Что измеряет и показывает вольтметр. Какое напряжение показывает вольтметр?

Следует помнить, однако, что при таком подключении часть тока IVпротекает через вольтметр, а не через исследуемый элемент R. Таким образом, мы имеем дело с ситуацией, когда энергия измерения физической величины изменяет ее значение. Это не единственный подобный пример в физике.

Что измеряет и показывает вольтметр

Что измеряет вольтметр

Такой прибор, как вольтметр, известен всем с момента изучения физики, точнее электродинамики. Если вы знаете, что измеряет вольтметр, вы можете использовать его в своих интересах. Важно, чтобы прибор был подключен параллельно к сети, иначе показания будут неточными. Необходимо соблюдать меры безопасности, поскольку электрические токи любого напряжения опасны для жизни.

  • Подробнее о приборе
  • Что такое напряжение
  • Разновидности вольтметров
  • Технические характеристики
  • Принцип работы
  • Меры безопасности

Подробнее о приборе

Вольтметр

Вольтметр используется для измерения напряжения электричества в цепи. Его название происходит от традиционного слова, обозначающего измерительные приборы, «метр», и от единицы измерения напряжения, «вольт». Просто включите его в розетку, и он покажет напряжение.

Конечно, колебания есть, но они незначительны. Для правильного считывания показаний он должен иметь бесконечное внутреннее сопротивление, иначе его влияние на цепь, к которой он подключен, неизбежно. Конечно, такого сопротивления быть не может: идеальных вольтметров не существует, но при их изготовлении прилагаются все усилия для увеличения внутреннего сопротивления.

Что такое напряжение

Чтобы понять, как именно работает вольтметр и что он показывает, необходимо знать, что является объектом его измерения. Важно понимать, что такое напряжение и от чего зависит его величина.

Как вы знаете из уроков физики в школе, величина рассчитывается по формуле U=IR, где:

  • U — это собственно и есть напряжение;
  • I — сила тока;
  • R — сопротивление на участке цепи.

Чтобы найти напряжение сети, нужно умножить напряжение на сопротивление. Прежде чем это сделать, необходимо знать, что представляют собой два последних значения. Например, если напряжение составляет 5 ампер, а сопротивление — 2 Ом, то напряжение равно 10 вольтам.

Хотя приведенная выше формула максимально проста, она не говорит о том, что такое напряжение и зачем его вообще измерять. В конце концов, это просто цифры, не более того. К сожалению, сам ток не виден, как и заряженные мелкие частицы.

Для лучшего понимания мы можем сравнить ток в проводнике с объектами, которые мы часто наблюдаем в повседневной жизни. Здесь особенно полезно сравнение с движением воды в реках и водопадах, т.е. потоком воды с высокого уровня на низкий. Здесь тренд соответствует высоте: разнице в высоте над уровнем моря. Другими словами, напряжение в сети соответствует давлению воды в реке. Если нет напряжения в сети, то нет и тока. Даже в водоеме, где уровень воды везде одинаков, например, в озере или пруду, нет течения.

На шкале прибора обычно обозначается буквой «V». Это позволяет лучше отличить его от других электроизмерительных приборов, таких как амперметр, который показывает силу тока. Дело в том, что эти инструменты очень похожи.

Диапазон вольтметра может быть различным. Приборы, предназначенные для подключения к слабой электросети, показывают максимум 5 вольт. Также доступны приборы с более широким диапазоном, например, 10 или 25 вольт. Более мощные устройства могут показывать напряжение до тысячи вольт. Конечно, все зависит от цели использования вольтметра.

Вступление

Когда речь идет о напряжении в розетке, клише «розетка 220 вольт» слишком часто используется для маскировки реальной ситуации.

Первоначально, согласно ГОСТ 29322-2014, напряжение сети должно быть 230 В±10% при частоте 50±0,2 Гц (фазное напряжение 400 В, фазно-нейтральное напряжение 230 В), но в том же ГОСТе есть примечание: «Однако системы 220/380 В и 240/415 В по-прежнему используются».

