Как пользоваться вольтметром

Измерение тока. Амперметр.

И начнем мы с измерения тока. Прибор, используемый для этих целей, называется амперметр и в цепь он включается последовательно. Рассмотрим небольшой примерчик:

Как видите, здесь источник питания подключен напрямую к резистору. Кроме того, в цепи присутствует амперметр, включенный последовательно с резистором. По закону Ома сила тока в данной цепи должна быть равна:

I = \frac{U}{R} = \frac{12}{100} = 0.12

Получили величину, равную 0.12 А, что в точности совпадает с практическим результатом, который демонстрирует амперметр в цепи

Важным параметром этого прибора является его внутреннее сопротивление r_А

Почему это так важно? Смотрите сами – при отсутствии амперметра ток определяется по закону Ома, как мы и рассчитывали чуть выше. Но при наличии амперметра в цепи ток изменится, поскольку изменится сопротивление, и мы получим следующее значение:. Советуем изучить — Классификация систем управления по алгоритму функционирования

Советуем изучить — Классификация систем управления по алгоритму функционирования

I = \frac{U}{R_1+r_А}

Если бы амперметр был абсолютно идеальным, и его сопротивление равнялось нулю, то он бы не оказал никакого влияния на работу электрической цепи, параметры которой необходимо измерить, но на практике все не совсем так, и сопротивление прибора не равно 0. Конечно, сопротивление амперметра достаточно мало (поскольку производители стремятся максимально его уменьшить), поэтому во многих примерах и задачах им пренебрегают, но не стоит забывать, что оно все-таки и есть и оно ненулевое.

При разговоре об измерении силы тока невозможно не упомянуть о способе, который позволяет расширить пределы, в которых может работать амперметр. Этот метод заключается в том, что параллельно амперметру включается шунт (резистор), имеющий определенное сопротивление:

R = \frac{r_А}{n\medspace-\medspace 1}

В этой формуле n – это коэффициент шунтирования – число, которое показывает во сколько раз будут увеличены пределы, в рамках которых амперметр может производить свои измерения. Возможно это все может показаться не совсем понятным и логичным, поэтому сейчас мы рассмотрим практический пример, который позволит во всем разобраться.

Пусть максимальное значение, которое может измерить амперметр составляет 1 А. А схема, силу тока в которой нам нужно определить имеет следующий вид:

Отличие от предыдущей схемы заключается в том, что напряжение источника питания на этой схеме в 100 раз больше, соответственно, и ток в цепи станет больше и будет равен 12 А. Из-за ограничения на максимальное значение измеряемого тока напрямую использовать наш амперметр мы не сможем. Так вот для таких задач и нужно использовать дополнительный шунт:

В данной задаче нам необходимо измерить ток I. Мы предполагаем, что его значение превысит максимально допустимую величину для используемого амперметра, поэтому добавляем в схему еще один элемент, который будет выполнять роль шунта. Пусть мы хотим увеличить пределы измерения амперметра в 25 раз, это значит, что прибор будет показывать значение, которое в 25 раз меньше, чем величина измеряемого тока. Нам останется только умножить показания прибора на известное нам число и мы получим нужное нам значение. Для реализации нашей задумки мы должны поставить шунт параллельно амперметру, причем сопротивление его должно быть равно значению, которое мы определяем по формуле:

R = \frac{r_А}{n\medspace-\medspace 1}

В данном случае n = 25, но мы проведем все расчеты в общем виде, чтобы показать, что величины могут быть абсолютно любыми, принцип шунтирования будет работать одинаково.

Итак, поскольку напряжения на шунте и на амперметре равны, мы можем записать первое уравнение:

I_А\medspace r_А = I_R\medspace R

Выразим ток шунта через ток амперметра:

I_R = I_А\medspace \frac{r_А}{R}

Измеряемый ток равен:

I = I_R + I_А

Подставим в это уравнение предыдущее выражение для тока шунта:

I = I_А + I_А\medspace \frac{r_А}{R}

Но сопротивление шунта нам также известно (R = \frac{r_А}{n\medspace-\medspace 1}). В итоге мы получаем:

I = I_А\medspace (1 + \frac{r_А\medspace (n\medspace-\medspace 1)}{r_А}\enspace) = I_А\medspace n

Вот мы и получили то, что и хотели. Значение, которое покажет амперметр в данной цепи будет в n раз меньше, чем сила тока, величину которой нам и нужно измерить

С измерениями тока в цепи все понятно, давайте перейдем к следующему вопросу, а именно определению напряжения.

