Как подключается вольтметр в электрическую цепь. Как подключается вольтметр в электрическую цепь: пошаговая инструкция

Типы вольтметров

Существуют электромеханические и электронные устройства. Каждое из них имеет свои особенности. Общим является то, что при измерении напряжения не используется последовательное подключение таких приборов в цепь. На схеме вольтметр обозначается кружком с буквой «V» внутри него.

Электромеханические устройства

Существуют приборы для определения напряжения для постоянного тока и переменного. Их работа основана на применении магнитоэлектрического принципа. Прибор состоит из постоянного магнита и стального сердечника. Стрелка крепится к рамке, на которую намотан тонкий провод. Когда через него проходит ток, возникает электромагнитное поле, отклоняющее стрелку.

Угол поворота рамки соответствует разнице потенциалов на клеммах. Чтобы уменьшить колебания стрелки в приборе применяется компенсатор. Это может быть индукционный или воздушный демпфер, система противовесов и др. Подобные элементы способствуют повышению точности результата измерения и компенсируют влияние силы тяжести на стрелку.

Электронные приборы

Такие устройства бывают двух видов — аналоговые и цифровые. В первом случае в схеме присутствует преобразователь измеряемой величины в угол поворота стрелки. Когда аналоговый вольтметр включается в электрическую цепь, то происходит преобразование переменного напряжения в постоянное. Сигнал поступает на детектор. Он воздействует на стрелку и та отклоняется на определенный угол.

Цифровые приборы по сравнению с аналоговыми являются более точными, поэтому последние в настоящее время практически не используются. У цифрового вольтметра есть дисплей и преобразователь, с помощью которых измеряемый параметр приобретает цифровой вид. На табло устройства, включенного в сеть с постоянным током, отображается полярность подключения. Точность показаний при измерении напряжения цифровым вольтметром во многом зависит от качества работы преобразователя.

Почему сопротивление амперметра должно быть значительно меньше сопротивления цепи?

Для того чтобы амперметр не изменял заметно общего сопротивления цепи, собственное его сопротивление, как следует из формулы (54.2), должно быть малым по сравнению с сопротивлением цепи. Поэтому амперметры делают с очень малым сопротивлением (несколько десятых или сотых долей Ома).

Интересные материалы:

Сколько символов на одной странице Ворд? Сколько сюжетных миссий в Метал Гир Солид 5? Сколько сказочных героев тянули репку? Сколько склонений у сущ? Сколько слогов карандаши? Сколько служат служебные собаки? Сколько служить до капитана полиции? Сколько служит тушь для ресниц? Сколько служить в армии с бакалавром? Сколько смолы и никотина в сигаретах Винстон синий?

Как работает вольтметр?

Существует два типа вольтметров: аналоговые, показывающие значение путем наклона стрелки механического прибора, и все чаще используемые в настоящее время цифровые, оснащенные сложными электронными схемами.

Аналоговые вольтметры обычно представляют собой амперметры с последовательно соединенным резистором RV с очень большим значением электрического сопротивления. То есть, по сути, они измеряют ток IV, протекающий через него, а шкала показывает значение, которое является результатом расчета: UV = IV * RV .

Цифровые приборы, как правило, имеют обратную конструкцию (то есть они являются именно вольтметрами, а не амперметрами). Это связано с тем, что изготовить цифровой измеритель напряжения относительно просто. Если мы подключим его параллельно резистору с малым сопротивлением, то получим амперметр. Значение индикатора может быть рассчитано по уравнению: UV = IV * RV .

Существует, однако, тип аналогового вольтметра, принцип действия которого не основан на принципе работы амперметра. Это электростатический вольтметр. На практике это конденсатор с одной неподвижной обкладкой и другой подвижной. Электрическое взаимодействие обкладок вызывает перемещение указателя, прикрепленного к движущейся части. С помощью такого вольтметра можно можно измерять даже очень высокие электрические напряжения, а значение его внутреннего сопротивление почти бесконечно.

BY42A схема подключения

Налаживание цифрового вольтметра и амперметра В общем-то оно совсем несложное. Не сразу и не вовремя выяснилось, что вход питания у него гальванически связан с минусовым входом шунта. Сначала, не подключая нагрузку, регулировкой резистора R5 устанавливаем его показания на ноль. Составной резистор получился ровно столько, сколько нужно, за счёт погрешности одного из них: В результате он теперь измеряет, начиная с 50мА, до 50А с минимальным шагом примерно 20мА 0 тоже показывает.

