Принцип работы цифрового вольтметра

Принцип работы цифрового вольтметра

На первый взгляд может показаться, что вольтметр является узкоспециализированным прибором. Но на самом деле он может быть более востребован и иметь множество применений в быту. Особенно это относится к радиолюбителям и владельцам автомобилей. К примеру, с помощью данного аппарата можно настроить собранную электронную конструкцию, измерить вольтаж аккумулятора и напряжение домашней электросети.

Принцип работы цифрового вольтметра

Наиболее популярной разновидностью сегодня считаются цифровые вольтметры. В этой статье мы подробно разберем их особенности, рассмотрим разновидности, а также расскажем о том, как настраивать аппарат и правильно его использовать.

Принцип работы цифрового вольтметра

Основным применением цифровых вольтметров является проверка напряжения в электрической цепи. Главной особенностью такого прибора является удобство и простота эксплуатации. Также он отличается высокими показателями внутреннего сопротивления, что обеспечивает точность измерений.

Принцип работы цифрового вольтметра

К главным техническим характеристикам вольтметра относятся следующие.

  • Диапазон измерений: у цифровых моделей он составляет от 1мВ до 1 кВ. Этого вполне достаточно для проведения большинства замеров. Однако бывает и такое, что необходимо измерить крайне низкое напряжение или слишком высокое. Для этих целей требуются более сложные вольтметры.
  • Допустимая погрешность: чем меньше этот показатель, тем точнее получаемые результаты. Данная характеристика устанавливается производителем после первых испытаний и обычно указывается в процентах.
  • Внутреннее сопротивление: чем оно выше, тем точнее вольтметр. Аппараты с высоким сопротивлением практически не влияют на электроцепь.
  • Диапазон частот переменного напряжения.

Принцип работы цифрового вольтметра

Эти характеристики вы сможете найти в описании к той или иной модели вольтметра.

Сердцем аппарата, которое отвечает за вычисления, является структурная схема. О принципе ее работы мы поговорим далее. Для визуализации полученных данных многие цифровые вольтметры используют индикатор.

Принцип работы цифрового вольтметра

В основе той самой схемы цифрового прибора лежат дискретные величины. К основным составляющим схемы относятся:

  • входное устройство;
  • аналого-цифровой преобразователь;
  • цифровое отсчетное устройство;
  • управляющее устройство.

Принцип работы цифрового вольтметра

Входное устройство, играющее первостепенную роль в этой конструкции, оснащено делителем напряжения. Также оно выступает в роли преобразователя.

Проходя через него, переменный ток превращается в постоянный. Аналогово-цифровой преобразователь изменяет аналоговый сигнал. На выходе получается цифровой код.

Если модель поддерживает двоичные числа, процесс измерения проходит гораздо быстрее.

Старые аппараты поддерживали исключительно десятичный код.

Полученный после преобразования код поступает в отсчетное устройство, которое регистрирует измеряемую величину. Для объединения всех узлов вольтметра используется управляющее устройство.

Точность измерений вольтметра также зависит от стабильности опорного напряжения. Поэтому следует учитывать порог прецизионного делителя во входном устройстве и защиту от помех в цепочке. Во время проведения лабораторных исследований точность замеров можно значительно увеличить с помощью фильтра в начале электрической цепи.

Тем не менее полностью исключить погрешности невозможно, можно лишь свести их к минимуму.

Дело в том, что источник питания вызывает помехи, изменяющие параметры сопротивления. Из-за этого показатели значительно уменьшаются.

Принцип работы цифрового вольтметра

Не стоит забывать, что точность выводимых вольтметром показаний зависит от их градуировки.

Градуировка представляет собой совокупность действий по сопоставлению шкалы прибора с измеряемой величиной. Как правило, эта процедура выполняется в заводских условиях.

Для этого сравниваются значения настраиваемого вольтметра и эталонного аппарата с самыми высокими показателями точности.

Принцип работы цифрового вольтметра

Вольтметр не является многофункциональным приспособлением. Он выполняет лишь одну задачу – измерение напряжения электрической цепи. Однако на сегодняшний день было изобретено немало разновидностей вольтметров. Их классификация зависит от характеристик, которые берутся во внимание.

Давайте рассмотрим основные виды и параметры, по которым они подразделяются. Наиболее важный из них – это принцип работы. В зависимости от него вольтметры бывают двух типов:

  • электромеханические – электромагнитные и магнитоэлектрические;
  • электронные – аналоговые и цифровые.