Подключение вольтметров к сети

Напряжение – с этим термином мы довольно часто сталкиваемся в повседневной жизни. Иногда нам нужно измерить напряжение в сети, чтобы понять, почему какое-либо устройство работает неудовлетворительно или лампа накаливания горит довольно тускло. Для данного рода измерений используют вольтметры. Вольтметр подключается к измеряемому устройству только параллельно, почему это так?

Как известно электрическое напряжение – это отношение работы, совершенной электрическим полем по перемещению заряда А, к величине заряда q, U=A/q. Также оно характеризует электрическое поле, которое возникает при прохождении электрического тока.

В системе международных обозначений СИ обозначается как U и измеряют в вольтах (1 В = 1 Дж/Кл). Для того чтобы измерять напряжение на устройстве необходимо параллельно к нему подключить вольтметр.

Для того, чтоб при параллельном включении снизить ток, потребляемый вольтметром и соответственно потери электрической энергии внутри устройства, внутреннее измерительное сопротивление выбирается как можно больше . Если включить вольтметр в цепь последовательно, то в связи с большим внутренним сопротивлением получим фактически разрыв цепи. То есть потери при измерении напряжения будет слишком большими, что неприемлемо, а также измерения будут некорректными. Поэтому вольтметр подключают только параллельно:

Если измеряется постоянное напряжение от 1 до 1000 мкВ могут использовать компенсаторами постоянного тока, но чаше пользуются цифровыми вольтметрами . Значения от десятков милливольт до сотен вольт измеряют приборами таких систем как: электромагнитной, электродинамической, магнитоэлектрической. Также не брезгуют и электронными аналоговыми и цифровыми вольтметрами. Также при измерении могут использовать добавочные сопротивления:

Где Rv – это внутреннее сопротивление вольтметра, Rдоб1…3 – добавочные сопротивления, UmV – максимальное которое может измерять сам вольтметр, а U1…3 – которые он может измерять с добавочными сопротивлениями.

Сопротивления добавочных резисторов определяется по формуле:

Где m – масштабный коэффициент.

Если проводят измерения постоянных напряжений в несколько киловольт, то в большинстве случаев используют вольтметры электростатические, реже используют измерительные устройства других систем подключаемых через делитель:

Где резисторы R1, R2 — резисторы выполняющие роль делителя, Rизм. – измерительное сопротивление, с которого снимается напряжение.

Если измеряют переменные напряжения до единиц вольт, то используют аналоговыми, выпрямительными и цифровыми устройствами. От единиц до сотен вольт и частотном диапазоне до нескольких десятков килогерц применяют выпрямительные системы, электромагнитные, электродинамические приборы. Если частота достигает нескольких десятков мегагерц, то в таком случае напряжение измеряют термоэлектрическими и электростатическими приборами.

В действующих значениях, как правило градуируют шкалы приборов для измерения величин переменного тока. Поэтому при измерении необходимо это учитывать (если необходимо измерять амплитудные и средние значения, то их как правило пересчитывают по соответствующим формулам).

При проведении измерении в сетях переменного тока напряжением выше 1000 В могут использоваться как делители, так и трансформаторы напряжения или измерительные трансформаторы. Чаще используют трансформаторы, так как трансформатор не только понижает значение напряжения, но потенциально разделяет измерительную цепь от силовой. Измерения могут проводится теми же приборами, что и в выше описанных случаях. Схема включения приведена ниже:

Где FU1, FU2 – предохранители, защищающие измерительную цепь от короткого замыкания.

