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.

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.

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.

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.

Как подключать вольтметр и производить измерения?

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

Рис. 2. Способ измерения электрического напряжения на концах элемента R

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.

Расширение диапазона измерений.

У аналоговых вольтметров диапазон измерения в принципе ограничен концом шкалы; если на измерительный прибор подается более высокое напряжение, то, с одной стороны, стрелка прибора не может отклониться дальше, а с другой стороны, даже сам прибор может быть поврежден (выйти из строя). Чтобы расширить диапазон измерений в большую сторону, необходимо использовать подходящую электрическую схему, обеспечивающую подачу на вольтметр только части измеряемого напряжения.

Этого можно достичь, объединив вольтметр с последовательно подключенным резистором (эти резисторы ещё называют — «добавочными резисторами»). Например, если вольтметр с диапазоном измерения 50 мВ имеет внутреннее сопротивление 100 Ом, то последовательный резистор со значением 900 Ом вызывает падение напряжения на вольтметре только на 1/10. Таким образом, диапазон измерений увеличивается в 10 раз, поэтому вольтметры теперь могут измерять напряжение до 500 мВ.

Верхние пределы расширения диапазона измерения практически отсутствуют. Если последовательный резистор в вышеприведенном примере имеет значение 99 900 Ом, то общее сопротивление равно 100 000 Ом, и на вольтметре падает только 1/1000 от приложенного напряжения. Соответственно, можно измерить в 1000 раз большее напряжение, т.е. максимум 50 В.

Более наглядно посмотреть, как подключаются добавочные резисторы в электрическую цепь вы можете видеть на рисунке 3 ниже.

Рис. 3. Расширение диапазона измерений вольтметра

Если мы хотим использовать вольтметр с диапазоном до UV для измерения напряжения до U1 , мы можем написать: U1 = I*RP + UV ,

В тоже время: UV = I*RV , тогда

после преобразований получаем, что сопротивление добавочного сопротивления должно иметь значение:

RP = (U1 / UV — 1) * RV

Мы также можем уменьшить диапазон измерения вольтметра. Для этого мы используем делители напряжения как на рис. 4.

Рис. 4. Делитель напряжения для уменьшения диапазона измерения вольтметра с UV до U1

При использовании цифровых измерительных приборов, измерение выполняется электронным способом и отображается на дисплее в цифровом виде. Однако проблема погрешности измерений и принцип расширения диапазона измерений идентичны для аналоговых и цифровых измерительных приборов.

Правила подключения вольтметра

Перед тем как приступать к определению напряжения в электросети, следует сделать правильный выбор типа вольтметра с учетом особенностей использования различных моделей. Необходимо также учитывать ряд параметров:

• Внутреннее сопротивление измерительного прибора. Чем оно выше, тем точнее результат измерений. Определить эту характеристику поможет схема применяемого вольтметра. На практике важно, чтобы его рабочий диапазон был больше, чем значение измеряемого параметра. На приборе должно быть соответствующее обозначение.
• Диапазон напряжений, который подлежит измерению. Обычно подключение вольтметра происходит после выбора необходимого варианта. Измерение очень малых или больших напряжений осуществляется с помощью специальных устройств — усилителей или трансформаторов.
• Если нужно узнать величину переменного напряжения, необходимо учитывать не только разность потенциалов, но и рабочую частоту. Каждый вольтметр включается при условии соблюдения определённых допустимых пределов, при которых он должен применяться.
• Важной характеристикой является погрешность измерения. Идеальной точности измерений, подсоединив прибор, добиться практически невозможно. Поэтому мастер должен точно знать максимально допустимую погрешность. Обычно она указывается на приборе.

Важно! Для определения напряжения включайте вольтметр в цепь параллельно, иначе вы сможете определить только ЭДС источника, если он есть.

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 2021, 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.

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.

Что делать, если оба провода, выходящих из купленного вольтметра, имеют одинаковый цвет? Какой куда подключать? Все очень просто. Чтобы определить, какой из проводов соответствует «плюсу», а какой «минусу», попытайтесь измерить при помощи вольтметра напряжение обычной 9-вольтовой батарейки, именуемой в народе «крона». Если подключить провода правильно, то на дисплее отобразится корректный вольтаж без знака «минус» и других ошибок. Остается только наметить провода в соответствии с полярностью батарейки, и в таком же порядке тянуть их к АКБ.

На многих автомобильных вольтметрах узнать полярность проводов при помощи пальчиковой батарейки невозможно. Прибор просто не отреагирует на ее подключение. Происходит это потому, что сам вольтметр питается от источника, напряжение которого измеряет. И для его работы требуется обычно, как минимум, 3-5 вольта, которых в пальчиковой батарейке просто нет (там только 1,5 В).

Как подключить вольтметр в машине, если из него выходит три провода? Начать надо с идентификации двух основных проводов – плюсового и минусового. Ориентироваться можно либо по цветовой маркировке, либо (что более надежно) по измерению напряжения кроны. Третий оставшийся провод – сигнальный. Если его подключить к соответствующему проводу в машине, то вольтметр будет автоматически выключаться и включаться при повороте ключа в замке зажигания. По этому же принципу подключается сигнальный провод к автомагнитоле. Туда, кстати, его и можно подсоединить. Обозначается он буквами АСС.

Аналоговые вольтметры подключаются так же. Сначала определяется полярность проводов, после чего они подсоединяются к соответствующим клеммам АКБ. Предохранителем тоже не следует брезговать. Если с прибором что-либо случится, предохранитель предохранит ваш автомобиль от пожара.

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.

Нагрузка от бортовых приборов и степень износа батареи

Этот метод позволяет узнать, насколько сильно нагружается бортовая сеть теми или иными потребителями. Это особенно полезно, если вы используете какие-либо из них в автономном режиме. Контролируя напряжение по вольтметру, вы избежите полного разряда батареи, и не останетесь где-нибудь в лесу, на рыбалке или на пикнике наедине с автомобилем, который не заводится.

Нагрузка определяется очень просто. Для этого надо сравнить показания вольтметра при выключенном приборе, и во время его работы. По степени просадки напряжения можно судить о мощности потребителя и о том, насколько быстро он разрядит вашу батарею.

Что касается степени износа батареи, то его можно тоже определить, ежедневно наблюдая за тем, как ведет себя напряжение АКБ в состоянии покоя. Так, если аккумулятор каждый день выдает все меньшее и меньшее напряжение по утру, то есть проблемы. У АКБ либо возрос саморазряд, либо она недозаряжается во время езды. Эти же самые симптомы могут помочь определить возросшие внезапно токи утечки и другие проблемы с электросистемой автомобиля.