Электромагнитные аппараты считаются самыми дешевыми и наиболее простыми.

Но из-за высокой индуктивности собственных обмоток заметно страдает точность измерений. Такие приборы чаще всего встречаются на электроподстанциях.

Магнитоэлектрические, наоборот, наименее доступны и применяются в основном для лабораторных исследований.

Но не будем надолго останавливаться на этих разновидностях, так как речь идет о цифровых вольтметрах, а значит, нас интересуют только электронные. Электронный аппарат имеет табло для вывода результатов.

На аналоговых устройствах оно состоит из шкалы и стрелки. На цифровых – представляет собой светодиодный дисплей.

Следующий рассматриваемый параметр – это назначение. Согласно ему, электронный вольтметр разделяется на:

  • прибор для измерения напряжения постоянного тока;
  • прибор для измерения напряжения переменного тока;
  • универсальный прибор для измерения обоих типов напряжения, с возможностью переключения режимов;
  • импульсный прибор для замеров одиночных импульсов.

Вольтметры для измерения постоянного тока бывают:

  • выпрямительными;
  • квадратичными.

Для измерения напряжения переменного тока в трехфазной сети применяется трехфазный вольтметр.

Особой разновидностью электронных вольтметров являются приборы с время-импульсным преобразованием. Они фиксируют напряжения только в определенные отрезки времени. Дополнительно аппарат учитывает импульсные колебания и среднюю частоту напряжения.

Вольтметры с двойным интегрированием предназначены для работы с постоянным током. Они основываются на принципе периодического повторения, при котором исходный код в цепи возвращается автоматически.

Дополнительно вольтметры разделяются по способу установки:

  • стационарные;
  • щитовые;
  • переносные.

К переносным относятся, например, миниатюрный и розеточный аппараты. Последний работает от электросети, мини-вольтметр работает на батарейках. Среди владельцев автомобилей востребована современная разновидность – круглый портативный вольтметр со светодиодным табло. Он легко позволяет замерить напряжение автомобильного аккумулятора.

Отдельно можно приобрести встраиваемые приборы. Они предназначены для тех блоков питания, которые производитель не оснащает вольтметром.

Широкий выбор моделей, представленных на современном рынке, позволяет подобрать вольтметр, соответствующий любым запросам и финансовым возможностям. О главных технических характеристиках, которые нужно учитывать при выборе в первую очередь, мы уже рассказали выше. Также следует выбирать аппарат, соответствующий своей области применения.

Но даже с учетом этих критериев круг выбора остается довольно широким. Мы рекомендуем обратить внимание на следующие бренды:

  • «Актаком» – Россия;
  • «АКИП» – Россия;
  • Circutor S. A. – Испания;
  • Good Will Instrument Co. – Тайвань;
  • Agilent – США.

Под этими торговыми марками выпускаются в основном качественные разнообразные приборы по доступным ценам.

Однако это лишь малая часть производителей, выпускающих качественную технику для замеров.

Эксплуатация вольтметра допускается только при соблюдении трех важных условий. К ним относятся:

  • соответствие возможностей аппарата напряжению в участке цепи;
  • соответствие типу напряжения, которое может быть постоянным или переменным;
  • верное положение, в котором должен находиться вольтметр для корректной работы (вертикальное или горизонтальное, данная информация указывается на корпусе прибора).

Аналоговые вольтметры также требуют предварительной настройки.

Но в этот раз мы говорим о цифровых устройствах, которые в этом не нуждаются, что является еще одним доказательством удобства и простоты использования. Весь процесс измерения напряжения цифровым вольтметром можно разделить на 3 шага.

  1. Подсоединить провода. Для этого на цифровых моделях имеются специальные разъемы и гнезда. Установить переключатель в положение «включено».
  2. Если вольтметр является универсальным, установить тип напряжения и диапазон значений. При неизвестных значениях можно обозначить максимальный предел, а затем плавно его снижать до выявления читаемых значений.
  3. Установить параллельное подключение щупов к проводникам на выбранном участке цепи.
Читайте также:  Как правильно брить голову станком

Как видите, процесс не так сложен и не занимает большого количества времени.

Однако стоит соблюдать осторожность. Халатное отношение может не только повредить устройство, но и нанести вред здоровью человека.