Меры безопасности

В отличие от других приборов, например, омметра или мегометра, работая с вольтметром, приходится иметь дело с напряжением. При небольших значениях оно не представляет опасности для человека. Измеряя напряжения, способные создать опасный ток, протекающий через тело человека, необходимо соблюдать повышенную осторожность.

Измерение напряжений должно сопровождаться полным соблюдением ТБ и ПУЭ. Это предотвратит получение электротравмы. Запрещено работать без средств защиты, например, резиновых перчаток и ковриков. По завершению работ не должно оставаться оголенных токоведущих частей, с которыми может произойти случайный контакт у обслуживающего персонала.

Повсеместное использование измерения напряжения в электротехнике привело к созданию вольтметров различных конструкций. Они отличаются как по принципу работы, так и по точности. Наибольшую популярность получают универсальные устройства, способные автоматически выбрать не только предел, но и тип контролируемой величины.

Принцип работы

Первыми были созданы измерители электромеханического типа. В их работе используется магнитоэлектрический принцип. Постоянный магнит закреплен неподвижно, а между его полюсами установлен стальной сердечник. Монтаж этого элемента конструкции выполняется так, чтобы в кольцеобразном воздушном зазоре могло формироваться постоянное электромагнитное поле.

В зазор на полуосях установлена рамка, изготовленная из алюминия. Она способна свободно перемещаться. На рамке также есть катушка из тонкой проволоки. Указательная стрелка прибора крепится с помощью пружин к рамке. Как только через прибор начинает проходить электроток, в обмотке возникает электромагнитное поле. Рамка вступает с ним во взаимодействие и отклоняется вместе со стрелкой на расстояние, соответствующее величине напряжения.

Конструкция измерителя также содержит индукционный демпфер — пластинку из алюминия, закрепленную на раме со стрелкой. В соответствии с правилом Ленца, вихревые токи, возникающие в демпфере, вступают во взаимодействие с породившим их магнитным полем и замедляют колебания указателя прибора. Чтобы добиться необходимой точности измерения, прибор во время работы не должен подвергаться воздействию силы тяжести.

Для решения поставленной задачи подвижная часть измерителя оснащается системой грузиков, передвигающихся на стержнях. Кроме этого, для обеспечения точного измерения необходимо снизить силу трения стальных наконечников. Это достигается благодаря использованию специальных износостойких сталей. Изготовленные из них детали подвергаются полировке.

Перед началом измерения пользователю необходимо установить указательную стрелку в нулевое положение.

Для этого в конструкции прибора предусмотрен специальный корректировочный винт, соединенный с пружиной. Это классическая конструкция, но сегодня встречаются приборы, содержащие магниты разной формы. При этом в некоторых конструкциях магнит является подвижным.

Советуем к прочтению: Эксперимент: могут ли дроссели проводить электрический ток

Особенности применения вольтметров в различных случаях

Чтобы получить точное значение напряжения, нужно правильно включить измерительный прибор. Соединение должно быть только параллельным. При этом важно соблюдать полярность. Её можно определить по схеме, где указано, как правильно подключить измерительные приборы. Теоретически идеальный вольтметр будет максимально точным при очень большом внутреннем сопротивлении. В таком случае через него будет проходить минимальный ток.

В реальной ситуации это условие не соблюдается, поэтому измерение производится с учётом предполагаемой величины напряжения. В данном случае требуется установить переключатель вольтметра в соответствии с нужным диапазоном.

Выбор вольтметра для измерения постоянного напряжения зависит от величины последнего:

• Если напряжение не превышает 1 милливольта, то используют аппараты со встроенным усилителем.
• До 1000 вольт можно применять обычные измерительные приборы разных видов.
• Если нужно проверить этот параметр на высоковольтном участке, то необходимо использовать специальные электростатические приборы, предназначенные для работы в электросетях с напряжением свыше 1000 В.

Чтобы увеличить предел измерения, можно применять последовательное соединение добавочного сопротивления с прибором. В этом случае наблюдается прямо пропорциональная зависимость, то есть, чтобы увеличить предел измерения в N раз, следует сопротивление также увеличить в N раз.

Тип вольтметра для сети с переменным током выбирается в зависимости от значения напряжения и частоты тока:

• Для измерения разности потенциалов менее 1 В подключается вольтметр с усилителем.
• Напряжение до 1 кВ и до 10 кГц в электрической цепи измеряется с помощью обычных приборов.
• При измерении высокочастотного переменного напряжения используются электростатические и термоэлектрические аппараты.

