Как подключить в цепь вольтметр?

Устройство и принцип действия

Вольтметр используют не только на уроках физики при изучении закона Ома и умения легко и быстро узнать значение напряжения при проведении лабораторных работ, но и зачастую он необходим в домашних условиях автомобилистам, радиолюбителям и т.д. Вольтметром можно определить есть ли напряжение в сети, настроить какую-либо радиоконструкцию, измерить количество вольт в батарее аккумулятора.

Основными элементами вольтметра являются: корпус, стрелка, шкала и клеммы. На клеммах обычно ставится знак «+» или «-«, либо пометка делается цветом.

Классификаций вольтметров несколько. По принципу действия они бывают электронные и электромеханические, по назначению — импульсные, для сети постоянного и переменного токов, универсальные. Существует разделение их по способу применения, а также по типу конструкции они могут быть стационарные и переносные.

Во всех учебниках, методичках и всех других документах вольтметр обозначается кружком с латинской буквой V внутри – это обозначение принято по единой системе документации.

Электрическая цепь – это очень многогранное понятие, поэтому ответ о подключении не может быть однозначным. Подключение вольтметра необходимо осуществлять строго параллельно, участку, где происходит измерение, и это важно, поскольку в противном случае он выдаст в качестве результата не напряжение, а электродвижущую силу. В идеале, если вы хотите получить максимально точные показания, то у вольтметров должно быть большое сопротивление.

Как же устроен этот прибор? Стрелка элетромеханического вольтметра расположена на рамке между полюсами постоянного магнита, и когда ток начинает проходить через эту рамку стрелка отклоняется на некоторый угол, по которому можно дать оценку имеющегося напряжения.

Электронные вольтметры делятся на цифровые и аналоговые. В первых — измеряемый показатель отображается на дисплее, а во вторых в работу вступают стрелка и шкала. Аналоговые вольтметры преобразовывают напряжение из переменного в постоянное, и при его усилении поступает сигнал на детектор, который воздействует на стрелку и отклоняет ее на определенный угол.

Конечно, цифровые приборы гораздо точнее, чем аналоговые, поскольку устройство внутри цифрового вольтметра имеет более сложную структуру.

Рассмотрим также универсальные вольтметры. Они широко используются во многих сферах: для различных научных экспериментов, в лабораториях, в производстве и пр. У них есть масса возможностей, чтобы суметь определить напряжение в любом виде — в аналоговом, в цифровом в различных цепях и в различных условиях.

Переносные вольтметры очень компактны, удобны, и, кроме того, являются высокоточными, что, кстати, и отличает их от стационарных. Стационарные являются более дорогостоящими, располагаются в специальных корпусах, но, так же как и переносные, отличаются точностью измерений, что позволяет использовать их на многих производствах, лабораториях и т.д.

Общие рекомендации по подключению

Чтобы понять как подключить вольтметр, достаточно усвоить основное правило. Подключение вольтметра должно быть строго параллельным (не последовательным), и только так, иначе он покажет либо совершенно не те значения, либо вовсе выйдет из строя.

При параллельном соединении сила тока, которая действует на сам прибор, уменьшается, но сопротивление остается неизменно большим.

Надо сказать, что при подключении амперметра, все нужно делать наоборот, поэтому важно не перепутать амперметр с вольтметром.

Прежде чем начать измерения нужно дать оценку ситуации — подходит ли для этих измерений выбранный прибор. Для начала нужно выявить максимальную величину показаний для вольтметра. Кроме того, нужно определить в каких именно единицах будет показывать прибор (это могут быть не только вольты, но и милливольты или микровольты). Если не обратить должного внимания на этот момент, то прибор может просто напросто выйти из строя, ведь может случиться так, что показатели будут во много раз превышать допустимые значения.

Подключение вольтметра выглядит примерно так: прибор нужно присоединить к двум точкам. Между ними нужно произвести замер напряжения, таким образом, чтобы подсоединение было параллельно источнику питания. Если необходимо увеличить диапазон производимых измерений, то можно установить дополнительный резистор на обмотку устройства. Если это сделать, то на вольтметр пойдет измеряемого тока, и она будет пропорциональна сопротивлению. И при известном показателе сопротивления резистора легко определим напряжение.

Этот дополнительный резистор нужно установить внутрь прибора и это применяется еще и для того, чтобы уменьшить влияние температуры окружающей среды на значения, которые выдаст вольтметр. По этой причине материал, из которого он изготовлен должен иметь низкий температурный коэффициент. Его сопротивление меньше сопротивления в катушке, вследствие чего общее сопротивление прибора совершенно не зависит от температуры.