Вот самые распространенные ошибки, которые совершаются при замерах.

  1. Переход с одного участка цепи на другой без переустановки значений или типа напряжения. Вольтметр может перегреться и даже сгореть.
  2. Из-за внешнего сходства вольтметр можно легко перепутать с амперметром.
  3. При длительной эксплуатации изоляция проводов на щупах приходит в негодность и проводник оголяется. Это может привести к поражению оператора электрическим током. Поэтому нужно регулярно осматривать аппарат на предмет повреждений.
  4. Некоторые покупатели предпочитают экономить на подобной технике, покупая дешевые аппараты от неизвестных производителей. Велик риск потратить деньги на непригодный для измерений вольтметр. Такие устройства лучше приобретать в специализированных магазинах. Лучше всего если товары имеют сертификат качества и гарантийный срок.

В целом это все, что нужно знать о вольтметре для его домашнего использования.

Данный прибор является очень полезным и ему всегда найдется применение. Так что эта покупка стоит того.

Тем не менее, если работать приходится с электричеством, необходимо соблюдать предельную внимательность и быть подготовленными. Обязательно ознакомьтесь с прилагаемой инструкцией и техническими характеристиками именно вашей модели.

В следующем видео вы узнаете, как подключить цифровой вольтметр с тремя проводами.

Цифровые вольтметры

Цифровые вольтметры (ЦВ) – это цифровые приборы, автоматически вырабатывающие дискретные сигналы измерительной информации, показания которых представляются в цифровой форме [2-6]. В ЦВ в соответствии со значением измеряемого напряжения образуется код, а затем в соответствии с кодом измеряемая величина представляется на отсчетном устройстве в цифровой форме.

Упрощенная структурная схема ЦВ [5], состоящая из входного устройства (ВУ), аналогово-цифрового преобразователя (АЦП), цифрового отсчетного устройства (ЦОУ), управляющего устройства (УУ), приведена на рис. 5.

Принцип работы цифрового вольтметра

ВУ содержит делитель напряжения. АЦП преобразует аналоговый сигнал в цифровой, представляемый цифровым кодом. Процесс аналого-цифрового преобразования составляет сущность любого цифрового прибора, в том числе и ЦВ.

Использование в АЦП цифровых вольтметров двоично-десятичного кода облегчает обратное преобразование цифрового кода в десятичное число, отражаемое ЦОУ. ЦОУ измерительного прибора регистрирует измеряемую величину.

УУ объединяет и управляет всеми узлами вольтметра.

  • По типу АЦП цифровые вольтметры могут быть разделены на четыре основные группы:
  • 1) кодово-импульсные (поразрядного уравновешивания);
  • 2) время-импульсные;
  • 3) частотно-импульсные;
  • 4) пространственного кодирования.

В настоящее время ЦВ строятся чаще всего на основе кодово-импульсного и времяи-мпульсного преобразования.

В кодово-импульсном ЦВ постоянного тока выполняется последовательное сравнение измеряемого напряжения с рядом дискретных значений известной величины, изменяющейся по определенному закону, заложенному в схеме вольтметра, которая либо больше, либо меньше измеряемого напряжения, но постепенно стремится к нему до тех пор, пока не будет достигнуто равенство измеряемой и известной величин. Процесс измерения напряжения в кодово-импульсном вольтметре напоминает взвешивание на весах, поэтому такие приборы иногда называют ЦВ поразрядного уравновешивания. Точность кодово-импульсного ЦВ зависит от стабильности опорного напряжения, точности изготовления делителя, порога срабатывания сравнивающего устройства.

Принцип действия время-импульсного ЦВ основан на преобразования с помощью АЦП измеряемого напряжения в пропорциональный интервал времени, который заполняется счетными импульсами, следующими с известной стабильной частотой следования. В результате такого преобразования дискретный сигнал измерительной информации на выходе преобразователя имеет вид пачки счетных импульсов, число которых пропорционально уровню измеряемого напряжения.