При измерении переменного напряжения прибор отображает значение, указанное на схеме. Оно примерно в 1.7 раз меньше амплитудного. Если используется правильная схема подключения, вольтметр будет показывать максимально точное значение. При проведении измерений в электросетях с переменным током в качестве добавочного сопротивления можно применять как резисторы, так и трансформаторы напряжения.

Почему вольтметр параллельно, а амперметр последовательно?

Для измерения малых токов и напряжений используют высокочувствительный прибор гальванометр — это основа и прообраз любых стрелочных измерительных приборов. Если последовательно с гальванометром подключить добавочное сопротивление – получится вольтметр, а если параллельно подключить шунт – амперметр.

Несмотря на то, что цифровые измерители в последние десятилетия стали очень распространёнными, всё равно остаются сферы применения, в которых нужны достоинства именно стрелочных приборов, например, для наблюдения динамики изменяющейся величины при каких-то переходных процессах, для измерения изменяющихся сигналов и прочего.

В этой статье мы поговорим о подключении вольтметров и амперметров для измерения напряжений и токов.

Как подключать вольтметр и производить измерения?

Вольтметры всегда должны быть подключены параллельно с электрическим устройством или элементом, на котором измеряется электрическое напряжение (рисунок 2).

Ключевая мысль состоит в том, что зажимы вольтметра присоединяют к тем точкам электрической цепи, между которыми надо измерить электрическое напряжение.

Однако следует помнить, что при таком соединении часть тока IV будет протекать через вольтметр, а не через проверяемый элемент R. Таким образом, мы имеем дело с ситуацией, когда действие измерения физической величины изменяет значение этой величины. Это не единственный подобный пример в физике.

Как видно из предыдущих рассуждений, для измерения истинного значения электрического напряжения на концах элемент цепи, нам понадобится вольтметр с бесконечным сопротивлением. Тогда через измерительный прибор не будет протекать электрический ток, поэтому измерения будут неискаженными. На практике бесконечное электрическое сопротивление в вольтметре реализовать невозможно. Тем не менее, в настоящее время продаются вольтметры с чрезвычайно высоким внутренним сопротивлением, превышающим 100 ТОМ.

Стоит отметить, что считанное значение напряжения всегда меньше истинного значения. Это пример систематической ошибки измерения.

Истинное значение напряжения на концах элемента R на рис. 2, согласно закона Ома для участка электрической цепи, составляет: U = I*R

Но, так как вольтметр имеет внутреннее сопротивление, то он показывает значение: UV = IV * RV = IR * R .

После простых преобразований получаем, что реальное значение электрического напряжения на концах проверяемого элемента цепи R имеет значение: U = UV * (1 + R/RV )

Эта формула подтверждает наше предыдущее утверждение о том, что идеальный вольтметр должен иметь бесконечное внутреннее сопротивление. Поскольку коэффициент сопротивления в этой формуле стремится к бесконечности, измеренное значение UV стремится к истинному значению U. Поскольку в реальности не существует прибора, удовлетворяющего этому идеальному условию, при проведении измерений необходимо выбирать вольтметр таким образом, чтобы величина вносимой им ошибки находилась в пределах предполагаемой погрешности измерений.

Вывод: Чем выше внутреннее сопротивление вольтметра, тем меньше погрешность измерения; поэтому вольтметры всегда имеют очень высокое электрическое сопротивление.

Как и у амперметра, у одного зажима вольтметра ставят знак «+«. Этот зажим необходимо обязательно соединять с проводом, идущим от положительного полюса источника тока. Иначе стрелка прибора будет отклоняться в обратную сторону. А отрицательный зажим, соответственно, соединяют с проводом, идущим от отрицательного полюса источника тока.

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».
Он также устанавливает, что при соединении двух разных металлов возникает сила, которая затрачивается на работу по перемещению электрического заряда из одной точки в другую. При этом перемещённый заряд изменяет свой потенциал (величину энергии), которым он обладает. Разность между начальным потенциалом и конечным получает название «напряжение».

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.

Как работать с мультиметром

При работе с тестером необходимо следовать рекомендациям, указанным в инструкции по эксплуатации.

Постоянное напряжение

Цепь предварительно разрывается.

1. Красный щуп подключается к разъёму «V Ω ma».
2. Чёрный – подсоединяется к гнезду «COM».
3. Поворотным переключателем выбирается оценочный предел постоянного напряжения «DCV».
4. Если значение неизвестно, устанавливается максимальное, затем последовательно уменьшается на одну позицию.
5. Свободные концы щупов подключаются к схеме.
6. Отображённое на дисплее напряжение фиксируется.

При наличии кнопки «HOLD» ею можно «заморозить» текущее значение на дисплее.

