамки протекает ток. С подвижной рамкой связана стрелка, по величине угла отклонения которой можно по шкале оценить значение измеряемого параметра. Этот угол напрямую зависит от тока, протекающего через обмотку рамки, а значит и от величины напряжения, которое измеряется.

Такие приборы используют для измерения магнитоэлектрический метод. Он наиболее часто используется в электромеханических приборах для измерения различных физических величин.

Следует отметить, что такие приборы отдельно используются довольно редко. Как правило, они являются составной частью более сложных по схемному исполнению устройств.

Кроме, магнитоэлектрического способа измерения в электромеханических приборах используют и другие: электромагнитный, электродинамический, ферродинамический, термоэлектрический, способ выпрямления.

Применение этих приборов исходя из требований, предъявляемых к измерителям напряжения, более предпочтительно, чем электромеханических. А требования эти таковы — уменьшение методической погрешности измерения.

Для измерения напряжений в различных точках схемы вольтметр подключают параллельно измеряемой цепи. Поэтому его использование не должно искажать реальную картину. Он не должен шунтировать участок схемы, следовательно, его входное сопротивление должно быть большим (в идеале стремиться к бесконечности).

Вольтметры электронные можно разделить на две группы. Одну составляют аналоговые приборы, другую цифровые. Различия между ними заключается в форме предоставления информации о результатах измерения.

Входное напряжение, величину которого необходимо измерить, поступает на масштабирующее устройство. Оно выполнено в виде многопредельного резисторного делителя высокого класса точности. Количество резисторов соответствует количеству диапазонов измерения напряжения.

Советуем к прочтению: MOSFET транзисторы-что представляет собой, принцип работы

После резисторного делителя сигнал поступает на усилитель постоянного тока (УПТ). Его назначение — усилить входное напряжение, прошедшее через делитель, до величины, требуемой для нормальной работы устройства индикации. УПТ также необходим для повышения входного сопротивления прибора и согласования его с низкоомной обмоткой рамки указателя магнитоэлектрической системы.

Устройство электромеханического прибора, по которому в аналоговых вольтметрах производится отсчёт измеряемой величины напряжения, был рассмотрен выше.

Высокое входное сопротивление этого прибора определяется в основном схемой УПТ. В ней широко используется применение транзисторов, включённых по схеме эмиттерного повторителя сигнала, или полевых транзисторов.

Точность аналоговых вольтметров определяется классом точности резисторов входного устройства и классом точности головки микроамперметра, по стрелке которого производится отсчёт измеренного напряжения.

Для измерения напряжений малой величины применение в схеме прибора усилителя постоянного тока не всегда приводит к достаточной точности измерений.

В милливольтметрах измерения производятся на переменном токе. Постоянное входное напряжение преобразуется в переменное с помощью собственного модулятора. Усилитель переменного тока обладает лучшими характеристиками в отношении линейности, дрейфа нуля, коэффициента усиления, мало зависящего от температуры. После усиления переменное напряжение детектируется. Стабильное выпрямленное постоянное напряжение поступает на стрелочный электромеханический прибор.

Если вольтметром необходимо измерить переменное напряжение, то его схема изменится. Существуют две разновидности схем.

В одной из них входное напряжение детектируется и затем усиливается усилителем постоянного тока.

В схемах с другим построением усиливается сначала входное переменное напряжение усилителем переменного тока. После этого сигнал выпрямляется детектором.

В зависимости от требований, предъявляемых к результатам измерений, выбирается либо одно построение схемы, либо другое.

Первый вариант используется там, где необходимо произвести измерение в широком диапазоне частот (от 10Гц до 1000МГц).

Применение второго варианта построения имеет место при измерении очень малых переменных напряжений (единицы микровольт).

Измерители этого вида в процессе обработки представляют входное напряжение в виде ступенек (дискретных значений). Его значение отображается на индикаторе прибора в цифровом виде.

Входное устройство (ВУ) производит определение масштаба входного сигнала, его фильтрацию от помех. При измерении переменного напряжения производится его выпрямление. Таким образом, схема ВУ содержит делитель напряжения, фильтр сетевых помех, усилитель сигнала.