В качестве примера, иллюстрирующего принципы построения таких устройств, на рис. 6 приведены упрощенная структурная схема и временные диаграммы, поясняющие работу время-импульсного ЦВ с генератором линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) [5]. В этом вольтметре измеряемое напряжение через входное устройство (ВУ), обеспечивающее большое входное сопротивление и расширение пределов измерения вольтметра, подается на вход 1 устройства сравнения (УС) II. Линейно изменяющееся во времени напряжение с ГЛИН поступает соответственно на входы 1 и 2 и УС I и II. Вход 2 УС I соединен с корпусом. В момент, когда на входе 2 УС I напряжение , на его выходе возникает импульс условно фиксирующий нулевой уровень входного сигнала. Этот импульс, подаваемый на единичный вход триггера (T), вызывает появление положительного напряжения на его выходе. Возвращается T в исходное состояние импульсом , поступающим с выхода УС II и возникающим в момент равенства измеряемого и линейно изменяющегося напряжения .

Принцип работы цифрового вольтметра

  1. , (21)
  2. где – коэффициент преобразования, подается на вход схемы И, на второй вход которой с генератора счетных импульсов (ГСИ) поступает сигнал , следующих с частотой:
  3. . (22)

На выходе схемы И сигнал появляется только при наличии импульсов и на обоих ее входах, т. е. счетные импульсы проходят через схему И тогда, когда присутствует сигнал на выходе триггера.

  • Количество прошедших через схему И счетных импульсов
  • , (23)
  • подсчитывается счетчиком (Сч) и отображается на индикаторе ЦОУ.
  • Из выражений (22) и (23) получаем формулу для определения измеряемого напряжения:
  • . (24)

В вольтметре значение выбирают равным , где – число определяющее положение запятой в цифровом отсчете. Поэтому ЦВ непосредственно показывает значение измеряемого напряжения.

Рассмотренный цикл работы ЦВ периодически повторяется. Возврат ГЛИН в исходное состояние и подготовка схемы к очередному измерению осуществляется автоматически.

Формула (24) не учитывает погрешности дискретности из-за несовпадения момента появления счетных импульсов с началом и концом интервала . Еще большую погрешность вносит фактор нелинейности коэффициента преобразования .

Недостатком метода времяимпульсного преобразователя является также его невысокая помехоустойчивость.

Шумовая помеха, наложенная на измеряемое напряжение изменяет его и, следовательно, изменяет момент появления импульса , определяющего длительность времени счета.

Принцип работы цифрового вольтметра

Принцип работы цифровых измерительных приборов основан на дискретном и цифровом представлении непрерывных измеряемых величин. Упрощенная структурная схема цифрового вольтметра состоит из входного устройства, аналого-цифровой преобразователь, цифрового отсчетного устройства и управляющего устройства.

Входное устройство содержит делитель напряжения; в вольтметрах переменного тока оно включает в себя также преобразователь переменного тока в постоянный.

Аналого-цифровой преобразователь преобразует аналоговый сигнал в цифровой, представляемый цифровым кодом.

Процесс аналого-цифрового преобразования составляет сущность любого цифрового прибора, в том числе и вольтметра.

Использование в аналого-цифровом преобразователе цифровых вольтметров двоично-десятичного кода облегчает обратное преобразование цифрового кода в десятичное число, отражаемое цифровым отсчетным устройством.

Цифровое отсчетное устройство измерительного прибора регистрирует измеряемую величину. Управляющее устройство объединяет и управляет всеми узлами вольтметра.

Устройство вольтметра: основным компонентом устройства является микроконтроллер. Аналого-цифровой преобразователь десяти разрядный, который и находится в микроконтроллере. Два восьми разрядных порта ввода-вывода. Тактовый генератор со встроенной частотозадающей цепью.

Читайте также:  Как выбрать редуктор для газового баллона

Принцип работы цифрового вольтметра от интегрального стабилизатора на микроконтроллер подается напряжение в 5В. Тактовый генератор контроллера тактируется от внутреннего источника, с частотой 1 МГц.

Один бит используется для управления точкой, семь бит порта настроены на управление, включение и вывод сегментов индикатора.

Оставшиеся 3 бита, настроены на вывод и используются для управления разрядами индикатора.

На входной делитель напряжения подается измеряемое напряжение, (резистором производится калибровка вольтметра под показания эталонного вольтметра).

С входного делителя напряжение подается на 11-й вывод микроконтроллера (7-й бит порта), который сконфигурирован как вход аналого-цифрового преобразователя.

Затем напряжение на входе аналого-цифрового преобразователя сравнивается с опорным напряжением и преобразуется в цифровое значение.

  • Далее контроллер преобразует шестнадцатеричный код измеренного напряжения, в десятичный код, а затем в код семи сегментный.
  • Таймер прерывает выполнение программы на подпрограмму управления индикатором, которая, используя вычисленный семи сегментный код, засвечивает первый из трех знаков индикатора, при следующем прерывании — второй знак, а при следующем прерывании третий.
  • Для измерения импульсных и переменных напряжений (пиковое, средневыпрямленное и среднеквадратическое значения), а также переменного тока обычно используются вольтметры постоянного тока совместно с соответствующими преобразователями.

Вольтметр: описание устройства прибора, принцип работы, физические характеристики, обозначение на рисунке

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».

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.

Суть прибора

Вольтметр — это устройство, относящееся к классу электроизмерительных приборов, предназначенное для измерения электродвижущей силы (ЭДС) на участке электрической линии. Другими словами, вольтметр показывает разность потенциалов (напряжение) между двумя точками электрической цепи. Подключается он всегда параллельно к источнику тока или нагрузке.

Вам это будет интересно  Особенности резонанса токов

При измерении устройство не должно никоим образом воздействовать на параметры электрической цепи, поэтому идеальным считается прибор, имеющий бесконечно большое внутреннее сопротивление. От этого параметра в первую очередь и зависит точность замеров. В зависимости от формы измеряемого сигнала, вольтметры разделяются на устройства, измеряющие постоянный или переменный ток.

Кроме того, по принципу измерения вольтметры бывают:

  • Диодно-компенсационные. Принцип их действия основан на сравнении измеряемого сигнала с эталонным, выдаваемым регулируемым источником. Основным элементом конструкции является вакуумный диод. Они используются только для измерения гармоничного (переменного) сигнала, но в широком диапазоне частот. Точность замеров довольно высокая.
  • Импульсные. Измеряют значение амплитуды сигнала периодических и одиночных импульсов с большой скважностью. Структурная схема устройства состоит из преобразователя уровня импульса, усилителя и отсчётного устройства.
  • Фазочувствительные. Характерным признаком такого устройства является наличие двух индикаторов, служащих для регистрации действительной и мнимой составляющих комплексного сигнала. Их используют для исследований амплитудно-фазовых характеристик.
  • Селективные. По своей схемотехнике похожи на супергетеродинные радиоприёмники. Способны выделять гармоники сигнала и измерять их среднеквадратичную величину амплитуды.
  • Универсальные. Многофункциональные приборы, умеющие измерять любой тип сигнала.

Все приведенные приборы применяются в лабораториях и на производствах для наладки работы той или иной техники. В быту же и радиолюбительстве чаще используются вольтметры, умеющие измерять среднеквадратичное напряжение переменного и постоянного тока. Поэтому все типы устройств, принято разделять на два вида: аналоговые и цифровые.

Обозначение и характеристики

Согласно единой системе конструкторской документации, на принципиальных и электрических схемах вольтметр принято обозначать в виде окружности, в середину которой вписывается латинская буква V. На рисунках и чертежах прибор подписывается русской буквой «В» или английской аббревиатурой PV.

Кроме того, первая цифра, стоящая в названии прибора после буквы «В», выпускаемого в странах бывшего СССР, обозначает тип устройства. Например, «B2» — постоянного тока, «B3» — переменного, «B4» — импульсного, «B7» — универсального.

Для оценки возможностей прибора принято использовать следующие технические характеристики:

  • Внутренний импеданс источника. Характеризуется сопротивлением, измеренным на выходе прибора. Чем больше это значение, тем прибор считается более качественным.
  • Диапазон измерений. Это область, ограниченная наименьшим и наибольшим значением, которое может измерить прибор. Большинство тестеров являются универсальными, измеряющими напряжение в диапазоне от десятков милливольт до киловольта. Однако в исследовательских центрах используются приборы, позволяющие определять мили или даже микровольты.
  • Точность показаний. Этим параметром обозначается погрешность между реальными значениями напряжения и измеренными. В зависимости от значений измеряемой амплитуды сигнала, эта погрешность изменяется, поэтому характеризуется она классом точности. Например, для прибора, работающего в диапазоне измерения от 0 до 60 вольт, класс точности, равный единице, будет обозначать, что погрешность прибора не может превышать 0,6 В, но на малых значениях такой допуск недопустим. Поэтому диапазон измерений и разбивается на небольшие участки.
  • Диапазон частот. Определяется чувствительностью электронных компонентов регистрировать сигнал той или иной частоты.
  • Рабочая температура окружающей среды. Обозначает условия, при которых погрешность измерения будет соответствовать заявленному классу точности.