Переменное напряжение

Алгоритм работы аналогичный. Только поворотный переключатель переводится в положение ACV.

Добавочный резистор

Современные измерительные приборы поставляются с добавочным резистором, подключённым последовательно с обмоткой тестера либо вольтметра. Он снижает нагрузку на катушку, часть напряжения приходится на сопротивление. Это значение предварительно известно, к тому же пропорционально сопротивлению резистора. Если на старых лабораторных вольтметрах такого резистора нет, его подключают отдельно, после проводят вычисления. Цифровые измерительные устройства делают это автоматически – поворотом ручки устанавливается соответствующий множитель.

От сопротивления добавочного резистора зависит максимальное измеряемое значение напряжения. Для большинства бытовых тестеров пиковым является напряжение:

• постоянное – 1000 В или 1 кВ;
• переменное – 200 В.

Для изготовления резистора применяют материал с низким температурным сопротивлением, что исключает зависимость показаний прибора от термических показателей.

Поделитесь в социальных сетях: 21 октября 2022, 14:10 Физика 0.00% 00

Применение мультиметра

В большинстве случаев для проведения измерений удобно пользоваться специализированными приборами. Существует большое количество разновидностей, при использовании которых возможно последовательное и параллельное соединение в цепь. Схема включения вольтметра подразумевает только параллельное его соединение.

В некоторых случаях можно воспользоваться мультиметром. Этот измерительный прибор работает по универсальному принципу. С его помощью можно измерять различные электрические величины, в том числе постоянное и переменное напряжение. Чтобы это сделать, необходимо предпринять следующие шаги:

1. Установить переключатель в соответствующий режим для измерения постоянного или переменного напряжения.
2. Выбрать диапазон измерений. Для этого надо указать на ближайшее значение, превосходящее ожидаемое.
3. Подключить чёрный и красный щупы. Первый вставляется в гнездо COM, второй — в соседнее с обозначением V.
4. Щупы подключаются параллельно измеряемой детали с соблюдением правильной полярности.
5. На дисплее отображается результат измерения.

После окончания работы, ручку переключения режимов следует перевести в положение «Выключено». Преимуществом использования мультиметра является его универсальность и простота применения.

Измерение тока амперметром

Амперметр измеряет ток в цепи, через нагрузку или через отдельный её элемент. Поэтому для измерения тока амперметр подключается в цепь последовательно

, в остальном аналогично вольтметру:

— При измерении силы постоянного тока нужно учитывать полярность, то есть плюс амперметра к плюсу источнику питания, а минус к нагрузке. Можно подключить наоборот — плюс амперметра к нагрузке, а минус к минусу источника питания.

— При измерении силы переменного тока не нужно учитывать полярность.

— При выборе прибора тоже важно обращать внимание на род измеряемой величины.

Как подключить вольтметр в машине?

Как уже было сказано выше, самый простой в плане подключения вольтметр – рассчитанный под установку в разъем прикуривателя. Такой прибор достаточно просто воткнуть вместо собственно прикуривателя, и все. Также для его установки можно воспользоваться удлинителем или тройником для этого же разъема. Это будет удобно, если розетка прикуривателя используется вами еще для чего-либо – для питания видеорегистратора, зарядки смартфона, или по прямому назначению.

С проводными моделями придется повозиться. Сначала рассмотрим вольтметр, у которого есть только два провода. Как правило, они всегда идут двух разных цветов, например, красный и черный. Если купленный вами вольтметр не откровенная подделка, то красный провод – это «плюс», а черный, соответственно, «минус» или «масса».

Любой вольтметр в машине подключается непосредственно к аккумуляторной батарее. Лучше, если через плавкий предохранитель. Так, кстати, подключены практически все розетки прикуривателя – прямо к АКБ через предохранитель. Соответствующие провода для подключения вольтметра лучше всего протянуть к аккумуляторной батарее самостоятельно. В качестве альтернативы можно попытаться найти «плюс» и «минус» под обшивкой панели приборов, либо в том месте, где подключена автомагнитола. Однако, повторимся, лучше всего – протянуть отдельные два провода прямо к АКБ, установив в разрыв плюсового провода плавкий предохранитель.

Как пользоваться вольтметром в автомобиле?

Теперь самое интересное – как по простым цифрам на вольтметре узнавать всю ту информацию, которая была перечислена в списке в начале статьи? Пойдем по порядку.

На сколько % заряжена аккумуляторная батарея?

Процент заряженности АКБ можно определить по тому, сколько вольт она выдает в состоянии покоя. Последнее является очень важным условием, обязательным к выполнению. Потому с него и начнем. Как вывести аккумуляторную батарею в состояние покоя? А надо просто дать ей отстояться в течение 8-12 часов. В таком состоянии АКБ пребывает обычно утром, если автомобиль до этого эксплуатировался вчера, и был поставлен на стоянку не поздно вечером. За ночь батарея «успокоилась», напряжение на ней выровнялось, и по нему можно определять, на сколько процентов она заряжена.

Как это делается? Полностью исправная батарея легкового автомобиля в состоянии покоя должна выдавать напряжение от 11,7 В до 12,7 В. При этом, если вольтметр показывает 12,7 В, то аккумулятор заряжен на 100 %, а если 11,7 В – то он, наоборот, разряжен в ноль. Напомним, что батарея должна быть отстоявшейся, а также в момент измерений не должна быть включена никакая нагрузка (музыка, габариты, гаджеты и так далее).

Прелесть этого метода в том, что по вольтажу АКБ, пребывающей в покое и без нагрузки, можно определить и промежуточные значения в процентах. Для этого достаточно сопоставить десятые доли вольта с десятками процентов. Например, если напряжение батареи 12,6 В, то вычитаем 10% из 100%, и получаем заряженность АКБ на 90%. Соответственно, 12,5 В – это 70%, и так далее, до полного разряда.

Перед тем, как начать пользоваться этой методикой, не лишним будет проверить ток утечки, когда автомобиль заглушен и все приборы выключены. Если какие-либо потребители находятся в спящем режиме, они могут потреблять достаточно большой ток из АКБ. Это станет причиной просадки напряжения, и полученные описанным способом данные будут неточными. Самые точные % можно узнать только при полностью отключенной от бортовой сети АКБ. Если же ток утечки в норме (50-100 мА), то процент заряда будет весьма точным.

Как АКБ держит нагрузку во время запуска двигателя?

Во время работы стартера аккумуляторная батарея испытывает самые больше нагрузки, несравнимые с другими потребителями автомобиля. Токи в этот момент достигают сотен ампер, что вызывает весьма заметную просадку напряжения даже на новой и полностью заряженной батарее.

Так вот. Если обратить внимание на вольтметр во время запуска двигателя, то можно узнать, насколько хорошо держит большую нагрузку ваш аккумулятор. Если АКБ полностью исправна и не сильно изношена, то просадка должна быть не более 2-3 десятых вольта. То есть, если вы сели в автомобиль утром, и напряжение было 12,5 В, а в процессе старта мотора просело до 12,3 В, то это свидетельствует о том, что батарея отлично держит нагрузку.

Этот метод, кстати говоря, позволяет определять не только исправность батареи, но и самого стартера. Если, например, у вас установлена абсолютно новая (или сравнительно свежая) батарея, в которой вы уверены, а просадка напряжения при старте все равно огромная (падает до 11-10 В и ниже), то это означает, что со стартером есть явные проблемы. Он либо подклинивает, либо есть износ щеток, либо замыкание в обмотках. Плохой контакт на клеммах стартера тоже может стать причиной конкретных просадок напряжения.

Нормально ли заряжается АКБ от генератора?

Когда двигатель запущен и работает, генератор должен вырабатывать электроэнергию, часть которой возвращается в аккумулятор, заряжая ее. Чтобы определить, что заряд действительно происходит, и позволяет определить рассматриваемый здесь прибор.

Сколько должен показывать вольтметр при заведенной машине? Здесь на разных автомобилях показатели достаточно сильно разнятся. Если брать идеальное напряжение, которое свидетельствует о полноценном заряде батареи, то оно соответствует 14,4 В. Но есть несколько нюансов.

1. Во-первых, если перед запуском мотора АКБ была сильно разряжена, то в первые минуты напряжение заряда будет несколько меньшим, чем положено. Может быть даже меньше 14 В (13,7-13,8, например). Это нормально. Со временем оно будет повышаться, и выйдет на указанный параметр.
2. Во-вторых, нормально напряжение заряда на разных автомобилях отличается. Оно зависит и от генератора, и от скорости вращения коленчатого вала, и от характеристик или исправности реле-регулятора. В целом, если напряжение заряда сильно отличается от идеальных 14,4 В, то следует показать свой автомобиль хорошему автоэлектрику.
3. В-третьих, при отрицательных температурах окружающей среды считается, что АКБ первые полчаса вообще не способна принимать заряд от генератора. Отсюда следует, что сразу после запуска в сильный мороз напряжение заряда будет далеким от идеального. Если вся система исправна, то после прогрева подкапотного пространства и самой батареи показатели вольтметра выровняются.