Схема подключения вольтметра

Схема подключения вольтметра стала понятна из предыдущего раздела, где указывалось основное правило для подключения, но, будет не лишним повториться, что подключение в цепь должно быть выполнено так, чтобы прибор был расположен напротив источника питания. При этом нужно не забыть, что сопротивление должно быть большое, на течение токов это влиять не будет.

При любых работах, связанных с электричеством, не стоит забывать об элементарных правилах безопасности, которые гласят о том, что ни в коем случае нельзя прикасаться к оголенным проводам руками, необходимо обязательно использовать средства защиты.

ПОДХОДЯЩИЕ ТОВАРЫ

  • Цифровой вольтметр UNI-T UT18C 1202 грн Купить в 1 клик Код 25306 в магазине
  • Цифровой вольтметр UNI-T UT-18D 1428 грн Купить в 1 клик Код 24932 в наличии
  • Цифровой вольтметр UNI-T UT18B 1025 грн Купить в 1 клик Код 25305 под заказ
  • Цифровой вольтметр UNI-T UT18A 892 грн Купить в 1 клик Код 25304 под заказ
  • Вольтметр UNI-T UT 632 (милливольтметр) 6991 грн Купить в 1 клик Код 274 под заказ

Напряжение – с этим термином мы довольно часто сталкиваемся в повседневной жизни. Иногда нам нужно измерить напряжение в сети, чтобы понять, почему какое-либо устройство работает неудовлетворительно или лампа накаливания горит довольно тускло. Для данного рода измерений используют вольтметры. Вольтметр подключается к измеряемому устройству только параллельно, почему это так?

Как известно электрическое напряжение – это отношение работы, совершенной электрическим полем по перемещению заряда А, к величине заряда q, U=A/q. Также оно характеризует электрическое поле, которое возникает при прохождении электрического тока.

В системе международных обозначений СИ обозначается как U и измеряют в вольтах (1 В = 1 Дж/Кл). Для того чтобы измерять напряжение на устройстве необходимо параллельно к нему подключить вольтметр.

Для того, чтоб при параллельном включении снизить ток, потребляемый вольтметром и соответственно потери электрической энергии внутри устройства, внутреннее измерительное сопротивление выбирается как можно больше . Если включить вольтметр в цепь последовательно, то в связи с большим внутренним сопротивлением получим фактически разрыв цепи. То есть потери при измерении напряжения будет слишком большими, что неприемлемо, а также измерения будут некорректными. Поэтому вольтметр подключают только параллельно:

Если измеряется постоянное напряжение от 1 до 1000 мкВ могут использовать компенсаторами постоянного тока, но чаше пользуются цифровыми вольтметрами . Значения от десятков милливольт до сотен вольт измеряют приборами таких систем как: электромагнитной, электродинамической, магнитоэлектрической. Также не брезгуют и электронными аналоговыми и цифровыми вольтметрами. Также при измерении могут использовать добавочные сопротивления:

Где Rv – это внутреннее сопротивление вольтметра, Rдоб1…3 – добавочные сопротивления, UmV – максимальное которое может измерять сам вольтметр, а U1…3 – которые он может измерять с добавочными сопротивлениями.

Сопротивления добавочных резисторов определяется по формуле:

Где m – масштабный коэффициент.

Если проводят измерения постоянных напряжений в несколько киловольт, то в большинстве случаев используют вольтметры электростатические, реже используют измерительные устройства других систем подключаемых через делитель:

Где резисторы R1, R2 — резисторы выполняющие роль делителя, Rизм. – измерительное сопротивление, с которого снимается напряжение.

Если измеряют переменные напряжения до единиц вольт, то используют аналоговыми, выпрямительными и цифровыми устройствами. От единиц до сотен вольт и частотном диапазоне до нескольких десятков килогерц применяют выпрямительные системы, электромагнитные, электродинамические приборы. Если частота достигает нескольких десятков мегагерц, то в таком случае напряжение измеряют термоэлектрическими и электростатическими приборами.

В действующих значениях, как правило градуируют шкалы приборов для измерения величин переменного тока. Поэтому при измерении необходимо это учитывать (если необходимо измерять амплитудные и средние значения, то их как правило пересчитывают по соответствующим формулам).