Вам это будет интересно  Установка двухзонного счетчика

Виды вольтметров

Кроме технических параметров, определяющих назначение прибора, в описаниях вольтметра часто указываются его физические размеры. Связано это с тем, что все устройства по виду конструкции разделяют на три типа:

  1. Переносные.
  2. Стационарные.
  3. Панельные (щитовые).

Вторые запитываются от сети переменного напряжения, через встроенный в них блок питания. Чаще всего это узкоспециализированные тестеры, обладающие высокой точностью измерений. Используют их в профессиональной сфере деятельности для контроля напряжения в важных точках электрической цепи.

Читайте также:  Ресанта саи 250пн схема

Третий же тип предназначен для использования в специально оборудованных шкафах для постоянного контроля величины напряжения. Обычно применяются в комплексе с защитными приборами. Такого вида вольтметром измеряют переменное однофазное или трёхфазное напряжение.

Аналоговое устройство

Отличительной чертой аналогового устройства является присутствие стрелочного индикатора. В основе принципа работы вольтметра такого типа лежит использование измерительной головки. Конструктивно она выполняется в виде алюминиевого контура, помещённого в магнитное поле. Стрелка прибора и оси приклеивается к рамке, на которую намотана проволока.

Через пружины или растяжки, удерживающие стрелку в начальном положении, на конструкцию подаётся ток. В зависимости от величины его силы, магнитное поле воздействует на рамку с разной интенсивностью. В итоге возникает крутящий момент, выводящий стрелку из нулевого состояния.

Для устойчивого положения стрелки используются демпферы. Под указателем располагается шкала, отградуированная по эталонным приборам. Поэтому каждое положение стрелки соответствует своему значению напряжения. Как только измерения заканчиваются, ток перестаёт поступать на измерительную головку и указатель под действием растяжек возвращается на своё первоначальное положение.

Структурную схему аналогового прибора можно подставить в виде последовательной цепочки, состоящей из входного устройства, усилителя тока, детектора, измерительной головки.

Технические возможности вольтметра во многом определяются чувствительностью головки. К достоинствам аналогового прибора относят инерционность и невосприимчивость к помехам. Он идеально подходит для отображения динамики сигнала. Такой измеритель мгновенно показывает изменение вольтажа.

Например, при вычислении напряжения с пульсациями, тестер, интегрируя их, показывает среднее значение. Расширить диапазон измерения можно применив добавочные сопротивления или шунты.

Но при своих достоинствах стрелочные вольтметры характеризуются большой погрешностью и сложность в интерпретации результатов измерения.

Цифровой прибор

Принцип действия цифрового вольтметра переменного тока, как и постоянного, основан на использовании аналогово-цифрового преобразователя (АЦП).

Измеряемый сигнал поступает на вход микросхемы, преобразовывающей его в набор импульсов, передающихся дальше в блок обработки для формирования кода.

Трансформированный сигнал направляется на цифровое отсчётное устройство, а с него уже и на дисплей.

К достоинствам цифрового вольтметра относят высокое внутреннее сопротивление, что делает его измерения очень точными. А также он оснащён электронным усилителем, позволяющим проводить замеры даже слабых сигналов. Результат измерений отображается на табло сразу в виде числа, поэтому нет необходимости высчитывать значение по шкалам.

Электронный измеритель нечувствителен к магнитным полям и одинаково измеряет при любой полярности приложенного напряжения.

Порядок измерения

Чтобы провести измерения, вольтметр подключается с помощью измерительных щупов параллельно двум точкам, между которыми нужно измерить разность потенциалов. Принцип определения амплитуды будет одинаков для любого типа устройства. Порядок измерения напряжения можно представить в виде следующих действий:

  1. Включить устройство.
  2. Подключить штекера измерительных проводов в соответствующие гнёзда на панели прибора.
  3. Установить нужный диапазон измерения.
  4. Прижать измерительные щупы к исследуемому объекту.
  5. Прочитать показания с экрана прибора.

Таким образом, при помощи вольтметра можно достаточно быстро измерить величину амплитуды между двумя точками электрической линии с любым типом сигнала. Прибор имеет высокое собственное сопротивление, поэтому пользоваться им довольно безопасно.

