Вольтметр — это прибор, который используется для измерения напряжения до 1000 В в сетях постоянного и переменного тока промышленной частоты и применяется в информационно-измерительных системах. Качественный вольтметр имеет чрезвычайно высокое, бесконечное сопротивление. Благодаря большому сопротивлению прибора достигается оптимальная точность измерения.

Прибор предназначен для логической и математической обработки измерений.

Виды вольтметров

Всего существует два вида вольтметров:

Если цифровые приборы характеризуются точностью показаний, то аналоговые (стрелочные) вольтметры могут реагировать на минимальные отклонения параметров, которые не определяются цифровым тестером.

1. Портативные (или переносные) вольтметры предназначены для проверки (тестирования) напряжения в сети. В большинстве случаев, этот прибор включается в конструкцию тестера. Бывают стрелочные или цифровые приборы, кроме измерения напряжения они измеряют токи нагрузки, температуры, сопротивление цепи и т. д.
2. Стационарные вольтметры устанавливаются на приборной панели в электрораспределительных щитах. Они предназначены для контроля работы оборудования. Стационарные вольтметры относятся к электромагнитному типу.

Классификация

Приборы отличаются принципом действия, бывают электронные и электромеханические.

По назначению приборы бывают импульсные, измеряющие сеть переменного и постоянного тока.

Как подключить вольтметр

Вольтметр включается в цепь параллельно источнику напряжения и нагрузке. Это делается, чтобы высокое сопротивление, которое используется в приборе, не оказывало влияния на показания. Ток, протекающий через прибор, должен быть минимальным.

Рис. №1. Схема подключения вольтметра в сеть.

Технические характеристики вольтметра

Вольтметр может нормально функционировать при температуре воздуха, не превышающей 25-30 ºС и относительной влажности до 80 % при атмосферном давлении 630-800 мм ртутного столба. Напряжение 220 В (частота до 400 Гц), частота сети 50 Гц. На измерение значительное влияние оказывает форма кривой напряжения питающей сети — синусоида, имеющая коэффициент гармоник max 5 %.

Возможности прибора оцениваются c помощью следующих показателей:

1. Сопротивление.
2. Предельные границы напряжения переменной цепи.
3. Диапазон измеряемых величин напряжения.
4. Класс точности измерений.

Принцип действия прибора

Основа работы вольтметра — метод аналогово-цифрового преобразования. Так, преобразователи, установленные в конструкции прибора В7-35, измеряют величину напряжения переменного и постоянного тока (а также сопротивление, силу тока), преобразуя измеряемую величину в нормализованное напряжение, а затем с использованием АЦП в цифровой код.

Функциональная схема цифрового тестера работает с использованием 4 преобразователей:

1. Масштабирующий преобразователь.
2. Преобразователь силы переменного и постоянного тока в напряжение.
3. Низкочастотный прибор, который преобразует напряжение переменного тока в постоянный.
4. Преобразователь сопротивления в напряжение.

Рис. №2. Схема цифрового вольтметра

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.

Вольтметр – измерительный прибор для считывания уровня электрического напряжения. Он подключается параллельно нагрузке или непосредственно к источнику напряжения (U). Единица измерения напряжения — Вольт (V). Прибор имеет большое сопротивление. Чем оно больше, тем он лучше и точнее. Это снижает воздействие на измеряемую цепь, и дает возможность считать данные о напряжении с минимальной погрешностью.

Разновидности по предназначению

По предназначению приборы могут быть:

• Постоянного напряжения.
• Переменного напряжения.
• Импульсной чувствительности.
• Фазовые.
• Селективного поиска частот.
• Универсальные.

Постоянного напряжения

Вольтметр постоянного напряжения имеет маркировку В2 . Он применяется в сетях с постоянным током. Обычно такие приборы используют как тестер для различного оборудования, а также автомобильной проводки.

Переменного напряжения

Приборы переменного напряжения имеют маркировку В3 . Он используется в сетях соответствующего тока. Прибор преобразовывает переменные параметры в постоянные, на выходе проводится усиление сигнала, который поступает на измерительный механизм. Фактически внутри, устройство для переменных сетей, соответствует прибору постоянного тока, но перед этим имеет специальную систему для преобразования параметров электричества.

Импульсной чувствительности

Импульсочувствительные модели маркируются обозначением В4 . Они предназначены для снятия показаний коротких импульсных напряжений. Часто такие вольтметры применяют для поиска импульсных помех. Иными словами, с помощью данного прибора можно выявить, на каком участке электрической цепи присутствует слабый контакт. Благодаря этому свойству импульсные блоки применяют при тестировании электропроводки автомобилей, микросхем и т.д.