При проведении измерении в сетях переменного тока напряжением выше 1000 В могут использоваться как делители, так и трансформаторы напряжения или измерительные трансформаторы. Чаще используют трансформаторы, так как трансформатор не только понижает значение напряжения, но потенциально разделяет измерительную цепь от силовой. Измерения могут проводится теми же приборами, что и в выше описанных случаях. Схема включения приведена ниже:

Где FU1, FU2 – предохранители, защищающие измерительную цепь от короткого замыкания.

Внешний вид трансформатора однофазного:

Как видим, при проведении измерение различного рода напряжений могут использоваться как различного рода приборы (цифровые, аналоговые и т.д.), так и устройства (делители, трансформаторы). При проведении измерений важно учитывать каждый способ проведения измерений, для получения как можно более точного результата, а также корректного проведения измерительных работ.

Вольтметр постоянного тока — это измерительный прибор, который используется для измерения напряжения постоянного тока в любых двух точках электрической цепи. Если мы поместим резистор последовательно с гальванометром с подвижной катушкой с постоянными магнитами (PMMC), то вся комбинация вместе будет действовать как вольтметр постоянного тока .

Последовательное сопротивление, которое используется в вольтметре постоянного тока, также называется последовательным множителем или просто множителем. Это в основном ограничивает количество тока, протекающего через гальванометр, чтобы предотвратить превышение током измерителя значения полной шкалы отклонения. Принципиальная схема вольтметра постоянного тока показана на рисунке ниже.

Мы должны поместить этот вольтметр постоянного тока через две точки электрической цепи, где должно измеряться напряжение постоянного тока.

Примените KVL вокруг петли вышеупомянутой цепи.

V−ImRse−ImRm=0 (уравнение 1)

RightarrowV−ImRm=ImRse

RightarrowRse= fracV−ImRmIm

RightarrowRse= fracVIm−Rm (уравнение 2)

Куда,

Rse — сопротивление множителя серии

V — измеряемое постоянное напряжение полного диапазона

Im — ток отклонения полной шкалы

Rm — внутреннее сопротивление гальванометра

Отношение измеряемого постоянного напряжения полного диапазона, V и падения напряжения постоянного тока на гальванометре, Vm, известно как множитель , м. Математически это можно представить как

m= fracVVm (уравнение 3)

Из уравнения 1 мы получим следующее уравнение для измеряемого постоянного напряжения полного диапазона , V.

V=ImRse+ImRm (уравнение 4)

Падение постоянного напряжения на гальванометре, Vm, является произведением тока отклонения полной шкалы, Im и внутреннего сопротивления гальванометра, Rm. Математически это можно записать как

Vm=ImRm (уравнение 5)

Заменить , уравнение 4 и уравнение 5 в уравнении 3.

т= гидроразрываIтRсе+IтRтIтRм

Rightarrowm= fracRseRm+1

Rightarrowm−1= fracRseRm

Rse=Rm left(m−1 right) (Уравнение 6)

Мы можем найти значение сопротивления последовательного множителя , используя либо Уравнение 2, либо Уравнение 6 на основе доступных данных.

Многодиапазонный вольтметр постоянного тока

В предыдущем разделе мы обсуждали вольтметр постоянного тока, который получается путем последовательного размещения умножительного резистора с гальванометром PMMC. Этот вольтметр постоянного тока можно использовать для измерения определенного диапазона напряжений постоянного тока.

Если мы хотим использовать вольтметр постоянного тока для измерения напряжений постоянного тока в нескольких диапазонах , то вместо резистора с одним множителем мы должны использовать несколько параллельных умножительных резисторов, и вся эта комбинация резисторов включена последовательно с гальванометром PMMC. Принципиальная схема многодиапазонного вольтметра постоянного тока показана на рисунке ниже.

Мы должны поместить этот многодиапазонный вольтметр постоянного тока через две точки электрической цепи, где должно измеряться напряжение постоянного тока требуемого диапазона. Мы можем выбрать желаемый диапазон напряжений, подключив переключатель s к соответствующему резистору умножителя.

Пусть m1,m2,m2 и m4 являются множителями множителя вольтметра постоянного тока, когда мы рассматриваем измеряемые напряжения постоянного тока полного диапазона как, V1,V2,V3 и V4 соответственно. Ниже приведены формулы, соответствующие каждому множителю.

м1= гидроразрываV1Vм

м2= гидроразрываV2Vм

м3= гидроразрываV3Vм

м4= гидроразрываV4Vм

В вышеприведенной схеме есть четыре последовательных умножающих резистора , Rse1,Rse2,Rse3 и Rse4. Ниже приведены формулы, соответствующие этим четырем резисторам.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *