Каким образом вольтметр включается в электрическую цепь

Каким образом вольтметр включается в электрическую цепь

Амперме́тр (от ампер + μετρέω «измеряю») — прибор для измерения силы тока в амперах. Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора.

В электрическую цепь амперметр включается последовательно [1] с тем участком электрической цепи, силу тока в котором измеряют. Поэтому, чем ниже внутреннее сопротивление амперметра (в идеале — 0), тем меньше будет влияние прибора на исследуемый объект, и тем выше будет точность измерения [2] . Для увеличения предела измерений амперметр снабжается шунтом (для цепей постоянного и переменного тока), трансформатором тока (только для цепей переменного тока) или магнитным усилителем (для цепей постоянного тока). Очень опасно пытаться использовать амперметр в качестве вольтметра (подключать его непосредственно к источнику питания): это приведёт к короткому замыканию!

Бесконтактное устройство из токоизмерительной головки и трансформатора тока специальной конструкции называется токоизмерительные клещи (на фото).

Вольтметр: подключение, типы, принцип работы

Зачем нужен вольтметр в электрической цепи дома или квартиры?

Изношенность электросетей и оборудования на электростанциях — главная причина частых перепадов напряжения, которые могут спровоцировать выход из строя различной техники. Эти условия диктуют свои правила — теперь человеку необходимо отслеживать качество энергоснабжения. Вольтметр же стал незаменимым помощником при мониторинге энергобезопасности сети.

Компания DS Electronics выпускает цифровые вольтметры RBUZ V1 для однофазной и RBUZ V3 для трехфазной сети переменного тока. Постоянная индикация напряжения позволяет контролировать текущее значение в любой момент времени без каких-либо дополнительных манипуляций с прибором, а энергонезависимая память записывает максимальное и минимальное значения напряжения. Прибор устанавливается в щиток на стандартную DIN-рейку шириной 35 мм. Также стоит отметить, что в устройствах применяется алгоритм True RMS, обеспечивающий максимальную точность показаний.

Принцип действия и типы вольтметров

Исходя из принципа работы прибора, выделяют электромеханические и электронные вольтметры.

Работа электромеханических устройств основана на использовании магнитоэлектрического принципа. Вольтметр включает в себя постоянный магнит и стальной сердечник, а также алюминиевую рамку с обмоткой тонким проводом и прикрепленной стрелкой, которая помещена между магнитом и сердечником. При прохождении тока по проводу катушки возникает электромагнитное поле, которое отклоняет рамку со стрелкой, соприкасаясь с постоянным магнитным полем. Излишнее колебание стрелки мешает точному определению показаний устройства. Для стабилизации используют различного рода приспособления: индукционный демпфер, воздушный демпфер, систему противовесов и пр.

Электронные вольтметры, в свою очередь, подразделяются на аналоговые и цифровые. В аналоговых измерителях установлена система, которая преобразует входящее переменное напряжение в постоянное. Затем происходит его передача на специальный детектор, отклоняющий указатель, в зависимости от уровня измерений. Цифровые приборы оснащены контроллером, который преобразует аналоговое напряжение в цифровой код. Результаты замеров выводятся на специальный экран. Качество преобразователя непосредственно влияет на точность производимых замеров.

В зависимости от назначения выделяют следующие типы измерителей:

  • Постоянного и переменного тока — применяются для регистрации показаний в сетях соответственно с постоянным и переменным током.
  • Импульсные приборы используются для определения пиковых значений периодических импульсных сигналов.
  • Фазочувствительные устройства позволяют установить комплексное напряжение и его составляющие.
  • Селективные измерители применяются в лабораториях для изучения токов с переменным напряжением.
  • Универсальные — настраиваемые устройства, позволяющие производить различные замеры.

Также существует разделение по конструкции и способу применения:

  • стационарные — наиболее точные и чувствительные, имеют крупные габариты, устанавливаются на объектах, где нужен непрерывный мониторинг состояния электрической сети;
  • щитовые — монтируются в электрощитовые шкафы или на приборные панели, имеют небольшие габариты;
  • переносные — маленькие по размеру, имеют небольшой вес, благодаря чему мобильны и могут использоваться в различных местах.

При выборе устройства для измерения напряжения необходимо уделить внимание таким показателям:

  1. Внутреннее сопротивление. Для минимального воздействия измерительного устройства на электроцепь необходимо, чтобы его внутреннее сопротивление было как можно больше.
  2. Диапазон измеряемых напряжений. Стандартный вольтметр показывает напряжение от 10 mV до 1000 V. Для снятия показаний менее 10 милливольт используются милли- и микровольтметры, а выше 1000 вольт — киловольтметры.
  3. Точность определяет возможную погрешность устройства.

Как подключить вольтметр в электрическую цепь?

Чтобы обеспечить минимальное влияние высокого сопротивления прибора на измеряемые величины, необходимо параллельно подключить устройство в электрическую цепь. При подсоединении следует придерживаться полярности, т.к. это напрямую влияет на результаты измерений. Для удобства подключения измерители комплектуются специальными точечными электродами или зажимами.

У используемого измерителя должен быть необходимый диапазон частот. В противном случае возможны неприятные последствия: от неверных показателей до короткого замыкания и повреждения прибора.

Вольтметр необходим в условиях нестабильно работающих электросетей. Благодаря ему можно легко проконтролировать уровень напряжения в сети. Функция запоминания максимального и минимального значения, как в устройствах RBUZ V1 и RBUZ V3, поможет отследить скачки напряжения. Поэтому он является хорошим помощником при организации безопасного энергоснабжения в доме и квартире.

3. Измерение сопротивления проводника.

1. Используя результаты предыдущего опыта, определите по закону Ома и запишите в таблицу значение сопротивления $R$ резистора.

2. Запишите в таблицу паспортное значение сопротивления $R_п$ резистора, указанное на панельке. Сравните $R_п$ и $R$, найденное по закону Ома, сделайте вывод.

$R_U = 4$ Ом; $R_I = 4$ Ом; $R_U = R_I$ (равны).

3. Замените в цепи резистор лампочкой, измерьте и запишите в таблицу значения силы тока Iл в спирали лампочки, напря­жения $U_л$ на ней. Определите и запишите в таблицу значение сопротивления $R_л$ спирали лампочки.

4. Запишите в таблицу номинальные силу тока $I_н$ и напряже­ние $U_н$, указанные на цоколе данной лампочки. Вычислите по этим данным и запишите в таблицу значение номинального сопротивления $R_н$ спирали лампочки.

$I_н = 0,26$; $U_н = 3.5$; $R_н = dfrac<3.5> <0.26>= 13$ Ом.

5. Сравните определенное экспериментально $R_л$ и номинальное $R_н$ сопротивления спирали лампочки, сделайте вывод.

$R_л = 13$ Ом; $R_н = 13$ Ом; $R_л = R_н$.

Резистор Лампочка $I_1$, А $I_2$, А $U$, В $R$, Ом $R_п$ $I_л$, А $U_л$, В $R_л$, Ом $I_н$, А $U_н$, В $R_н$, Ом 0,75 0,75 3 4 4 0,25 3,8 13 0,26 3,5 13

Какие бывают типы вольтметров

Вольтметры, как и любые другие электроизмерительные приборы, классифицируются в зависимости от назначения и конструкции. Более подробно на рисунке ниже:

Вольтметр с подвижной катушкой и с постоянными магнитами (PMMC)

Такой прибор работает по магнитоэлектрическому принципу. В двух словах это означает следующее — в постоянное магнитное поле помещается катушка измерительного прибора, которая подключается к электрической цепи, в которой проводится измерение. При протекании тока через катушку электромагнитная сила создаст вращающий момент, который повернет стрелку измерительного прибора на определенный угол.

Вольтметр с подвижной катушкой и с постоянными магнитами (PMMC) используется только в сетях постоянного тока. Такой тип устройства имеет очень низкое энергопотребление и очень высокую точность. Единственным его недостатком является стоимость.

Читайте также  Виды дефектов сварных швов

Электромагнитный вольтметр (MI вольтметр)

Электромагнитный вольтметр может использоваться для измерения как постоянного, так и переменного напряжения. В таком типе приборов отклонение стрелки зависит от напряжения катушки. Электромагнитные вольтметры разделяют на два типа:

  • электромагнитный измерительный прибор с плоской катушкой.
  • электромагнитный измерительный прибор с круглой катушкой.

Электродинамический вольтметр

Электродинамический вольтметр используется для измерения напряжения цепи переменного и постоянного тока. В приборах этого типа калибровка одинакова как для измерения переменного, так и постоянного тока.

Вольтметр с выпрямительной системой

Такой тип прибора используется в цепях переменного тока для измерения напряжения. Выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный ток, после чего сигнал постоянного тока измеряется прибором с подвижной катушкой и с постоянными магнитами.