Фильтр необходим для повышения точности измерений, потому что сигнал помехи может восприниматься в виде полезного сигнала и после её дискретизации на выходном индикаторе отобразятся цифры, не соответствующие измеряемой величине полезного входного сигнала.

В «продвинутых» моделях дополнительно имеются устройства, осуществляющие выбор полярности и пределов измерения автоматически.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) осуществляет представление напряжения на входе прибора в виде интервала времени, длительность которого зависит от его величины. Этот интервал заполняется импульсами, которые вырабатывает собственный генератор вольтметра. Счётчик по командам устройства управления производит их подсчёт и на цифровом индикаторе прибора появляется цифровое значение величины, пропорциональное количеству импульсов.

Поскольку электронные компоненты ВУ имеют значительное входное сопротивление, цифровые вольтметры очень незначительно влияют на сопротивление участка цепи, на которой производится измерение. Точность их показаний намного выше, чем у всех предыдущих вольтметров.

Работать с прибором стало значительно проще. Нет необходимости производить дополнительный пересчёт полученного значения с учётом выбранной шкалы и установленного множителя (как у аналоговых вольтметров). Но требования, предъявляемые к качеству питающего напряжения очень высоки.

Принцип действия

Все устройства, которыми производятся измерения в электрических сетях, делятся на две группы: электромеханические и электронные.

Электромеханические аппараты

Это стрелочные приборы. Стрелка в них закреплена на рамке, на которую намотан провод. Эта катушка находится на одной оси с постоянным магнитом в приборах, используемых в сети постоянного тока, или с другой катушкой – в устройствах переменного напряжения.

Справка. Аппарат переменного тока в сети постоянного работать не будет, но устройство для измерения постоянного напряжения, если включить его через диодный мост, можно подключить в сеть переменного тока с потерей точности.

При прохождении тока по обмотке в ней наводится электромагнитное поле, взаимодействующее с магнитом или другой обмоткой, и рамка поворачивается. Вращению катушки со стрелкой препятствует пружина, поэтому угол поворота рамки соответствует току через неё и потенциалу на клеммах.

Для уменьшения колебаний стрелки устанавливается демпфер электромагнитный из алюминиевой пластины или пневматический, из поршня и цилиндра.

Для повышения точности стрелка снабжена противовесами, исключающими влияние силы тяжести, а сам механизм выполняется из легированной стали для уменьшения износа.

Электронные приборы

В электронных аппаратах чувствительным элементом является электронная плата, преобразующая входной сигнал в показания прибора. Питание такое устройство может получать от измеряемого напряжения или другого источника – внутренних батарей или внешнего питания.

Электронные вольтметры есть двух типов:

• Аналоговые. В них находится преобразователь входного сигнала в угол поворота стрелки, показывающий на шкале величину измеряемого напряжения. Недостаток аналоговых схем – в необходимости пересчитывать показания шкалы при изменении предела измерения;
• Цифровые. В таких приборах есть цифровой дисплей и преобразователь, отображающий входной сигнал в цифровом виде. При подключении устройства в сеть постоянного тока на табло показывается полярность подключения. Эти конструкции отличаются компактностью, а точность такого аппарата зависит от качества встроенного контроллера.

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.

Советуем к прочтению: Как сделать регулируемый блок питания из зарядного устройства

Изменение пределов измерения или зачем нужны добавочное сопротивление и шунт

В вольтметре резистор называется добавочным (Rд), а в амперметре — шунтирующим или просто шунтом (Rш). Разница в названиях этих элементов связана с их подключением. У каждого измерительного механизма есть какой-то предел измерения, обычно это сотни микро- или десятки миллиампер и определённое внутреннее сопротивление.

В вольтметре добавочный резистор ограничивает ток через измерительный механизм и увеличивает входное сопротивление прибора. Изменяя его сопротивление, можно с помощью одного и того же механизма измерять разные напряжения.

Например, есть измерительный механизм с такими характеристиками:

— ток полного отклонения 500 мкА;

Соответственно он может измерять ток до 500 микро

ампер (0,0005 ампера) или напряжение до:

U = IR = 0,0005×650 = 0,325 вольт

Чтобы измерять большее напряжение, нужно подключить последовательно измерительному механизму добавочное сопротивление, тогда часть напряжения упадёт на этом сопротивлении, а на измерительном механизме будут всё те же 0,325 вольта.

Попробуем посчитать сопротивление добавочного резистора. Допустим, мы хотим измерять напряжение до 5 вольт, общее сопротивление вольтметра равно сумме сопротивлений добавочного резистора Rд и измерительного механизма Rим:

Ток полного отклонения стрелки нам известен — 0,0005 А, будущий предел измерений 5 вольт, тогда общее сопротивление прибора должно быть:

R = U/Iизм = 5/0.0005=10 000 Ом

Чтобы найти сопротивление добавочного резистора, нужно из общего сопротивления вычесть сопротивление измерительного механизма:

Rд = Rобщ-Rим = 10 000 – 650 = 9 350 Ом

Вывод — чтобы сделать вольтметр с пределом измерения 5 В нужно к измерительному механизму подключить добавочный резистор с сопротивлением 9350 Ом.

Можно найти сопротивление добавочного резистора немного по-другому:

Где U – будущий предел измерений, Uизм – настоящий предел измерений

Результат, как вы видите, совпал.

Теперь разберёмся с амперметром

. Основная задача шунта пропустить себя ток превышающий предел измерительного механизма. Общее сопротивление амперметра находим по формуле сопротивления для соединённых параллельно резисторов.

Допустим, нам нужно измерять ток до 50А. Можно повторить подобные вышеизложенным расчёты, но можно сделать проще: сначала найдём соотношение между током шунта и током измерительного механизма, а после сопротивление шунта.

То есть, через измерительный механизм может протекать ток до 0,0005А, значит, через шунт будет протекать ток:

Iш = Iобщ-Iизм = 50–0,0005 = 49,9995 А

Тогда найдём отношение тока шунта к току измерительного механизма (Q):

Q = Iш/Iизм = 49,9995/0,0005 = 99 999

Теперь найдём сопротивление шунта по формуле:

Rш = Rизм/(Q-1) = 650/99 998 = 0,0065 Ома

Сопротивление шунта будет всего лишь 0,0065 Ома.

Примечание: расчёты шунта и добавочного сопротивления выполнены по книге Метрология, стандартизация и технические средства измерений авторов Тартаковского Д.Ф., Ястребова А.С., М.: Высшая Школа 2001 год.

Изменяя сопротивление шунта или добавочного резистора, можно изменять пределы измерения вольтметров или амперметров. При этом из стрелочного вольтметра можно сделать амперметр и наоборот. Для этого убирают «лишние» компоненты, оставляют измерительную головку и к ней подбирают резистор или шунт.

На практике в продаже можно найти шунты с необходимым сопротивлением и точностью измерения, самостоятельное изготовление точного шунта усложняется сложностью измерения столь малых сопротивлений.

Ещё нужно учитывать, что любой дополнительный элемент оказывает влияние на цепь, так как имеет своё сопротивление. Следовательно, при протекании через него тока он будет греться, то есть будут происходить потери мощности. Для более эффективного и безопасного измерения тока часто используют трансформаторы тока.

Для измерения высокого напряжения исходя из соображений электробезопасности и гальванической развязки используют измерительные трансформаторы напряжения. А при измерении очень низких напряжений описанные в статье вольтметры неизбежно внесут свои погрешности и повлияют на работу цепи. Поэтому используют электронные измерительные приборы с высоким входным сопротивлением. Электронный вольтметр необязательно будет с цифровым экраном, он может быть и стрелочным, но при этом на входе будет установлена электронная цепь, например, усилитель на транзисторах или другие решения.

В вольтметрах и амперметрах кроме шунта или добавочного резистора и измерительного механизма может быть и выпрямитель. Такое решение применяется в тех случаях, когда используется магнитоэлектрический измерительный механизм. Он может измерять только постоянный ток, поэтому для измерения переменный ток преобразовывают в постоянный (выпрямляют).