Это не привычная нам «розетка 220 В». А когда речь идет о «фазном», «линейном», «активном» и «пиковом» напряжениях, то это чистый хаос. Сколько вольт в розетке?

Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны сначала рассмотреть, как измеряется переменное напряжение.

Как измерять переменное напряжение?

Прежде чем мы углубимся в дебри цепей переменного тока и напряжений, давайте вспомним школьную физику цепей постоянного тока.

Цепи постоянного тока — простая вещь. Если мы подключим активную нагрузку (например, обычную лампочку, как на рисунке) к цепи постоянного тока, то все, что происходит в цепи, характеризуется только двумя вещами: напряжением на нагрузке U и током, протекающим через нагрузку I. Ток, потребляемый нагрузкой I, является мощностью, потребляемой нагрузкой. Мощность, потребляемая нагрузкой, может быть четко рассчитана по знакомой со школы формуле: .

Или если учесть, что согласно закону Ома, мощность P, поглощаемая нагрузкой лампы, может быть рассчитана по следующей формуле.

С напряжением переменного тока дело обстоит сложнее: оно может иметь разное мгновенное значение в любой момент времени. Поэтому нагрузка, подключенная к источнику переменного тока (например, лампа накаливания, подключенная к розетке), имеет разную выходную мощность в разное время. Это очень проблематично для описания схемы.

Но нам повезло: форма напряжения на розетке — синусоидальная. А синусоида, как мы знаем, полностью описывается тремя параметрами: Амплитуда, период и фаза. В однофазной сети (а обычная розетка с двумя отверстиями — это только однофазная сеть) можно забыть о фазе. На рисунке подробно показаны два периода сети однофазного напряжения. Это в розетке.

  Зачем нужен антистатический браслет и когда его нужно использовать. Антистатический браслет для чего?

Давайте посмотрим, что означают буквы на картинке.

T-период — это время между двумя последовательными минимумами или максимумами синусоидальной волны. Для сети высокочастотного освещения этот период составляет 20 миллисекунд, что соответствует частоте 50 Гц. Частота колебаний сетевого напряжения поддерживается с высокой точностью в долях процента.

Очевидно, что напряжения в любых двух точках синусоиды, разделенных целым числом периодов, всегда равны.

Амплитуда Um — это максимальное напряжение, пик синусоиды. Фактическое напряжение Ud объясняется ниже.

Напряжение в розетке (или в однофазной сети) описывается следующей формулой

где t — фактическое время, Um — амплитуда (или пик) напряжения, а T — период сетевого напряжения.

Если с однофазным переменным напряжением все более или менее понятно, давайте попробуем рассчитать мощность, которую отдает наша любимая лампочка при включении ее непосредственно в розетку.

Поскольку лампа накаливания является активной нагрузкой (т.е. ее сопротивление не зависит от частоты напряжения и тока), мгновенная мощность, вырабатываемая лампой накаливания в цоколе, рассчитывается по следующей формуле

где t — мгновенное время, а R — сопротивление нити накала, когда нить горячая. Если мы знаем амплитуду переменного напряжения Um, мы можем написать:

Понятно, что мгновенная мощность является сложным параметром и на практике не особо нужна. Поэтому на практике обычно используется средняя мощность за определенный период времени. Средняя мощность — это та, которая указывается на лампах, обогревателях и других бытовых приборах.

Средняя мощность обычно рассчитывается по следующей формуле:

Что же показывает вольтметр?

Для цепей постоянного тока это просто — вольтметр показывает одно напряжение между двумя контактами.

С цепями переменного тока все еще сложнее. Некоторые люди (и довольно многие, я видел) считают, что вольтметр показывает пиковое напряжение Um,но это не так.!

Вольтметры обычно показывают среднеквадратичное значение напряжения сети Ud.

Конечно, это вольтметры переменного тока! Поэтому при измерении напряжения сети вольтметром убедитесь, что он работает в режиме переменного тока.

Следует отметить, что существуют также вольтметры «пикового значения», которые отображают амплитудные значения напряжения, но на практике, при измерении сетевого напряжения в домашних условиях, они обычно не используются.

Давайте посмотрим, почему это проблема. Почему бы просто не измерить амплитуду? Зачем придумывать «реальное значение» напряжения?

Это имеет отношение к потреблению энергии. Я написал об этом не просто так. Дело в том, что реальное значение переменного напряжения равно значению постоянного напряжения, совершающего ту же работу, что и это переменное напряжение, в течение периода времени, равного одному периоду переменного напряжения.

Проще говоря, лампа накаливания будет гореть с одинаковой интенсивностью независимо от того, подключена ли она к цепи постоянного тока 220 В или к цепи переменного тока со среднеквадратичным значением 220 В.

Для тех из вас, кто уже знаком с интегралами или еще не забыл математику, вот общая формула для расчета эффективного напряжения любой формы:

Из этой формулы также понятно, почему фактическое значение переменного напряжения также называют «среднеквадратичным значением».

Обратите внимание, что заниженное выражение — это «мощность, усредненная за один период», вам просто нужно разделить это выражение на сопротивление нагрузки R.

При применении к синусоидальной форме волны напряжения, после нескольких простых преобразований несказочный интеграл преобразуется в простую формулу:

Где Ud — истинное или среднеквадратичное значение напряжения (такое же, как обычно показывает вольтметр), а Um — значение амплитуды.

Среднеквадратичное напряжение хорошо тем, что расчет средней мощности на активной нагрузке точно такой же, как и расчет непрерывной мощности:

Это неудивительно, если вспомнить определение фактического значения напряжения, приведенное выше.

Наконец, давайте подсчитаем, какова амплитуда напряжения в розетке «220 В»:

В худшем случае, если у вас сеть 240 В, даже с допуском +10%, амплитуда составляет целых !

Поэтому если вы хотите, чтобы оборудование, работающее от сети, работало непрерывно и не перегорало, следует выбирать компоненты, выдерживающие пиковое напряжение не менее 400 В. Разумеется, речь идет о компонентах, на которые непосредственно подается сетевое напряжение.

Следует отметить, что для несинусоидальных форм волны значение фактического напряжения рассчитывается по другим формулам. Желающие могут получить интегралы или найти их в справочниках. Но нас интересует сеть, а она всегда должна быть синусоидальной.

Как работает вольтметр?

Существует два типа вольтметров: аналоговые вольтметры, которые показывают значение по наклону стрелки механического прибора, и цифровые вольтметры, которые все чаще используются сегодня и оснащены сложными электронными схемами.

Аналоговые вольтметры обычно представляют собой амперметры с последовательно подключенным резистором RVпоследовательный резистор с очень высоким значением электрического сопротивления. То есть, по сути, они измеряют ток IVа шкала показывает значение, которое является результатом расчета: UV= IV* RV.

Цифровые измерительные приборы обычно наоборот (т.е. они являются вольтметрами, а не амперметрами). Причина в том, что построить цифровой вольтметр относительно просто. Если подключить его параллельно низкоомному резистору, получится амперметр. Значение индекса может быть рассчитано в соответствии со следующим уравнением: UV= IV* RV.

Однако существует тип аналогового вольтметра, который не основан на принципе амперметра. Это электростатический вольтметр. На практике это конденсатор, в котором одна часть неподвижна, а другая подвижна. Указатель на подвижной части приводится в движение электрическим взаимодействием клемм. Такой вольтметр также может измерять очень высокие электрические напряжения, а значение его внутреннего сопротивления практически бесконечно.

  Все, что нужно знать о хомутах. Хомут что это такое.

Устройство

Рассмотрите конструкцию электростатического и электромагнитного вольтметра и способы их соединения в цепи.

На рисунке 5 показана конструкция электростатического вольтметра (слева) и электромагнитного вольтметра (справа) и их соединение в цепь. Движущиеся части вольтметра отмечены красным цветом.

Различные элементы вольтметра обозначены цифрами.

Устройство вольтметров

На рисунке 5 показано:

  1. Неподвижная часть крышки воздушного конденсатора.
  2. Подвижная часть обкладки воздушного конденсатора (чем сильнее притянута к неподвижной части, тем выше напряжение между обкладками).
  3. Указатель, который позволяет считывать результат по шкале.
  4. Указатель, который позволяет считывать результат по шкале.
  5. Катушка, через которую протекает ток, создающий магнитное поле.
  6. Ферромагнит, втянутый в катушку тем сильнее, чем сильнее протекающий через него ток (т.е. чем больше создаваемое им магнитное поле).
  7. Пружина, уравновешивающая втягивающее усилие.
  8. Направление магнитного поля, создаваемого катушкой.
  9. Добавочный резистор — для изменения диапазона измерения вольтметра.
  10. Проверка элемента электрической цепи.
  11. Проверка элемента электрической цепи.
  12. Электрическое напряжение на концах элемента R1.
  13. Электрическое напряжение на концах элемента R2.

Вольтметр-измеряем напряжение. Назначение, принцип работы, типы.

Все об энергетике, электротехнике и электронике

Вольтметр — это прибор для измерения электродвижущей силы (ЭДС) в определенной точке цепи или, проще говоря, вольтметра (разности потенциалов). Это устройство всегда подключается параллельно силовому элементу или нагрузке. Вольтметр отображает измеренное значение в вольтах.

Идеальный вольтметр должен иметь бесконечное внутреннее сопротивление, чтобы он точно измерял напряжение и не оказывал негативного влияния на цепь. По этой причине в приборах высокого класса мы стараемся сделать как можно более высоким внутреннее сопротивление, от которого зависит точность измерений и помехи, наводимые вольтметром на схему.

вольтметр-7

Рисунок — Типы измерения напряжения

По типу установки вольтметры делятся на три основные группы:

вольтметр 6

Как следует из названия, стационарные счетчики используются там, где требуется постоянный контроль, щитовые счетчики применяются в распределительных щитах и приборных панелях, а переносные счетчики представляют собой компактные устройства, которые можно использовать где угодно.

Рисунок — Схема подключения вольтметра

Вот видео о том, как подключить вольтметр:

По назначению все вольтметры делятся

Вольтметры переменного тока и вольтметры постоянного тока используются для измерений в сети с соответствующим типом тока, но селективные вольтметры могут отделить гармоническую составляющую составного сигнала и определить среднеквадратичное значение напряжения.

Импульсный вольтметр обычно используется для измерения амплитуды равномерных импульсных сигналов, но может также точно определять амплитуду одиночного импульса.

Фазочувствительные измерители могут использоваться для измерения изменений в компонентах импедансных напряжений, чтобы можно было детально изучить амплитудное и фазовое поведение усилителей и подобных схем.

Различают электронные вольтметры (цифровые или аналоговые) и электромеханические вольтметры (электромагнитные, термоэлектрические, магнитоэлектрические, электродинамические и электростатические вольтметры).

Все электромеханические устройства, за исключением термоэлектрических, по сути, представляют собой обычный измерительный механизм с индикаторным устройством. Во всех случаях для расширения диапазона измерений используются дополнительные резисторы.

Эта категория имеет относительно высокое внутреннее сопротивление, но и относительно высокую погрешность, поэтому она не подходит для экспериментов и исследований, требующих высокой степени точности.

Термоэлектрический вольтметр использует для измерений электродвижущую силу одной или нескольких термопар, нагреваемых входящим сигнальным током. Они более точны и компактны, чем электромеханические вольтметры.

Электронные вольтметры делятся на цифровые и аналоговые.

Цифровой вольтметр преобразует фиксированное значение напряжения в цифровой сигнал, который отображается на дисплее прибора. Это осуществляется с помощью аналого-цифрового преобразователя.

Аналоговые вольтметры, помимо магнитоэлектрического измерителя и дополнительных резисторов, обязательно содержат измерительный усилитель, который может многократно увеличить внутреннее сопротивление измерителя и тем самым повысить точность измерений.

Рассмотрим несколько вольтметров разных производителей

Вольтметр 21. В3-57 — микровольтметр

Модель B3-57 RMS вольтметр/преобразователь представляет собой измерительный прибор. Он предназначен для измерения среднеквадратичных напряжений любой формы и линейного преобразования их в постоянное напряжение. Шкала прибора указана в среднеквадратичных напряжениях и децибелах (от 0 дБ до 0,775 В). Он используется для калибровки и настройки различных радиоустройств, расчета частотной характеристики широкополосных устройств, мониторинга фиксированных сигналов помех и т.д.

— Пределы измеряемого напряжения 10 мкВ — 300 В с предельными диапазонами: 0,03-0,1-0,3-1-3-10-30-100-300мВ 1-3-10-30-100-300В

— Частотные пределы 5 Гц — 5 МГц

— Допустимая погрешность, %: ±1 (30-300 мВ), ±1,5 (1-10 мВ), ±2,5 (0,1-0,3 мВ и 1-300 В), ±4 (0,03 мВ)

— Входное сопротивление: 5 мегаом ±20%.

— Входная емкость: 27пФ (0,03-300 мВ) и 12пФ (1-300 В)

— Выходное напряжение линейного преобразователя 1 В

— Выходной импеданс линейного преобразователя 1 кОм ±10%.

— Предельное значение коэффициента амплитуды сигнала 6*(Uk/Ux)

Вольтметр 3

2.Вольтметры переменного напряжения АКИП-2401

— Измерение среднеквадратичного напряжения переменного тока

— Диапазон частот: от 5 Гц до 5 МГц

— Диапазон измерения напряжения: 50 мкВ…300 В (6 диапазонов)

— Два входа для измерения ВЧ: Can1 / Can2

— Максимальное разрешение: 0,0001 мВ

— Отображение уровня входного сигнала в дБн, дБм, Upeak

— Автоматический или ручной выбор пределов измерения, сохранение результатов

Вольтметр 43. Вольтметр В7-40/1

Вольтметр V7-40/1 — это высококачественный, цифровой и универсальный прибор для измерения постоянного и переменного напряжения, тока и сопротивления постоянному току. Он используется в производстве радиоаппаратуры и радиоэлектронных компонентов, в научных и экспериментальных исследованиях, в лаборатории и в лабораторных условиях. Встроенный интерфейс IEEE-488 позволяет успешно использовать вольтметр V7-40/1 в автоматических информационно-измерительных системах.

  Все о воротках. Что такое вороток инструмент.

Вольтметр V7-40/1 подходит для жестких условий эксплуатации.

— Точность измерения постоянного тока вольтметром V7-40/1 составляет 0,05 %.

— Максимальное разрешение V7-40/1 — 1 мкВ; 10 мкА; 1 мОм

— Диапазоны 0,2; 20; 200; 1000 (2000) В

— Разрешение 1, 10, 100 мкВ, 1, 10 мВ

— Основная погрешность измерения ±(0,04 % + 5 p)

— в диапазоне 0,2 В не менее 1 ГОм

— в диапазоне 2 В не менее 2 ГОм

— в диапазоне 200….1000В не менее 10 Мегаом

Еще одно видео о том, как подключить вольтметр:

Чем отличается от амперметра?

Давайте теперь попробуем разобраться в различиях между вольтметром и амперметром, поскольку эти приборы очень часто путают. Сначала используется амперметр для считывания значений силы тока. Вольтметр используется для измерения напряжения.

Второе различие между этими приборами связано с внутренним сопротивлением, которое присутствует в обоих приборах. При использовании амперметра сопротивление будет как можно меньше. Это возможно благодаря наличию шунтирующего резистора. Его функция заключается в поглощении всей электрической нагрузки и, таким образом, в обеспечении наиболее точных показаний. Вольтметр, с другой стороны, имеет максимально возможное внутреннее сопротивление для обеспечения точного измерения напряжения.

Третье важное отличие заключается в способе подключения устройств к цепи. Амперметр подключен последовательно. Он не должен вступать в прямой контакт с сетевыми клеммами или источником питания. В противном случае устройство сломается или произойдет короткое замыкание. В случае с вольтметром такой контакт допускается. Причем соединение будет не последовательным, а параллельным.

Рекомендации по выбору

Чтобы выбрать хороший вольтметр, необходимо учесть несколько моментов:

  • в каких именно диапазонах будут осуществляться измерения. (от этого зависит необходимый класс точности устройства);
  • где и как будут проводиться работы, предполагающие использование вольтметра;
  • нет ли надобности в иных типах измерений.

Если вы работаете с высоким напряжением, лучшим выбором будет электромеханический киловольтметр. Такое устройство обладает достаточной точностью для высоких напряжений и очень надежно. Электронные модели не подходят для этого вида работ, поскольку они обычно выходят из строя из-за перегрузок. Если работа выполняется в лаборатории или мастерской, лучше приобрести стационарный прибор. Он может быть цифровым или электромеханическим.

Для тех, кто живет в частном доме, рекомендуется приобрести щитовой счетчик. Обычно он устанавливается на DIN-рейку (так же, как устанавливаются УЗО или счетчики). Стоимость продуктов не очень высока, и они обычно доступны в цифровой форме. Однако если имеет место явление постоянных скачков напряжения, лучше приобрести электромеханическое устройство, которое более надежно и дешевле.

Если по каким-то причинам вам необходимо определить значения цепей на месте, следует приобрести не только вольтметр, но и мультиметр. Если десять лет назад точность этих устройств была не очень высокой, то теперь это уже не проблема. И их стоимость не так уж высока. Между тем, тестер был бы отличным решением по следующим причинам.

  • Возможность выбора измерительного диапазона.
  • Наличие удобных щупов, а кое-где и так называемых крокодильчиков.
  • Компактные размеры. Определенные модели вообще легко помещаются в карман.
  • Возможность измерения нескольких характеристик. Мультиметры могут осуществлять замеры силу тока, напряжение, сопротивление. А самые новые модели способны даже измерять температуру и прозванивать цепь на наличие обрыва кабеля, а также осуществлять проверку транзисторов.

На рынке представлены как цифровые, так и аналоговые устройства. Последний вариант более надежен, но точность ниже, поэтому иногда приходится устанавливать стрелку в нулевое положение.

Инструкция по использованию

Теперь поговорим о том, как пользоваться данным устройством. Первое правило — подключать устройство только параллельно. Второй — проверить, что диапазон измерения полностью соответствует предполагаемому напряжению в цепи. Если он имеет большое значение, например, в киловольтах, точность может ухудшиться. Однако, если диапазон мал, устройство может отображать неточные данные или вообще выйти из строя.

Если перед вами электромеханический вольтметр, перед использованием его необходимо настроить. Для правильной настройки устройства, пожалуйста, обратитесь к руководству по эксплуатации конкретной модели. Каждая модель имеет свои особенности в плане настройки и подготовки к использованию.

Если прибор предназначен для измерения постоянного напряжения, никогда не пытайтесь использовать его для измерения переменного тока. Он просто сломается. Однако если у вас измеритель общего назначения, то для его работы достаточно включить его в определенном режиме.

Также следует знать, что если у вас есть измерительный прибор со шкалой, вам необходимо будет периодически устанавливать стрелку в нулевое положение. Это можно сделать с помощью специальной кнопки на корпусе измерителя. Если их нет, это можно сделать с помощью отвертки.

Еще один важный момент заключается в том, что не следует использовать руки, чтобы дотянуться до оголенной области зонда. Особенно этого не следует делать, если напряжение в сети выше 60 вольт, так как удар током может быть не только неприятным, но и опасным для здоровья. С высоким напряжением следует работать только в перчатках, и никак иначе.

Еще одним важным аспектом при работе с такими устройствами является то, что подключение проводов датчика устройства к проводнику цепи должно осуществляться только с помощью электродов или специальных зажимов, которые обычно поставляются в комплекте с устройством.

Смотрите также видео о том, как пользоваться мультиметром.

Оцените статью
Ремонт до и после