Аналоговый вольтметр

Аналоговый вольтметр используется для измерения переменного и постоянного напряжения. Он отображает показания через указатель, который зафиксирован на калиброванной шкале. Отклонение указателя зависит от крутящего момента, действующего на него. Величина развиваемого крутящего момента прямо пропорциональна измеряемому напряжению.

Цифровой вольтметр

Вольтметр, который отображает показания в числовой форме, известен как цифровой вольтметр. Цифровой вольтметр дает достаточно точный результат.

Прибор, который измеряет постоянное напряжение, известен как вольтметр постоянного напряжения, а вольтметр переменного напряжения используется в цепи переменного тока для измерения переменного напряжения.

Вольтметр переменного тока

Электронные широкополосные вольтметры, которые используются в сетях переменного тока, имеют конструктивные особенности и свойственную лишь им градуировку. Воздействие на измеряемую цепь зависит от входных параметров: входного активного сопротивления (Rв) (при этом оно должно быть наиболее высоким), емкости на входе (Cв) (она должна быть минимальной) и индуктивности (Lпр) (вместе с емкостью создается последовательный колебательный контур, который отличается своей резонансной частотой).

Рис. №3. Схема подключения вольтметра

Измерение сопротивления

Низкоомный вольтметр с сопротивлением max 15 Ом годится для измерения сопротивлений, которое выполняется с помощью формулы:

Rx = Rи * (U1/U2 – 1).

В формуле используется сопротивление Rв (вольтметра), и 1 и 2 показания прибора, точность измерения при этом не обязательно соответствует действительности, потому что замер не учитывает внутреннего сопротивления. Более точного результата можно достичь при использовании формулы:

Rx = (Rв + r ) * (U1/U2 — 1), где r — внутреннее сопротивление.

При замере каждое следующее сопротивление должно быть большим и выполняться с записью каждого замера.

Чтобы узнать, какое напряжение показывает прибор, необходимо руководствоваться шкалой вольтметра и ценой деления. Она определяется по максимальному пределу замеряемого значения, разделенного на количество делений шкалы.

Измерение сопротивления вольтметром

Низкоомный вольтметр с сопротивлением не более 15 Ом пригоден для измерения сопротивлений и выполняется при помощи формулы:

Rx = Rи * (U1/U2 – 1)

Для формулы используются сопротивление вольтметра Rв, а также 1 и 2 показания вольтметра, точность измерения не всегда соответствует действительности, так как замер осуществляется без учета внутреннего сопротивления прибора. Более точный результат достигается при использовании формулы:

Rx = (Rв + r ) * (U1/U2 — 1), внутреннее сопротивление – r.

При замере каждое последующее сопротивление должно быть большим по сопротивлению вольтметра и выполнятся с фиксацией каждого замера.

Для того чтобы определить какое напряжение показывает вольтметр руководствуются шкалой вольтметра, при помощи цены деления прибора. Она определяется по верхнему пределу замеряемого значения, которое делится на количество делений шкалы.

То есть у нас есть провод, по нему течет электрический ток от источника этого самого тока к потребителю, которым может выступать электрический прибор.

Чтобы измерить ток амперметром, нам необходимо обесточить (отключить) источник питания. Затем необходимо разорвать цепь – в прямом и переносном смысле. Грубо говоря, разрезать провод.

Теперь у нас получится два провода. Берем амперметр, подключаем к прибору две половины разрезанного провода. Нужно учесть тот факт, что ток, протекающий в цепи должен быть меньше максимально измеряемого тока прибора. Максимально измеряемый ток прибора должен быть написан на самом приборе или в документации к нему.

Максимальный ток в цепи можно рассчитать, зная напряжение, нагрузку и сечение провода. Провода должны быть изолированы (покрыты изоляцией), а на концах зачищены.

После того, как провода подключены и надежно закреплены в амперметре, можно включать питание и прибор покажет величину тока в цепи, который и пройдет через амперметр.

Но так никто не делает, потому что разрезанные провода до добра не доводят.

У амперметра малое внутреннее сопротивление, это сделано для того, чтобы оно минимально влияло на величину измеряемого тока. При подключении амперметра в цепь переменного тока не имеет значения, куда подключать прибор.

При подключении амперметра в цепь постоянного тока, если стрелка будет отклоняться в другую сторону, или же будет показывать ноль – следует поменять полярность, поменять провода местами.

Подключение амперметра через шунт

Если ток в цепи окажется больше, чем ток прибора, то можно рассчитать и использовать шунт для измерения тока большей величины. В этом случае цепь разделится на две ветви. У одной будет малое сопротивление амперметра, а у второй большое сопротивление подобранного шунта. Большой ток разделится пропорционально сопротивлениям и по амперметру пройдет малый ток, по шунту – большой. (Более подробно об этом явлении).

Измерение тока амперметром через трансформатор тока или клещи

Бывают случаи, когда надо замерить ток в кабеле, на шине… изолированной шине. Шина – это медная полоса определенного сечения, по которой протекает ток, не автомобильное колесо…

Разрезать кабель или шину бывает накладно, да и бессмысленно. В этом случае можно воспользоваться измерительными клещами или трансформатором тока.

Трансформатор тока имеет две обмотки – высшую и низшую, которые не связаны между собой. Ток приходит на высшую, затем создается ЭДС (более подробно про принцип действия ТТ) и во вторичной обмотке протекает ток, пропорциональный числу витков обмоток. Так вот, если есть необходимость замерить ток, то на кабель вешают «бублик», он же – ТТ. А уже к трансформатору тока присоединяют амперметр. Тут главное правильно быть проинструктированным и не наделать дел. Получается мы снимаем ток амперметром со вторичной обмотки, преобразованный в меньшую сторону и безопасный для измерения и амперметра.

Такой же принцип используется и в измерительных клещах, только и амперметр и ТТ находятся в одном корпусе. Да и плюс ко всему первичная обмотка клещей размыкается одним нажатием кнопки на корпусе и потом замыкается.

Эти два описанных решения гораздо удобнее, чем разрезать провод и садить к амперметру. Главное следить за диапазонами измеряемых приборами и протекаемых в электрических цепях токов.

Мультиметры позволяют измерять постоянный ток до 10 Ампер. Но их часто палят, так как неправильно подключают концы на прибор, не учитывают величину тока в проводах… Но это в основном молодые люди. Часто для «починки» такой неисправности необходимо просто заменить предохранитель в приборе.

Ну, и в конце хотелось бы еще раз повторить основную мысль всего повествования:

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Читайте также  Столик в гараж

Принцип действия вольтметра

Он измеряет разнообразные значения тока, протекающего сквозь прибор. Принцип работы един для всех приборов, а конструкция может быть очень разнообразной.

Схема подключения вольтметра с импульсным стабилизатором.

Некоторые такие приборы устаревшего производства состоят из катушки тоненькой проволоки, она расположена меж концами магнита в форме подковы с железной стрелкой, которая двигается на оси. Ток течет в этой катушке. Намагниченный указатель двигается от силы тока: чем он сильнее, тем значительнее ее отклонение (то есть чем существеннее разница потенциалов концов проволоки катушки).

Некоторые не имеют магнитов, ток проходит через катушку, вбирая внутрь тонкую металлическую трубку, проще говоря, двигает относительно катушки цилиндрик из металла, расположенного на оси.

В приборах, рассчитанных на переменный ток, ток пропускается через специальным способом установленную проволоку, отчего она нагревается, тем самым меняет свой размер, что и отображает индикатор.

При замерах надо учитывать сопротивление при нагреве и вычислять поправку, поэтому конструкция некоторых устройств сделана уже таким образом, чтобы измерять с поправкой.

Бесконтактный вариант замеров

Бывает так, что разрыв электроцепи без включения измерительного агрегата невозможен по техническим причинам. Узнать же значения тока необходимо, это касается работы с высоковольтными и обычными сетями. Схема подключения вольтметра, амперметра в таких случаях предполагает использование специальных токовых клещей, которые позволяют бесконтактно произвести интересуемые замеры.

Принцип действия такого приспособления базируется на том, что ток поступает на проводник, создавая тем самым определенное магнитное поле. Величины этих значений взаимозависимы. Замеряется напряженность в имеющемся поле, преобразуется по формуле, а на выходе получается реальный показатель силы, выражающейся в амперах.

Такой способ часто используется на практике из-за простоты, удобства и безопасности, отсутствия необходимости применять амперметр, думая, как ввести его в цепь. Например, клещи фиксируются на изолированном проводе любой цепи и зарядного устройства, после чего просто снимаются нужные показатели. Существенный недостаток — их высокая стоимость.

Амперметр является востребованным прибором при работе с электросетями. В домашних условиях он приносит не меньше пользы. Применение же такого агрегата предельно просто и незамысловато.