Вольтметр — это прибор, который используется для измерения напряжения до 1000 В в сетях постоянного и переменного тока промышленной частоты и применяется в информационно-измерительных системах. Качественный вольтметр имеет чрезвычайно высокое, бесконечное сопротивление. Благодаря большому сопротивлению прибора достигается оптимальная точность измерения.
Прибор предназначен для логической и математической обработки измерений.
Виды вольтметров
Всего существует два вида вольтметров:
Если цифровые приборы характеризуются точностью показаний, то аналоговые (стрелочные) вольтметры могут реагировать на минимальные отклонения параметров, которые не определяются цифровым тестером.
- Портативные (или переносные) вольтметры предназначены для проверки (тестирования) напряжения в сети. В большинстве случаев, этот прибор включается в конструкцию тестера. Бывают стрелочные или цифровые приборы, кроме измерения напряжения они измеряют токи нагрузки, температуры, сопротивление цепи и т. д.
- Стационарные вольтметры устанавливаются на приборной панели в электрораспределительных щитах. Они предназначены для контроля работы оборудования. Стационарные вольтметры относятся к электромагнитному типу.
Классификация
Приборы отличаются принципом действия, бывают электронные и электромеханические.
По назначению приборы бывают импульсные, измеряющие сеть переменного и постоянного тока.
Как подключить вольтметр
Вольтметр включается в цепь параллельно источнику напряжения и нагрузке. Это делается, чтобы высокое сопротивление, которое используется в приборе, не оказывало влияния на показания. Ток, протекающий через прибор, должен быть минимальным.
Рис. №1. Схема подключения вольтметра в сеть.
Технические характеристики вольтметра
Вольтметр может нормально функционировать при температуре воздуха, не превышающей 25–30 ºС и относительной влажности до 80 % при атмосферном давлении 630–800 мм ртутного столба. Напряжение 220 В (частота до 400 Гц), частота сети 50 Гц. На измерение значительное влияние оказывает форма кривой напряжения питающей сети — синусоида, имеющая коэффициент гармоник max 5 %.
Возможности прибора оцениваются c помощью следующих показателей:
- Сопротивление.
- Предельные границы напряжения переменной цепи.
- Диапазон измеряемых величин напряжения.
- Класс точности измерений.
Принцип действия прибора
Основа работы вольтметра — метод аналогово-цифрового преобразования. Так, преобразователи, установленные в конструкции прибора В7-35, измеряют величину напряжения переменного и постоянного тока (а также сопротивление, силу тока), преобразуя измеряемую величину в нормализованное напряжение, а затем с использованием АЦП в цифровой код.
Функциональная схема цифрового тестера работает с использованием 4 преобразователей:
- Масштабирующий преобразователь.
- Преобразователь силы переменного и постоянного тока в напряжение.
- Низкочастотный прибор, который преобразует напряжение переменного тока в постоянный.
- Преобразователь сопротивления в напряжение.
Рис. №2. Схема цифрового вольтметра
Вольтметр переменного тока
Электронные широкополосные вольтметры, которые используются в сетях переменного тока, имеют конструктивные особенности и свойственную лишь им градуировку. Воздействие на измеряемую цепь зависит от входных параметров: входного активного сопротивления (Rв) (при этом оно должно быть наиболее высоким), емкости на входе (Cв) (она должна быть минимальной) и индуктивности (Lпр) (вместе с емкостью создается последовательный колебательный контур, который отличается своей резонансной частотой).
Рис. №3. Схема подключения вольтметра
Измерение сопротивления
Низкоомный вольтметр с сопротивлением max 15 Ом годится для измерения сопротивлений, которое выполняется с помощью формулы:
Rx = Rи * (U1/U2 – 1).
В формуле используется сопротивление Rв (вольтметра), и 1 и 2 показания прибора, точность измерения при этом не обязательно соответствует действительности, потому что замер не учитывает внутреннего сопротивления. Более точного результата можно достичь при использовании формулы:
Rx = (Rв + r ) * (U1/U2 — 1), где r — внутреннее сопротивление.
При замере каждое следующее сопротивление должно быть большим и выполняться с записью каждого замера.
Чтобы узнать, какое напряжение показывает прибор, необходимо руководствоваться шкалой вольтметра и ценой деления. Она определяется по максимальному пределу замеряемого значения, разделенного на количество делений шкалы.
