На практике, из-за реальных условий эксплуатации, это правило соблюдается не всегда. Поэтому для точных измерений напряжения необходимо учитывать предполагаемое значение. В этой связи важно правильно установить переключатель вольтметра в соответствующий диапазон измерений.
Правила подключения вольтметра для измерения электрического напряжения
Почти каждому из нас известно о существовании прибора, который называется вольтметром, и о его предназначении — измерении электрического напряжения. Несмотря на то что использование этого измерительного устройства не вызывает трудностей, следует соблюдать определённые принципы, а также иметь знания о его устройстве для повышения достоверности получаемых результатов.
Вольтметр предназначен для измерения напряжения между двумя точками в электрической цепи, а само напряжение представляет собой разность потенциалов. Грубо говоря, это различие в количестве и знаках электрических зарядов в точках, которые подлежат измерению. Система СИ определяет вольт (сокращенно В) как единицу измерения напряжения, равную одному вольту.
Типы вольтметров, их основные компоненты и принцип работы
Существует множество методов измерения напряжения, включая как прямые, так и косвенные подходы.
Электроскоп
В начале истории электротехники использовался электроскоп для измерения напряжения. Хотя его основная функция заключалась в измерении электрических зарядов, модифицированная версия электроскопа могла использоваться также и для измерения напряжения. Такой усовершенствованный электроскоп представляет собой конденсатор с одной движущейся и одной неподвижной обкладкой. В зависимости от разности потенциалов происходит отклонение подвижной обкладки на определённый угол.
Первая практическая конструкция вольтметра была воплощена в указателе электрической силы, который был создан академиком Георгом Вильгельмом Рихманом в XVIII веке.
Хотя описанная конструкция имела свои преимущества, в настоящее время она практически вышла из употребления. Это связано с её сложным устройством, неудобством использования и низкой чувствительностью.
Стрелочный вольтметр
С развитием электротехники и открытием известного закона Ома возникли возможности для разработки вольтметра, который практически не изменился за века. Стрелочный вольтметр функционирует как амперметр (чаще всего в виде миллиамперметра) с добавочным резистором. Он подключается между двумя точками электрической цепи, и через него начинает течь ток, пропорциональный напряжению. Затем это напряжение переводится в соответствующее значение посредством формулы U=I/R. Следует отметить, что шкала вольтметра сразу градуируется в вольтах.
Для измерения различных типов напряжений могут использоваться амперметры, рассчитанные на постоянный или переменный ток, включая такие системы, как магнитоэлектрическая или электромагнитная. Универсальные приборы основаны на использовании амперметра постоянного тока, и к их входным цепям добавляются выпрямляющие схемы. Для возможности переключения между пределами измерений применяются резисторы с различными номиналами. В процессе выпрямления переменного напряжения могут использоваться мостовые схемы.
Инженер-электроник, работающий в мастерской по ремонту бытовых приборов, отмечает, что эксперименты, демонстрирующие закон Ома с использованием стрелочных вольтметров, имеют недостатки. Дело в том, что стрелочные приборы сами по себе основываются на этом законе, поэтому все предполагаемые соотношения будут соблюдаться в любом случае.
Цифровые вольтметры
На текущем этапе развития технологий цифровые вольтметры, в том числе те, которые входят в состав мультиметров, становятся всё более распространенными. В этих приборах измерение напряжения основано на работе с компараторами — устройствами сравнения уровней, подключаемыми к двум входам. На один из входов подается измеряемый уровень напряжения, а на другой — линейно возрастающее напряжение, заданное для сравнения. Когда эти два уровня достигают равенства, компаратор выдает сигнал, и цикл измерения завершается. Ясно, что при более высоком измеряемом напряжении требуется больше времени для достижения его уровня на втором входе. Определив этот временной период и зная скорость нарастания, можно вычислить измеряемое напряжение.
Зачем нужен вольтметр в автомобиле?
Вольтметр, при правильном использовании, позволяет владельцу автомобиля контролировать следующие параметры:
- Процент заряда или разряда аккумуляторной батареи.
- Способность аккумулятора удерживать заряд под нагрузкой во время запуска двигателя, когда срабатывает стартер.
- Эффективность зарядки аккумулятора от генератора как на холостом ходу, так и во время движения.