Принцип работы вольтметра

Вольтметр — это измерительный прибор, который измеряет напряжение между двумя узлами в электрической цепи. В аналоговых вольтметрах указатель перемещается по шкале пропорционально напряжению цепи. Цифровые вольтметры имеют цифровое отображение напряжения с использованием аналого-цифрового преобразователя.

Его работа основана на принципе закона Ома. Закон Ома гласит: «Напряжение на сопротивлении прямо пропорционально току, проходящему через него». Любой базовый счетчик имеет разность потенциалов на своих клеммах, когда через него протекает полномасштабный ток. Символом для обозначения вольтметра является круг с вложенной буквой V.

Вольтметр всегда подключается параллельно к нагрузке в цепи, для которой должно измеряться напряжение. Вольтметр постоянного тока имеет знаки полярности. Поэтому необходимо подключить клемму плюса (+) вольтметра к верхней точке потенциала, а клемму минуса (-) к нижней точке потенциала, чтобы получить отклонение вольтметра.

В вольтметре переменного тока нет знаков полярности, и его можно подключить в любом случае.

 Однако в этом случае также вольтметр все еще подключен параллельно к нагрузке, для которого измеряется напряжение.

 Вольтметр с диапазоном высокого напряжения создается путем последовательного соединения сопротивления с измерительным механизмом, который имеет полную шкалу напряжения, как показано на рисунке ниже.

Полная шкала напряжения

Типы вольтметров

Аналоговые вольтметры

Включает отклоняющий тип индикаторных измерителей напряжения. 

Аналоговый вольтметр можно разделить на три категории.

  • Инструменты с подвижной катушкой
  • Движущиеся железно
  • Электростатический вольтметр

Инструменты с подвижной катушкой

Тип измерительных приборов с подвижной катушкой Аналоговые вольтметры доступны в двух типах. Они есть:

  • Инструменты с подвижной катушкой с постоянным магнитом
  • Инструменты с подвижной катушкой

Инструменты с подвижной катушкой с постоянным магнитом

Инструменты с постоянными магнитами с подвижной катушкой реагируют только на постоянный ток. Эти инструменты имеют постоянный магнит для создания магнитного поля. Катушка намотана на кусок мягкого железа и вращается вокруг собственной вертикальной оси. Когда ток течет через катушку, отклоняющий крутящий момент генерируется в соответствии с уравнением силы Лоренца.

Приборы с подвижной катушкой типа «Динамо» состоят из двух катушек. Одна катушка зафиксирована, а другая катушка вращается вокруг нее. Взаимодействие двух полей создает отклоняющий момент.

Инструменты с подвижным железом

Инструменты с подвижным железом используются в цепях переменного тока и подразделяются на инструменты с простым подвижным железом, типом динамометра и индукционным. Он состоит из мягкого железа, содержащего подвижные и неподвижные катушки.

Взаимодействие потоков, создаваемых этими элементами, создает отклоняющий момент. Диапазоны расширены за счет удержания резисторов последовательно с катушкой.

Электростатический вольтметр

Он работает по электростатическому принципу, когда отталкивание между двумя зарядовыми пластинами отклоняется от указателя, прикрепленного к пружине.

Эти приборы используются для измерений переменного и постоянного тока высокого напряжения. Это высокочувствительные приборы, способные измерять минимальное напряжение заряда, а также напряжение высокого диапазона почти 200 кВ.

Вакуумный ламповый вольтметр

Эти типы инструментов могут работать как с переменным / постоянным напряжением, так и с измерениями сопротивления. Эти устройства используют электронный усилитель между входом и счетчиком.

Если это устройство использует вакуумную лампу в усилителе, то это называется вакуумным ламповым вольтметром (VTVM). VTVM используются в измерениях переменного тока высокой мощности.

Полевой транзистор (FET) — это транзистор, который использует электрическое поле для управления электрическим поведением устройства. Они также известны как униполярные транзисторы. Вольтметр на основе полевых транзисторов использует это свойство полевых транзисторов при измерении напряжения.

Цифровой вольтметр (DVM)

  • DVM отображает напряжение с помощью светодиодов или ЖК-дисплеев для отображения результата.
  • Прибор должен содержать аналого-цифровой преобразователь.
  • Устройство содержит запрограммированный микроконтроллер, АЦП и ЖК-дисплей для обеспечения точного цифрового отображения аналоговых значений от 0 до 15 вольт постоянного тока.
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector