Вольтметр — измерительный прибор напряжения¶
Вольтметр — это измерительный электрический прибор, предназначенный для определения разности электрических потенциалов (напряжения) между двумя точками электрической цепи. Вольтметр относится к классу электроизмерительных приборов и измеряет величину, выраженную в вольтах (В) — единице измерения напряжения в Международной системе единиц (СИ).
¶Принцип действия
Вольтметр подключается к измеряемой цепи параллельно участку, на котором измеряется напряжение. При этом через прибор проходит ток, пропорциональный измеряемому напряжению, и стрелка прибора (или цифровой индикатор) отображает величину напряжения. Чтобы вольтметр минимально влиял на измеряемую цепь, его внутреннее сопротивление должно быть максимально большим — в идеале стремиться к бесконечности. Это отличает вольтметр от амперметра, который подключается последовательно и имеет малое внутреннее сопротивление.
¶Устройство и типы
По принципу действия вольтметры делятся на несколько основных типов:
| Тип | Принцип действия | Применение |
|---|---|---|
| Электромеханический (стрелочный) | Взаимодействие катушки с током и магнитного поля | Измерение постоянного и переменного напряжения |
| Электростатический | Электростатическое притяжение между обкладками конденсатора | Высоковольтные измерения |
| Электронный (аналоговый) | Усилитель постоянного тока со стрелочным индикатором | Высокое входное сопротивление |
| Цифровой | Преобразование аналогового сигнала в цифровой код | Широкий диапазон измерений |
¶Стрелочный вольтметр
Наиболее распространённый тип — электромагнитный стрелочный вольтметр. Его основной элемент — измерительный механизм (обычно магнитоэлектрический), состоящий из подвижной катушки, помещённой в магнитное поле постоянного магнита. Ток, проходящий через катушку, создаёт момент, поворачивающий стрелку; величина угла поворота пропорциональна току, а следовательно, и напряжению. Для измерения переменного напряжения применяют электродинамические или ферродинамические механизмы, а также вольтметры с выпрямителем.
Для расширения пределов измерения последовательно с измерительным механизмом включают добавочное (умножающее) сопротивление — резистор с большим удельным сопротивлением. Чем больше добавочное сопротивление, тем выше предел измеряемого напряжения.
¶Цифровой вольтметр
Цифровой вольтметр (ЦВ) преобразует аналоговое входное напряжение в цифровой код, отображаемый на индикаторе. Основные элементы — аналого-цифровой преобразователь (АЦП), источник опорного напряжения и система индикации. Цифровые вольтметры обладают высокой точностью, широким диапазоном измерений и удобством считывания показаний. Современные приборы имеют разрешение до 6,5 и более разрядов, что позволяет измерять напряжения с высокой точностью.
¶Подключение и пределы измерения
Вольтметр подключается к измеряемой цепи параллельно. При измерении постоянного напряжения соблюдается полярность: положительный зажим прибора соединяется с точкой более высокого потенциала, отрицательный — с более низким. При нарушении полярности стрелка отклоняется в противоположную сторону, что может повредить механизм.
Пределы измерения вольтметра определяются добавочными сопротивлениями. Многопредельные приборы имеют несколько диапазонов (например, 3, 15, 150, 600 В), переключаемых селектором. При выборе диапазона ориентируются на ожидаемое значение напряжения, выбирая предел, превышающий его, но минимально возможный — это обеспечивает максимальную точность измерения.
¶Точность и класс точности
Точность вольтметра характеризуется классом точности — допустимой относительной погрешностью прибора, выраженной в процентах. Классы точности по ГОСТ: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Чем меньше число, тем точнее прибор. Лабораторные вольтметры имеют классы 0,05–0,5, а бытовые и промышленные — 1,0–4,0.
¶Применение
Вольтметры используются в электротехнике, электронике, радиотехнике, энергетике и других областях. Они применяются для контроля напряжения в электросетях, проверки работы электронных устройств, измерения напряжения на элементах схем, диагностики неисправностей. Специализированные вольтметры — милливольтметры, киловольтметры — предназначены для измерения напряжений в соответствующих диапазонах.
¶Историческая справка
Измерение напряжения началось в XIX веке с развитием электричества. Термин «вольтметр» происходит от имени итальянского физика Алессандро Вольта, создавшего в 1800 году первый химический источник тока — вольтов столб. Первые вольтметры были электростатическими и применялись для измерения высоких напряжений. В конце XIX века появились электромеханические приборы, ставшие основой электроизмерительной техники на десятилетия.
¶Источники
- ГОСТ 8.401-80. Государственная система обеспечения единства измерений. Вольтметры. Общие технические требования
- ГОСТ 22261-76. Приборы для измерения неэлектрических величин. Общие технические условия
- Справочник по электроизмерениям. — М.: Энергоатомиздат
- Электротехнический справочник. — М.: Издательский дом МЭИ