Вольтметр: назначение, виды и правила измерения¶
Вольтметр — измерительный прибор для определения электрического напряжения (потенциальной разности) между двумя точками электрической цепи. Относится к классу электроизмерительных приборов; подключается параллельно участку цепи, напряжение на котором требуется измерить. Шкала прибора градуированта в вольтах (В) и милливольтах (мВ).
¶Устройство и принцип действия
Стрелочный (аналоговый) вольтметр состоит из измерительного механизма — обычно магнитоэлектрического с системой постоянных магнитов и подвижной катушки, соединённой со стрелкой, шкалы, ряда резисторов и клемм подключения. Для измерения переменного напряжения применяется электромагнитный или электродинамический механизм либо выпрямительная схема.
Принцип работы основан на том, что измеряемое напряжение, приложенное к катушке через резисторы-множители, создаёт ток, который взаимодействует с магнитным полем и отклоняет стрелку на угол, пропорциональный напряжению.
Цифровой вольтметр устроен иначе: аналоговое напряжение преобразуется аналого-цифровым преобразователем (АЦП) в числовое значение, отображаемое на жидкокристаллическом индикаторе. Основные достоинства — высокая точность, отсутствие параллакса и широкий предел измерений.
¶Виды вольтметров
| Тип | Назначение | Особенности |
|---|---|---|
| Стрелочный (аналоговый) | Измерение постоянного и переменного напряжения | Требует навыка снятия показаний, удобен для наблюдения за изменением величины |
| Цифровой | Универсальное измерение | Автоматический выбор предела, высокая точность |
| Стационарный (лабораторный) | Точные измерения в лабораториях, на производстве | Класс точности 0,05–1,0 |
| Переносной (бытовой) | Электромонтажные и ремонтные работы | Чаще всего выполнен в виде мультиметра |
| Милливольтметр | Измерение малых напряжений | Применяется в измерительных схемах с датчиками |
В быту и на практике наиболее распространён мультиметр — комбинированный прибор, совмещающий функции вольтметра, амперметра и омметра. Аналоговые стрелочные мультиметры серии М-830 и цифровые модели (например, DT-830, DT-9205) являются стандартным инструментом электрика.
¶Подготовка к измерению
- Выбрать прибор с подходящим пределом измерений. Напряжение сети 220 В требует предела не менее 300 В (для цифрового) или 250–300 В (для стрелочного). Напряжение батарейки 1,5 В измеряется на пределе 2–3 В.
- Проверить целостность щупов и проводов, отсутствие обрыва в измерительных цепях.
- Установить правильный режим: для постоянного напряжения — режим DCV (V−), для переменного — ACV (V~). На стрелочных приборах переключатель переводится в соответствующее положение.
- Убедиться, что предел измерения выше ожидаемого значения. При подозрении на неизвестное напряжение выставляется максимальный предел, после чего при необходимости уменьшается.
¶Порядок подключения и измерения
Вольтметр подключается параллельно участку цепи, напряжение на котором измеряется. Красный щуп (плюсовой) соединяется с точкой более высокого потенциала, чёрный (минусовой) — с точкой более низкого потенциала. При подключении в обратной полярности стрелочный прибор отклонится влево от нуля, цифровой покажет отрицательное значение.
При измерении напряжения в розетке щупы вставляются в гнёзда розетки; при измерении на печатной плате — касаются контактов элементов. Ток через вольтметр пренебрежимо мал, поэтому измерение не влияет на работу цепи.
¶Техника безопасности
- При измерении напряжений выше 50 В необходимо соблюдать меры предосторожности: работать одной рукой, не касаться открытых токоведущих частей, использовать щупы с изолированными рукоятками.
- Запрещается измерять напряжение на пределе, превышающем максимальный допустимый для прибора — это выводит его из строя.
- Перед переключением режима или предела измерения щупы выводятся из цепи.
- При измерении в цепях с повышенной опасностью (высокое напряжение, токоведущие части под потенциалом земли) применяются приборы с соответствующим классом защиты.
¶Определение полярности и проверка напряжения
Вольтметр позволяет определить полярность источника: при правильном подключении стрелка отклоняется вправо, при неправильном — влево. Цифровой прибор показывает знак «−» при обратной полярности. Эта функция применяется при подключении полярных элементов (диодов, электролитических конденсаторов, светодиодов) и при определении фазы и нуля в электрической сети.
¶Типичные ошибки
- Подключение вольтметра последовательно с нагрузкой — прибор покажет падение напряжения на собственном внутреннем сопротивлении, а не на нагрузке.
- Измерение переменного напряжения в режиме постоянного — показания будут некорректны.
- Превышение предела измерений — возможен выход прибора из строя.
- Измерение сопротивления при подаче напряжения на цепь — повреждает прибор.
¶Применение
Вольтметр применяется в лабораторных и производственных измерениях, при ремонте и наладке электрооборудования, в электротехнике и электронике. С его помощью контролируют напряжение питания, заряд аккумуляторов, работу генераторов и стабилизаторов, определяют обрывы и короткие замыкания в цепях.
Источники:
- Правила устройства электроустановок (ПУЭ), 7-е издание
- ГОСТ 8.401-80. Государственная система обеспечения единства измерений. Вольтметры. Общие технические требования
- Я. И. Туманов, «Электроизмерения» — учебник для вузов
- Р. Г. Курц, «Электрические измерения» — справочное пособие