- Уровни нагрузки на бортовую электрическую сеть от различных приборов, таких как освещение, усилители звука и инверторы.
- Степень износа аккумулятора.
Далее будет подробно разъяснено, как извлечь и интерпретировать всю эту информацию с помощью довольно простого на первый взгляд прибора. Прежде всего, нужно выбрать и установить вольтметр в автомобиль.
Какой вольтметр выбрать в машину?
Если вы обладаете современным автомобилем, то бортовой вольтметр, вероятно, уже имеется в стандартной комплектации. Показания прибора могут находиться в одном из меню или же по умолчанию отображаться в определённом месте панели приборов.
Если вольтметр отсутствует в автомобиле, его можно легко приобрести отдельно, затем установить в удобное место, подсоединить и использовать. Какой вариант выбрать? Какой из них лучше, более надёжен и точен?
На самом деле в настоящее время практически нет существенной разницы, какой вольтметр покупать для установки в автомобиль. Даже самые дешёвые модели, произведенные в Китае, часто предоставляют достаточно точные показания. Можно руководствоваться следующими простыми рекомендациями:
- Цифровые вольтметры более удобны и компактны в использовании, чем аналоговые (стрелочные).
- Для автомобиля лучше выбрать обычный вольтметр, чем комбинированный вольтамперметр. В таких моделях вольтметр будет более точным, так как амперметр в автомобиле, как правило, не является необходимостью.
- Наиболее простыми в установке являются вольтметры, предназначенные для подключения в разъем прикуривателя.
- Если вы выбираете модель с проводами для подключения, полезно обратить внимание на их количество; третий провод, как правило, сигнализирует и может управлять включением и выключением вольтметра, а также, возможно, регулировать яркость отображения.
- Рекомендуется выбирать вольтметр с подсветкой, чтобы показания были видны в условиях низкой освещенности или темноты.
- Из всех цифровых вольтметров лучше выбирать такие, которые отображают две цифры после запятой, что позволяет видеть сотые доли вольта.
- Вольтметры, которые имеют вместо цифр абстрактное изображение в виде батарейки или аккумулятора, совершенно бесполезны.
- Не стоит приобретать высоковольтные вольтметры, которые способны измерять напряжение свыше 50 вольт, так как в нужном диапазоне (от 11.0 до 15.00 вольт) такие приборы, как правило, не отличаются точностью.
- Как показывает практика, чем больше дополнительных функций у вольтметра (например, часы, термометр, барометр, амперметр и т.д.), тем ниже его точность при измерении напряжения.
- По возможности, стоит отдать предпочтение вольтметру, имеющему регулировку с помощью винта; перед установкой его показания можно сверить с мультиметром, если такой имеется в арсенале.
Перед покупкой подходящего вольтметра подумайте, где и как вы собираетесь его устанавливать. Подойдет ли он по размеру, как провести провода, будет ли он отвлекать вас от управления автомобилем, не нарушит ли он интерьер салона?
Общие рекомендации по подключению
В этом разделе представлены советы по правильному подключению вольтметра, чтобы он обеспечивал максимально точные данные. Основной момент заключается в том, что подключение устройства к электрической цепи не должно производиться последовательно, иначе существует риск его поломки из-за сниженного тока. Подключение должно осуществляться лишь параллельно, что не окажет влияния на электрический ток. При этом сопротивление должно находиться на высоком уровне.
Многие люди часто путают вольтметр с амперметром, в котором все идет наоборот.
Схема подключения устройства будет выглядеть так: для измерения напряжения, существующего в цепи между двумя точками, вольтметр подключается таким образом, чтобы его включение находилось рядом с источником питания. Устройство не оказывает влияния на ток, так как пропускает его через себя. Поэтому важно, чтобы его сопротивление было высокой величины.
Для расширения диапазона измерений может быть подсоединён дополнительный резистор к обмотке устройства.
В результате на измеритель будет отправляться лишь часть тока, что пропорционально сопротивлению прибора. Если известно сопротивление резистора у вольтметра, можно будет определить напряжение.
Сам резистор устанавливается внутри вольтметра и служит для минимизации влияния различных факторов на результат измерений. Поэтому он конструируется из материала с максимально низким температурным коэффициентом. Сопротивление резистора оказывается ниже, чем в катушке, благодаря чему общее сопротивление не подвержено влиянию температурных изменений.
Постоянное напряжение
Когда речь идет о постоянном напряжении, для измерения показателей электрической цепи требуется использование так называемого постоянного тококомпенсатора. Однако более простым решением будет применение обычного цифрового устройства. Для измерения значений от десятков милливольт до сотен вольт применяются такие устройства:
- электродинамические;
- электромагнитные;
- магнитоэлектрические.
При таком типе измерений также можно использовать добавочные сопротивления.
Если нужно измерить напряжение в несколько киловольт, в основном применяются вольтметры электростатического типа. В редких случаях используются другие типы приборов с подключением через делитель.
Переменный ток
Чтобы корректно измерить параметры переменного тока с помощью данного устройства, необходим измерительный трансформатор. Он обеспечивает безопасность и защиту человека, так как позволяет достичь гальванической развязки от цепи высокого напряжения. Таким образом, это единственно правильный способ, поскольку по технике безопасности запрещено проводить измерения без подобных трансформаторов.
Использование трансформаторов позволяет расширить границы измерения устройств, то есть измерять большие напряжения и токи, используя низковольтные и слаботочные приборы. Если измеряется переменный ток в пределах единиц вольта, используют:
- цифровые вольтметры;
- выпрямительные устройства;
- аналоговые.
Для замеров до сотни вольт используются электродинамические, выпрямительные и электромагнитные вольтметры. А для измерений в пределах нескольких десятков мегагерц применяются электростатические и термоэлектрические вольтметры.
Установка на усилитель
Процесс установки вольтметра на усилитель автомобиля довольно прост. Для ее выполнения потребуются следующие материалы:
- изолента;
- вольтметр;
- провод ПВС 3х75.
Сначала необходимо просверлить отверстие диаметром примерно 1,6 миллиметра в корпусе, находящемся над магнитолой, чтобы установить соответствующий разъем с прикрепленным проводом.
Теперь провод нужно провести до багажника, прикрепляя его изолентой к кабелю питания усилителя, и зафиксировать на усилительных клеммах. REM-кабель, который управляет магнитолой, а также усилитель, следует подключить к вольтметру, чтобы он включался одновременно с ними. Это позволяет отслеживать точное напряжение на усилительных клеммах в нужный момент.
Данная система проста в эксплуатации, а ее создание требует минимальных затрат.
Правила подключения вольтметра
Перед тем как приступать к измерению напряжения в электрической сети, необходимо выбрать соответствующий тип вольтметра, учитывая особенности использования различных моделей. Также следует учитывать ряд параметров:
- Внутреннее сопротивление прибора. Чем выше это значение, тем более точные результаты вы получите. Для определения данного параметра важно, чтобы рабочий диапазон вольтметра превышал значение измеряемого напряжения. Прибор должен иметь соответствующее обозначение.
- Диапазон напряжений для измерения. Обычно подключение вольтметра происходит после выбора необходимого диапазона. Измерение как очень малых, так и очень больших напряжений осуществляется с помощью специальных устройств — усилителей или трансформаторов.
- Если необходимо измерить значение переменного напряжения, важно учитывать не только разность потенциалов, но также и рабочую частоту. Каждый вольтметр включается только при соблюдении определенных пределов, допустимых для использования.
- Еще одна важная характеристика — погрешность измерения. Достичь идеальной точности не получится, поэтому нужно знать максимально допустимую погрешность, которая обычно указана на приборе.
Важно! При определении напряжения в электрической сети вольтметр обязательно должен подключаться параллельно; в противном случае можно измерить только ЭДС источника, если таковой имеется.
Применение мультиметра
В большинстве случаев для проведения измерений удобнее использовать специализированные приборы. На рынке представлено множество разновидностей, которые допускают как последовательное, так и параллельное соединение в цепь. Схема подключения вольтметра подразумевает только параллельно.
Если необходимо, можно воспользоваться мультиметром — универсальным измерительным прибором. С его помощью можно измерять различные электрические величины, включая постоянное и переменное напряжение. Чтобы выполнить измерение, нужно пройти несколько шагов:
- Установить переключатель в режиме измерения постоянного или переменного напряжения.
- Выбрать диапазон измерений, указав на ближайшее значение, превышающее ожидаемое.
- Подключить черный и красный щупы: первый вставляется в гнездо COM, второй — в гнездо с обозначением V.
- Щупы подключаются параллельно измеряемой детали соблюдать правильную полярность.
- На дисплее отобразится результат измерения.
По окончании работы ручку переключения следует вернуть в положение «Выключено». Преимущество мультиметра заключается в его универсальности и простоте использования.
Общая информация
Напряжение (U) – это ключевой параметр в электросети, который показывает, какое отношение работа (которая выполнена электрическим полем в процессе перемещения заряда (А)) имеет к величине самого заряда (q):
Вольты представляют собой единицу измерения электрического напряжения.
Схематическое определение электрического напряжения
Вольтметр — это измерительный прибор, используемый для считывания электронапряжения в различных цепях и обладающий высоким сопротивлением. Существует несколько видов вольтметров:
- По назначению:
- для переменного или постоянного электротока;
- фазные;
- импульсной чувствительности;
- универсальные (многофункциональные);
- селективного поиска частот.
- По методу установки:
- стационарные;
- автономные;
- щитовые.
- По принципу измерения:
- стрелочные;
- цифровые;
- статические.
Каждый тип вольтметра имеет свои особенности в конструкции, принципе измерения и предназначении, и это отражается на их уникальном внешнем виде.
Важно! В электрических схемах это измерительное устройство обозначается литерами V или PV.
Процесс подключения
Для снятия показаний напряжения сети на конкретном участке цепи вольтметр обязательно подключается к ней параллельно независимо от типа прибора; это необходимо, чтобы минимизировать влияние на течение электротока. Измерения напряжения можно проводить как на нагрузке, так и на источнике питания.
Схема параллельного подключения вольтметра в сеть.
Если вольтметр подключается последовательно в электроцепь, это приводит к фактическому разрыву цепи из-за высокого внутреннего сопротивления, что приводит к некорректным измерениям и даже может вызвать короткое замыкание или выход устройства и других элементов цепи из строя.
На заметку. Не следует путать вольтметр с амперметром. Амперметр подключается к электрической сети последовательно, так как его сопротивление должно быть минимальным при измерении силы тока.
Подключение прибора осуществляется путем зажатия проводков специальными щипцами или зажимами на двух участках цепи.
Если требуется измерить участки сети постоянного тока с высоким напряжением, или если необходима высокая точность данных, стоит воспользоваться добавочным сопротивлением, создания которого занимаются резисторы — простейшие делители напряжения.
Подключение добавочного сопротивления (резисторов) на схеме для увеличения точности вольтметра.
При проведении измерений в электрических сетях переменного тока с высоким напряжением можно использовать не только резисторы в качестве добавочного сопротивления, но и измерительные трансформаторы. Обычно эти трансформаторы напряжения применяются для работы с переменным током, так как они значительно снижают напряжение для конечного пользователя и чем-то разделяют измерительную цепь от силовой.
Внешний вид трансформатора напряжения.
Правила подключения вольтметров в цепь:
- Выбирайте правильный диапазон измерений прибора. Нельзя пытаться измерить высокое напряжение вольтметром, разработанном для измерений на микросхемах;
- При показаниях, близких к пределу, работайте осторожно, так как повышение ЭДС может повредить обмотки прибора;
- Стрелочный прибор размещайте согласно инструкции: вертикально или горизонтально. При контроле показаний избегайте воздействия электромагнитных полей и вибраций;
- Можно подключать вольтметры к цепям под напряжением, однако при опасных величинах этого параметра желательно использовать защитные перчатки и диэлектрические коврики;
- Если стрелка аналогового прибора перед началом измерений показывает ненулевое значение, сбросьте ее с помощью регулирующего элемента — винта;
- Регулярно проводите калибровку прибора, чтобы гарантировать точность передаваемых измерений;
- При первом использовании прибора подключайте его к обесточенной сети — ток подается только под напряжением после подключения всех клемм;
- При проведении измерений обязательно ознакомьтесь с инструкциями по безопасности, приведенными в документации к прибору.