Внешний вид трансформатора однофазного:

Как видим, при проведении измерение различного рода напряжений могут использоваться как различного рода приборы (цифровые, аналоговые и т.д.), так и устройства (делители, трансформаторы)

При проведении измерений важно учитывать каждый способ проведения измерений, для получения как можно более точного результата, а также корректного проведения измерительных работ

Похожие материалы:

  • «Подключение» специалистов экстренных служб
  • Новый стандарт многосвязной сети с Bluetooth
  • Солнечное затмение испытывает надежность электрической сети

Аналоговые и цифровые приборы

В основании аналоговых приборов лежат электромагнитные, магнитоэлектрические, электродинамические системы. Аналогичные типы конструкций заложены в амперметры. Для увеличения пределов измерения используются шунты. После измерения необходимо учитывать в полученном результате сопротивление добавочного резистора.

В основе конструкции цифрового вольтметра лежит АЦП. Точность измерения определяется дискретизацией с которой работает аналогово-цифровой преобразователь. Индикатор вольтметра отображает готовый результат в цифровом виде, что значительно облегчает работу с устройством. Влияние на сеть у таких приборов минимально благодаря наличию собственного источника питания.

Широкая распространенность дискретных вольтметров привела к их интеграции в другие устройства. Большинство мультиметров имеют возможность измерять постоянное и переменное напряжение. При этом для повышения точности измерений в конструкции предусматривается несколько пределов. Высокое сопротивление вольтметра позволяет уменьшить его влияние цепь, к которой подключается измерительный прибор.

Общие рекомендации по подключению

Теперь приведем небольшие рекомендации, как правильно подключить вольтметр, чтобы он показал максимально точные данные. Первый момент состоит в том, что подключение прибора в электроцепь нельзя осуществлять последовательно, иначе он поломается из-за снижения тока. Подключение должно осуществляться лишь параллельно, ведь это не влияет на течение тока. И сопротивление должно быть большим.

Схема подключения прибора будет выглядеть так, что для замера напряжения, которое присутствует в цепи между 2 точками, он подсоединяется так, чтобы включение было расположено напротив источника питания. Устройство влияния на ток не оказывает по причине того, что пропускает его через себя. Поэтому его сопротивление так велико.

Тогда на измеритель пойдет лишь часть тока, что будет пропорциональна сопротивлению прибора. Если нам известно сопротивление резистора у вольтметра, то можно будет определить показатель напряжения.

Сам резистор устанавливается внутрь вольтметра и одновременно используется с целью снижения влияния различных факторов на результаты измерений. Поэтому он делается из материала, который имеет максимально низкий температурный коэффициент. Его сопротивление будет меньше, чем в катушке, из-за чего общее сопротивление не будет зависеть от температурного режима.

Постоянное напряжение

Если говорить о напряжении постоянного типа, то для замера показателей электрической цепи следует иметь так называемый постоянный тококомпенсатор. Хотя более простым решением будет использование обычного цифрового устройства. Чтобы измерить значения, начинающиеся от десятков милливольт и заканчивающиеся сотнями вольт, применяют такие устройства:

  • электродинамические;
  • электромагнитные;
  • магнитоэлектрические.

При таком типе измерений можно использовать и добавочные сопротивления.

Если осуществляется измерение такого типа напряжения в несколько киловольт, то обычно используются вольтметры электростатического типа. Реже – другие типы устройств, что подключаются через делитель.

Переменный ток

Чтобы правильно замерить характеристики переменного тока рассматриваемым устройством, нужно иметь так называемый измерительный трансформатор. Он используется для осуществления подобных замеров и повышения безопасности людей за счет того, что позволяет получить гальваническую развязку от цепи высокого напряжения. Кстати, этот способ будет единственно правильным вообще, ведь по технике безопасности запрещено проводить измерения без таких трансформаторов.

Использование подобных трансформаторов даст возможность увеличить пределы измерения устройств, то есть можно замерять большие напряжения и токи посредством низковольтных и слаботочных приборов. Если измеряется переменный ток до значений в единицы вольт, то применяют:

  • цифровые вольтметры;
  • выпрямительные;
  • аналоговые.

Если до сотен вольт – электродинамические, выпрямительные и электромагнитные. Если же до нескольких десятков мегагерц, то измерения нужно проводить электростатическими и термоэлектрическими вольтметрами.

Подключение прибора

Тонкости, которые необходимо учесть перед тем как подключить вольтметр:

Правильно выбранный диапазон измерений убережет прибор и проверяемую схему от повреждений

С особой осторожностью следует работать, когда показание вольтметра близко к пределу. Скачок ЭДС способен спалить обмотки измерительного прибора;
Стрелочный вольтметр может обеспечить нормативную точность только при правильном положении

Если на приборе указанно горизонтальное размещение, то располагать его вертикально запрещено, как и наоборот
Также следует уделять внимание отсутствию вибраций и сильных магнитных полей;
Измерения вольтметром можно выполнять как под напряжением, так и отключая схему от источника питания с последующим включением;
При работе с опасной величиной напряжения рекомендуется использовать защитные перчатки и диэлектрические коврики;
При использовании аналогового прибора до начала измерений необходимо проконтролировать, что стрелка показывает ровно на ноль. В случае необходимости следует произвести настройку специальным регулировочным винтом;
В случае необходимости проводится калибровка;
Для обеспечения высокой точности измерений следует проверить как давно происходила поверка вольтметра.

Часто приборы имеют несколько пределов измерения. У аналоговых вольтметров для каждой величины используются разные схемы подключения. В цифровых достаточно установить указатель напротив требуемого значения. Наиболее современные устройства способны автоматически определить предел измерения и в процессе контроля напряжения менять его.

Как правильно записывать показания измерительных приборов с учетом погрешности

При записи величин (с учетом погрешности) следует пользоваться формулой:

где A — измеряемая величина, a — результат измерений, Δa — погрешность измерений.

Погрешность измерений равна половине цены деления шкалы измерительного прибора, если в задаче не указана другая величина погрешности.

Цена деления шкалы — разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Чтобы найти цену деления шкалы, нужно:

  1. Найти два ближайших штриха шкалы, возле которых написаны значения величин.
  2. Вычесть из большего значения меньшее.
  3. Полученное число разделить на число делений (промежутков), находящихся между ними.

Пример №1. Определите показания вольтметра (см. рисунок), если погрешность прямого измерения напряжения составляет половину цены деления вольтметра.

Видно, что стрелка вольтметра встала на значении «2,0» Вольт. Она немного не дотягивает до штриха «2», но к нему она находится ближе, чем к предыдущему штриху.

Два ближайших штриха шкалы с указанными значениями имеют значения 1 и 2 В. Всего между ними 5 промежутков. Следовательно, цена деления шкалы равна: (2 – 1)/5 = 0,2 (Вольт).

Так как по условию задачи погрешность равна половине цене деления шкалы, то она равна 0,1 Вольтам. Следовательно, вольтметр показывает: 2,0 ± 0,1 В.

Задание EF18821 Определите показания вольтметра (см. рисунок), если погрешность прямого измерения напряжения равна цене деления вольтметра.

Источник

Самый простой вариант

Кто не хочет заморачиваться с резкой пластика в салоне, проводкой и прочими радостями, связанными с вольтметром, можно пойти путем наименьших усилий. Речь про точно такие же устройства, работающие через прикуриватель. Да, в них есть погрешность примерно в 0.1-0.2 V, но это не столь критино, да и в самом известном китайском магазине, не придется платить больше 400 рублей.

Большинство таких вариантов идет со встроенным термометром (берет данные внутри салона), но вот эта дополнительная функция бесполезно (может, вы с нами не согласитесь). Однако, если поискать, можно найти варианты, где помимо вольтажа и температуры (или вовсе без нее), есть 1-2 USB порта. А вот это действительно удобно.

Как пользоваться мультиметром с цифровой индикацией?

Для начала разберемся в терминах.

Цифровыми приборами ошибочно считают все тестеры с символьным табло. На самом деле, существуют цифровые мультиметры со стрелочной индикацией. Цифровым или аналоговым правильнее называть способ измерения величин.

Аналоговые приборы используют прямое преобразование измеряемой величины в механическое движение стрелки. Сила тока или напряжение заставляет рамку, на которой закреплена стрелка, сильнее проворачиваться в поле постоянного магнита. В таких тестерах электрическая часть проще в изготовлении, стоимость их ниже. Недостаток – для обеспечения точности требуется настройка механической части.

Как пользоваться тестером с электромеханическим приводом?

Так же, как и любым другим. Только в поверку такой прибор сдается чаще, и его не следует подвергать механическим нагрузкам и вибрации.

Стрелочные мультиметры хоть и считаются устаревшим прототипом новых цифровых, но по прежнему их можно увидеть на заводах или в домашнем использовании. Посмотрите видео как правильно пользоваться аналоговым (стрелочным) мультиметром.

Электронные приборы используют сложную схемотехнику, не имеющую прямой связи со стрелочным механизмом. Измеренная величина преобразуется в дозированное напряжение для стрелочного прибора. Схема в электронных приборах может быть аналоговой или цифровой.

Электронные приборы, в которых данные выводятся на символьный экран, работают только с цифровыми схемами. Считывание информации одновременно и удобно и нет. С одной стороны вы получаете моментальную величину, которую нет необходимости пересчитывать в диапазон измерений.

С другой стороны – цифра воспринимается лишь в статичном виде. Если величина в процессе измерения меняет значение – удобнее работать со стрелкой.

Для большинства начинающих радиолюбителей, навыки, как правильно пользоваться мультиметром – правильнее получать с аналоговыми приборами. На практике обычно наоборот. Новички стараются приобрести именно цифровой прибор.

Преимущества цифрового тестера

Информация на экране соответствует измеряемой величине. Нет необходимости в пересчете

Важно! Главное, привыкнуть к положению запятой и помнить о диапазоне измерений. Переключатель может стоять в положении кОм, а вы будете думать, что измеряли единицы Ом;
Как правило, особенно в дорогих моделях, понятия переключения предела измерений нет

Прибор сам установит диапазон, и оповестит вас об этом сообщением на экране. Есть даже экземпляры, которым не нужно устанавливать переменный/постоянный токи. Характер электрического тока определяется схемой в автоматическом режиме;
Помимо базовых величин: вольты, амперы, омы – в таких тестерах может присутствовать термометр, измеритель частоты, освещенности. То есть, универсальность «цифры» безгранична;
Современные модели (даже эконом класса) имеют дублирующую стрелочную шкалу в виде анимации. Это удобно при динамических измерениях.

Как пользоваться мультиметром с ЖК дисплеем? Так же, как и со стрелочной шкалой. Соблюдая все требования безопасности и придерживаясь пределов измерения. Установить тип измеряемой величины, предел измерений, и соответствующие разъемы.

  • Для вольт/ампер/омов – привычные два кабеля с защищенными щупами;
  • При замере температуры – потребуется датчик на базе терморезистора;
  • Освещенность меряется выносным люксометром.

Если понадобится иная величина – цифровые мультиметры не имеют границ собственного совершенствования.

Подробная видео инструкция использования мультиметра в быту. Примеры и рекомендации по технике замеров.

Правила подключения вольтметра

Перед тем как приступать к определению напряжения в электросети, следует сделать правильный выбор типа вольтметра с учетом особенностей использования различных моделей. Необходимо также учитывать ряд параметров:

Внутреннее сопротивление измерительного прибора. Чем оно выше, тем точнее результат измерений. Определить эту характеристику поможет схема применяемого вольтметра

На практике важно, чтобы его рабочий диапазон был больше, чем значение измеряемого параметра. На приборе должно быть соответствующее обозначение.
Диапазон напряжений, который подлежит измерению

Обычно подключение вольтметра происходит после выбора необходимого варианта. Измерение очень малых или больших напряжений осуществляется с помощью специальных устройств — усилителей или трансформаторов.
Если нужно узнать величину переменного напряжения, необходимо учитывать не только разность потенциалов, но и рабочую частоту. Каждый вольтметр включается при условии соблюдения определённых допустимых пределов, при которых он должен применяться.
Важной характеристикой является погрешность измерения. Идеальной точности измерений, подсоединив прибор, добиться практически невозможно. Поэтому мастер должен точно знать максимально допустимую погрешность. Обычно она указывается на приборе.

Итого

И в заключении еще несколько фото вольтметра. Заводское состояние

С выпаяным индикатором, вид спереди

Для многих целей часто нужно применять вольтамперметр. Будь то лабораторный блок питания или зарядное устройство. В этой статье речь пойдет о довольно дешевом, но очень распространенном китайском вольтамперметре с маркировкой dsn-vc288. Этот довольно миниатюрный прибор может измерять напряжение от 0 до 100 Вольт и ток в диапазоне от 0 до 10 Ампер. Разрешение (шаг) по напряжению составляет 0.1 Вольт по току — 0.01 Ампер.

Подключается прибор просто: трех контактный разъем — это подача питания и подача измеряемого напряжения. Питание в диапазоне от 5 до 36 Вольт, а измеряемое напряжение собственно это то, которое будем замерять. Второй двух контактный разъем — предназначен для измерения тока включается в разрыв измеряемой цепи. Также на плате находятся два переменных резистора с обозначениями I_ADJ и V_ADJ. Это калибровка тока и напряжения соответственно.

Первое включение вольтамперметра dsn-vc288 выявило некоторые проблемы. Напряжение он измеряет отлично, а вот ток не очень. Измерения нестабильны цифры постоянно скачут, и что самое плохое нелинейность (калибруем при токе 100 мА, а при токе 1 А показания уплывают и чем дальше тем больше). Первым делом подозрения упали на шунт. Вместо него я взял несколько резисторов типоразмера 2512 и сопротивлением 0.02 Ом, и начал поочередно параллельно их впаивать, для подбора нужного сопротивления (кстати этим способом можно уменьшить верхний предел измерения по току, но увеличить точность на малых токах).

Но такая замена шунта не дала нужного эффекта — нелинейность сохранялась. И тогда на просторах интернета я обнаружил еще одну доработку этого вольтамперметра, которая заключалась в установке дополнительной перемычки (на фото видно куда и откуда она идет). Делать ее нужно проводом потолще.

У меня это провод сечением 0.75 мм, сложенный вдвое и обтянут термоусадкой. После этого показания тока вольтамперметра стали стабильны и линейны. С помощью подстроечного резистора я откалибровал ток, затем измерил получившееся его сопротивление и заменил его на сборку из двух постоянных резисторов. Это было сделано для того чтобы в будущем не приходилось снова калибровать прибор если настройка поплывет.

После таких доработок собрал вольтамперметр dsn-vc288. Теперь прибор готов к применению.

Получил с AliExpress парочку электронных встраиваемых вольтметров модели V20D-2P-1.1 (измерение постоянного напряжения), цена вопроса 91 цент штука. Вот его характеристики:

  • рабочий диапазон 2,5 В — 30 В
  • цвет свечения красный
  • габаритный размер 23 * 15 * 10 мм
  • дополнительного питания не требует (двухпроводной вариант)
  • есть возможность подстройки
  • частота обновления: около 500 мс/время
  • обещанная точность измерения: 1% (+/-1 разряд)

И всё было бы хорошо, поставил по месту и пользовался, да попалась на глаза информация о возможности их доработки – добавление функции измерения тока.

Цифровой китайский вольтметр

Приготовил всё необходимое: двухполюсной тумблер, выводные резисторы – один МЛТ-1 на 130 кОм и второй проволочный на 0,08 Ом (изготовил из нихромовой спирали диаметром 0,7 мм). И целый вечер согласно найденной схемы и руководства по её реализации соединял это хозяйство проводами с вольтметром. Безрезультатно. То-ли догадливости в понимании недосказанного и недочерченного в найденном материале не хватило, то ли имели место отличия в схемах. Вольтметр не работал никак вообще.

Подключаем модуль цифровой вольтметр

Пришлось выпаивать индикатор и изучать схему. Тут уже требовался не маленький паяльник, а махонький, так, что повозился изрядно. Зато в течении следующих пяти минут, когда вся схема стала доступна обзору, всё–всё понял. В принципе знал, что с этого и нужно начинать, но уж очень хотелось решить вопрос «по лёгкому».