Подключение вольтметра

Напряжение на источнике питания или элементе цепи измеряется аппаратом, который подключается параллельно устройству.

Катушка прибора имеет низкое сопротивление, и при непосредственном включении в сеть ток будет большим. Для уменьшения потребляемого тока и влияния на электрическую сеть в цепь последовательно с аппаратом включаются добавочные сопротивления.

Важно! При включении вольтметра последовательно с нагрузкой он покажет напряжение источника питания с погрешностью из-за сопротивления нагрузки. Последовательно подсоединяют амперметр.

Постоянное напряжение

Способы измерения постоянного напряжения зависят от его величины:

Увеличение предела измерения производится включёнием последовательно с прибором добавочного сопротивления Rдоб. Для увеличения предела в n раз общее сопротивление также необходимо увеличить в n раз и, учитывая сопротивление прибора Rпр, Rдоб=Rпр*(n-1). Показания шкалы также умножаются на n.

Переменное напряжение

Методы и типы устройств для измерения в сетях переменного тока зависят от величины напряжения и частоты сети:

Важно! Вольтметр переменного тока показывает действующее значение напряжения. При синусоидальной форме его величина в √3 (1,7) меньше амплитудного.

Расширение пределов измерения производится включением через разделительный или автотрансформатор, а также использованием добавочного сопротивления. Его величина рассчитывается аналогично измерениям в сети постоянного тока.

При использовании разделительного трансформатора показания прибора умножаются на коэффициент трансформации n=U1/U2.

Подключение вольтметра необходимо производить по определённым схемам. Это делается для того, чтобы показания прибора соответствовали параметрам сети.

Как работать с мультиметром

При работе с тестером необходимо следовать рекомендациям, указанным в инструкции по эксплуатации.

Постоянное напряжение

Цепь предварительно разрывается.

1. Красный щуп подключается к разъёму «V Ω ma».
2. Чёрный – подсоединяется к гнезду «COM».
3. Поворотным переключателем выбирается оценочный предел постоянного напряжения «DCV».
4. Если значение неизвестно, устанавливается максимальное, затем последовательно уменьшается на одну позицию.
5. Свободные концы щупов подключаются к схеме.
6. Отображённое на дисплее напряжение фиксируется.

При наличии кнопки «HOLD» ею можно «заморозить» текущее значение на дисплее.

Переменное напряжение

Алгоритм работы аналогичный. Только поворотный переключатель переводится в положение ACV.

Почему вольтметр всегда подключен параллельно?

Сопротивление у идеального вольтметра равно бесконечности. Но это у идеального, у реального оно значительно меньше, но все еще очень высоко. Поэтому при подключении измерительного прибора в цепь последовательно его показания не будут иметь ничего общего с правдой, а его внутреннее сопротивление окажет существенное влияние на электрическую цепь (практически разрыв цепи из-за большого внутреннего сопротивления).

Вольтметр всегда подключается параллельно цепи, так что падение напряжения на измерительном приборе никак не влияет на работу электрической цепи. Также если измерительный прибор является многопредельным (например 3, 15, 75 и 150 В), при переключении предела последовательно катушке измерения вводится добавочное сопротивление (как правило оно уже установлено в корпусе прибора, но стоит уточнить это в техпаспорте), которое предохраняет измерительную катушку электрического прибора от токов выше номинального и обеспечивают точность измерения.

Добавочный резистор

Современные измерительные приборы поставляются с добавочным резистором, подключённым последовательно с обмоткой тестера либо вольтметра. Он снижает нагрузку на катушку, часть напряжения приходится на сопротивление. Это значение предварительно известно, к тому же пропорционально сопротивлению резистора. Если на старых лабораторных вольтметрах такого резистора нет, его подключают отдельно, после проводят вычисления. Цифровые измерительные устройства делают это автоматически – поворотом ручки устанавливается соответствующий множитель.

От сопротивления добавочного резистора зависит максимальное измеряемое значение напряжения. Для большинства бытовых тестеров пиковым является напряжение:

• постоянное – 1000 В или 1 кВ;
• переменное – 200 В.

Для изготовления резистора применяют материал с низким температурным сопротивлением, что исключает зависимость показаний прибора от термических показателей.

Поделитесь в социальных сетях: 21 октября 2022, 14:10 Физика 0.00% 00

Схемы и способы подключения

Часто возникает вопрос, как подключать амперметр, последовательно или параллельно. Соединить рассматриваемое устройство в разрыв электроцепи не составит труда. В целях безопасности такая процедура выполняется, когда отключен источник питания. Заранее нужно удостовериться, что максимальный ток не будет превышать допустимые значения прибора. Такие шкалы дублируются в сопроводительной техдокументации. Когда подается питающее напряжение, снимаются показания. Необходимо выждать, когда прекратит колебаться стрелка. Когда она смещается в обратную сторону, то меняется полярность подключения. При чересчур сильном токе используется допшунтирование.

Схема подсоединения приспособления бывает прямой либо косвенной. В первом случае устройство непосредственно подключают в электроцепь меж источником питания и нагрузкой.

До того, как подключить приспособление необходимо учитывать:

• постоянный либо переменный ток в электросети;
• соблюдена ли полярность устройства;
• стрелка приспособления должна располагаться за серединой шкалы;
• границы измерения максимально возможных скачков тока в схеме;
• соответствует ли внешняя среда рекомендованным показателям;
• находится ли место измерений без влияния вибрации.

Подключение устройства

В цепь постоянного тока

Постоянный ток может проходить через разные электросхемы. В качестве примера можно привести всевозможные зарядные устройства, блоки питания. Чтобы ремонтировать подобные устройства, мастер должен иметь понимание, как подключается амперметр в электроцепь.

В домашних условиях такие навыки также не станут лишними. Они помогают человеку, который не слишком увлекается радиоэлектроникой, самому определять, например, время, на которое хватает зарядки батареи от фотоаппарата.

Чтобы провести эксперимент, понадобится в полной мере заряженный аккумулятор с номинальным напряжением, к примеру, в 3,5 В. Кроме того, нужно использовать лампу такого же номинала, чтобы создать последовательную схему:

• аккумулятор;
• амперметр;
• лампочка.

Запись, которая обозначена на измерительном устройстве, фиксируется. К примеру, осветительный прибор будет потреблять электроэнергию мощностью в 150 миллиампер, а батарея имеет вместимость в 1500 миллиампер-часов. Следовательно, она будет работать в течение 10 часов, выдавая ток в 150 мА.

Подсоединение к зарядному устройству

Часто возникает вопрос, как правильно подключать амперметр к зарядному устройству. В процессе применения зарядного устройства возникает надобность в измерении силы тока. Подобное даст возможность осуществлять контроль процесса накопления электроэнергии батареей, и избежать перезарядки с недозарядкой. Вследствие этого сроки эксплуатации аккумуляторной батареи существенно увеличатся.

Во время работы большого количества технических приспособлений появляется необходимость в контроле силы тока. Стрелки амперметра либо показатели на мониторе дискретного устройства покажут оператору такой физический параметр. Проводимые замеры нужны, чтобы поддержать рабоче состояние и для сигнализации о появлении аварийной ситуации.

Советуем к прочтению: Простейшие усилители низкой частоты на транзисторах

Как пользоваться вольтметром в автомобиле?

Теперь самое интересное – как по простым цифрам на вольтметре узнавать всю ту информацию, которая была перечислена в списке в начале статьи? Пойдем по порядку.

На сколько % заряжена аккумуляторная батарея?

Процент заряженности АКБ можно определить по тому, сколько вольт она выдает в состоянии покоя. Последнее является очень важным условием, обязательным к выполнению. Потому с него и начнем. Как вывести аккумуляторную батарею в состояние покоя? А надо просто дать ей отстояться в течение 8-12 часов. В таком состоянии АКБ пребывает обычно утром, если автомобиль до этого эксплуатировался вчера, и был поставлен на стоянку не поздно вечером. За ночь батарея «успокоилась», напряжение на ней выровнялось, и по нему можно определять, на сколько процентов она заряжена.

Как это делается? Полностью исправная батарея легкового автомобиля в состоянии покоя должна выдавать напряжение от 11,7 В до 12,7 В. При этом, если вольтметр показывает 12,7 В, то аккумулятор заряжен на 100 %, а если 11,7 В – то он, наоборот, разряжен в ноль. Напомним, что батарея должна быть отстоявшейся, а также в момент измерений не должна быть включена никакая нагрузка (музыка, габариты, гаджеты и так далее).

Прелесть этого метода в том, что по вольтажу АКБ, пребывающей в покое и без нагрузки, можно определить и промежуточные значения в процентах. Для этого достаточно сопоставить десятые доли вольта с десятками процентов. Например, если напряжение батареи 12,6 В, то вычитаем 10% из 100%, и получаем заряженность АКБ на 90%. Соответственно, 12,5 В – это 70%, и так далее, до полного разряда.

Перед тем, как начать пользоваться этой методикой, не лишним будет проверить ток утечки, когда автомобиль заглушен и все приборы выключены. Если какие-либо потребители находятся в спящем режиме, они могут потреблять достаточно большой ток из АКБ. Это станет причиной просадки напряжения, и полученные описанным способом данные будут неточными. Самые точные % можно узнать только при полностью отключенной от бортовой сети АКБ. Если же ток утечки в норме (50-100 мА), то процент заряда будет весьма точным.

Как АКБ держит нагрузку во время запуска двигателя?

Во время работы стартера аккумуляторная батарея испытывает самые больше нагрузки, несравнимые с другими потребителями автомобиля. Токи в этот момент достигают сотен ампер, что вызывает весьма заметную просадку напряжения даже на новой и полностью заряженной батарее.

Так вот. Если обратить внимание на вольтметр во время запуска двигателя, то можно узнать, насколько хорошо держит большую нагрузку ваш аккумулятор. Если АКБ полностью исправна и не сильно изношена, то просадка должна быть не более 2-3 десятых вольта. То есть, если вы сели в автомобиль утром, и напряжение было 12,5 В, а в процессе старта мотора просело до 12,3 В, то это свидетельствует о том, что батарея отлично держит нагрузку.

Этот метод, кстати говоря, позволяет определять не только исправность батареи, но и самого стартера. Если, например, у вас установлена абсолютно новая (или сравнительно свежая) батарея, в которой вы уверены, а просадка напряжения при старте все равно огромная (падает до 11-10 В и ниже), то это означает, что со стартером есть явные проблемы. Он либо подклинивает, либо есть износ щеток, либо замыкание в обмотках. Плохой контакт на клеммах стартера тоже может стать причиной конкретных просадок напряжения.

Нормально ли заряжается АКБ от генератора?

Когда двигатель запущен и работает, генератор должен вырабатывать электроэнергию, часть которой возвращается в аккумулятор, заряжая ее. Чтобы определить, что заряд действительно происходит, и позволяет определить рассматриваемый здесь прибор.

Сколько должен показывать вольтметр при заведенной машине? Здесь на разных автомобилях показатели достаточно сильно разнятся. Если брать идеальное напряжение, которое свидетельствует о полноценном заряде батареи, то оно соответствует 14,4 В. Но есть несколько нюансов.

1. Во-первых, если перед запуском мотора АКБ была сильно разряжена, то в первые минуты напряжение заряда будет несколько меньшим, чем положено. Может быть даже меньше 14 В (13,7-13,8, например). Это нормально. Со временем оно будет повышаться, и выйдет на указанный параметр.
2. Во-вторых, нормально напряжение заряда на разных автомобилях отличается. Оно зависит и от генератора, и от скорости вращения коленчатого вала, и от характеристик или исправности реле-регулятора. В целом, если напряжение заряда сильно отличается от идеальных 14,4 В, то следует показать свой автомобиль хорошему автоэлектрику.
3. В-третьих, при отрицательных температурах окружающей среды считается, что АКБ первые полчаса вообще не способна принимать заряд от генератора. Отсюда следует, что сразу после запуска в сильный мороз напряжение заряда будет далеким от идеального. Если вся система исправна, то после прогрева подкапотного пространства и самой батареи показатели вольтметра выровняются.

Процесс подключения

Что измеряет вольтметр

Для снятия показаний напряжения сети на определенном участке цепи вольтметр подсоединяют к ней только параллельно, вне зависимости от типа прибора, так как в этом случае он оказывает минимальное влияние на движение электротока. Контроль напряжения этим измерителем можно проводить как у нагрузки, так и у источника питания.

Схема параллельного подключения вольтметра в сеть

Когда вольтметр вклинивается в электроцепь последовательно, то получается фактический ее разрыв из-за большого внутреннего сопротивления, соответственно, полученные измерения будут некорректными, а во многих случаях может случиться вообще короткое замыкание или выход элементов цепи из строя, в том числе и измерителя.

На заметку. Не стоит путать вольтметр с амперметром, который подключается к электросети последовательно, так как сопротивление при измерении силы тока должно быть минимальным.

Подключение прибора к двум участкам цепи производится посредством зажатия проводков специальными электродами или зажимами.

Если нужно измерить участки электроцепи постоянного тока с заведомо высоким напряжением или требуется получить сверхточные данные этого параметра, то следует воспользоваться добавочным сопротивлением, за создание которого отвечают резисторы – простейшие делители напряжения.

Подключение добавочного сопротивления (резисторов) на схеме для увеличения точности вольтметра

Проводя измерения в электросетях переменного тока с высоким напряжением, можно использовать в качестве добавочного сопротивления не только резисторы, но и измерительные трансформаторы. Именно с переменным током обычно электрики применяют трансформаторы напряжения, так как они не только уменьшают напряжение для конечного потребителя, но еще и разделяют измерительную цепь от силовой.

Внешний вид трансформатора напряжения

Правила подключения вольтметров в цепь:

1. Следует выбирать верный диапазон измерений прибора. Нельзя измерять большое напряжение вольтметром, который предназначен для измерений параметров микросхем;
2. Если показание прибора близко к предельному значению, следует работать с ним осторожно, так как скачек ЭДС может повредить его обмотки;
3. Стрелочный прибор нужно располагать согласно инструкции: или вертикально, или горизонтально. При контроле показаний рекомендуется исключить воздействие электромагнитных полей на прибор и вибрационных волн;
4. Подключение вольтметров можно совершать в цепь, которая уже находится под напряжением, однако при опасных величинах этого показателя нелишним будет применение специальных перчаток и диэлектрического полотна (коврика);
5. Если стрелка в аналоговом приборе перед началом снятия показаний выдает ненулевой результат, то необходимо произвести его сброс регулирующим элементом – винтом;
6. Периодически нужно проводить над прибором калибровочные мероприятия, что будет гарантом точности измерений, которые он выдает;
7. При первом использовании прибора стоит проводить его включение в обесточенную сеть – только лишь при подсоединении всех клемм и проводов устройства включается ток;
8. При измерительных процедурах во избежание травм рекомендуется ознакомиться с мерами предосторожности, которые указываются в инструкции.

При контроле напряжения в разных цепях могут применяться различные вольтметры и дополнительные устройства (резисторы, трансформаторы к ним), для получения сверхточных результатов измерений важно учитывать особенности каждого из них.

Применение мультиметра

В большинстве случаев для проведения измерений удобно пользоваться специализированными приборами. Существует большое количество разновидностей, при использовании которых возможно последовательное и параллельное соединение в цепь. Схема включения вольтметра подразумевает только параллельное его соединение.

В некоторых случаях можно воспользоваться мультиметром. Этот измерительный прибор работает по универсальному принципу. С его помощью можно измерять различные электрические величины, в том числе постоянное и переменное напряжение. Чтобы это сделать, необходимо предпринять следующие шаги:

1. Установить переключатель в соответствующий режим для измерения постоянного или переменного напряжения.
2. Выбрать диапазон измерений. Для этого надо указать на ближайшее значение, превосходящее ожидаемое.
3. Подключить чёрный и красный щупы. Первый вставляется в гнездо COM, второй — в соседнее с обозначением V.
4. Щупы подключаются параллельно измеряемой детали с соблюдением правильной полярности.
5. На дисплее отображается результат измерения.

После окончания работы, ручку переключения режимов следует перевести в положение «Выключено». Преимуществом использования мультиметра является его универсальность и простота применения.

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.

Измерение тока амперметром

Амперметр измеряет ток в цепи, через нагрузку или через отдельный её элемент. Поэтому для измерения тока амперметр подключается в цепь последовательно

, в остальном аналогично вольтметру:

— При измерении силы постоянного тока нужно учитывать полярность, то есть плюс амперметра к плюсу источнику питания, а минус к нагрузке. Можно подключить наоборот — плюс амперметра к нагрузке, а минус к минусу источника питания.

— При измерении силы переменного тока не нужно учитывать полярность.

— При выборе прибора тоже важно обращать внимание на род измеряемой величины.

Почему сопротивление амперметра должно быть значительно меньше сопротивления цепи?

Для того чтобы амперметр не изменял заметно общего сопротивления цепи, собственное его сопротивление, как следует из формулы (54.2), должно быть малым по сравнению с сопротивлением цепи. Поэтому амперметры делают с очень малым сопротивлением (несколько десятых или сотых долей Ома).

Интересные материалы:

Сколько символов на одной странице Ворд? Сколько сюжетных миссий в Метал Гир Солид 5? Сколько сказочных героев тянули репку? Сколько склонений у сущ? Сколько слогов карандаши? Сколько служат служебные собаки? Сколько служить до капитана полиции? Сколько служит тушь для ресниц? Сколько служить в армии с бакалавром? Сколько смолы и никотина в сигаретах Винстон синий?

Общая информация

Напряжение (U) – это важный параметр электросети, что показывает отношение работы, которую совершило электрическое поле по передвижению заряда (А), к величине самого заряда (q):

U=A/q.

Вольты являются единицей измерения электронапряжения.

Схематическое определение электрического напряжения

Вольтметр – измерительный прибор, который считывает электронапряжение в различных цепях и обладает большим сопротивлением. Вольтметры бывают различных видов:

1. По назначению:

• для переменного или постоянного электротока;
• фазные;
• импульсной чувствительности;
• универсальные (многофункциональные);
• селективного поиска частот.

1. По методу установки:

• стационарные;
• автономные;
• щитовые.

1. По принципу измерения:

• стрелочные;
• цифровые;
• статические.

Каждый из них имеет свои особенности по строению, принципу измерения и назначению, а также свой уникальный внешний вид.

Важно! На электрических схемах это измерительное устройство обозначается буквами «V» или «PV».

Прямая конфигурация многодиапазонного вольтметра

В этой конфигурации вольтметра каждый множительный резистор RS многодиапазонного вольтметра подключается последовательно с измерителем, как и раньше, чтобы получить желаемый диапазон напряжения. Так, если мы предположим, что наш измеритель 50 мВ FSD требуется для измерения следующих диапазонов напряжения: 10 В, 50 В, 100 В, 250 В и 500 В, то необходимые последовательные резисторы рассчитываются так же, как и раньше:

Приведение схемы прямого многодиапазонного вольтметра из:

Хотя эта конфигурация прямого вольтметра работает очень хорошо для считывания нашего диапазона напряжений, значения множительных резисторов, необходимые для получения правильного FSD измерителя для рассчитанных диапазонов, могут давать значения резисторов, которые не являются стандартными предпочтительными значениями, или требуют спаивания резисторов для получения точного значения.

Рассчитанные нами значения от 99,5kΩ до 4,9995MΩ не являются общепринятыми значениями резисторов, поэтому нам необходимо найти вариацию вышеописанной конструкции вольтметра, которая будет использовать более общедоступные значения резисторов.