Фазовые

Фазовые аппараты маркируются как В5 . Приборы предназначены для снятия измерений квадратурных составляющих первой гармоники. Принцип действия таких измерителей заключается в том, что они оснащаются двумя чувствительными зонами. Прибор снимает два показания. Первоначальная фаза устройством воспринимается как ноль. Такие приборы практически не востребованы, поскольку в быту являются ненужными.

Селективного поиска частот

Измерительные приборы селективного поиска частот имеют на корпусе обозначение В6 . Они одни из самых габаритных. Вольтметры этого типа могут выделять гармонические составляющие сложных сигналов. Фактически их конструкция имеет много общего с радиоприемниками, которые ловят частоты сигналов.

Универсальные

Универсальные измерители являются многофункциональным устройством, которое позволяет снимать показатель напряжение в любых электрических сетях. На корпусе таких приборов стоит маркировка В7 . Зачастую в комплекте с такими устройствами идут наборы шунтов для проведения безопасного подключения.

Разновидности по внешним параметрам

По внешним параметрам измерители разделяют на три категории:

• Переносные.
• Стационарные.
• Щитовые.

Переносные вольтметры являются полностью автономными. Они отличаются небольшими размерами, весом и удобным корпусом для транспортировки. Мультиметр или тестер считаются одной из разновидностей переносных вольтметров. Зачастую такие приборы оснащаются двумя электродами для снятия показаний электрической цепи без необходимости закрепления прищепками или крокодилами.

Стационарные вольтметры являются более тяжелыми. Они обычно устанавливаются в сложное электрическое оборудование. Такие приборы более чувствительные, поэтому отличаются повышенными габаритами. Их устанавливают на производственных объектах, где постоянно требуется контролировать состояние электросети, которая поддерживает работу холодильных установок, нагревательных элементов, систем кондиционирования и пр. Особенно они важны, если идет питание от генератора.

Щитовые вольтметры имеют много общего со стационарными, поскольку их нельзя переносить. Они зачастую имеют более компактный корпус, чем стационарные, но все-таки крупнее переносных вольтметров. Обычно их устанавливают в щитовые шкафы.

Принцип действия

По принципу действия вольтметры, как и любые другие приборы, предназначенные для изменения параметров электрической цепи, бывают электронными и механическими. Способы, по которым они проводят измерения, отличаются. Сложно сказать какой принцип лучше.

Электромеханические

Электромеханические вольтметры имеют стрелку, которая закреплена на рамке с обмоткой. Рамка насаживается на ось с постоянным магнитом. При подаче напряжения создается электромагнитное поле. В результате его взаимодействия с полем постоянного магнита, рамка начинает отклоняться вместе со стрелкой, которая указывает на шкалу.

Такие приборы могут иметь различную чувствительность, которая выражается коэффициентом пропорциональности между цифровым отображением угла на шкале и реальным напряжением. Для того чтобы предотвратить колебания стрелки на шкале, и снять точные показания применяется индукционный демпфер. Обычно его делают из алюминиевой пластины, которая также крепится на оси и передвигается вместе со стрелкой. Создаваемые электромагнитные завихрения контактируют с пластиной, подобно парусу и ветру. Это притормаживает колебания стрелки. Также бывает воздушный демпфер, который состоит из механизма из поршня и цилиндра. При колебаниях стрелки они придерживают ее, не допуская сильных скачков. Проводится обычное затормаживание поршнем, зафиксированным в цилиндре.

Также внутри электромеханических вольтметров имеется система противовесов в виде грузиков устанавливаемых на стрелку. Они не допускают ее отклонение под влиянием силы тяжести. Благодаря этому устройство дает точные показатели вне зависимости от угла наклона при проведении измерения. Подвижные части механизма вольтметра делают из твердой стали, которая не поддается истиранию. Все стержни полируются для снижения трения.

При подключении таких приборов необходимо соблюдать полярность, поскольку при неправильном соединении стрелка будет пытаться повернуться в противоположную сторону, что не позволяет специальный стопор в корпусе.

Электронные

Электронные вольтметры могут быть аналоговыми или полностью электронными. Аналоговые приборы внешне напоминают обычные механические. Они также оснащаются стрелкой, которая указывает на шкалу. Внутри них имеется компактная система преобразования входного напряжение в постоянное. Благодаря этому колебания стрелки исключаются. Специальный детектор в зависимости от уровня напряжения отклоняет стрелку под определенным углом, который и соответствует измеренному напряжению цепи.

Цифровые вольтметры имеют микросхему (контроллер). На внешней панели имеется дисплей, на котором отображается напряжение в цифровом виде. Такие приборы отличаются большой точностью, компактностью, легкостью и надежностью. Точность вольтметра в первую очередь зависит от преобразователя, переводящего параметры напряжения в кодированный цифровой сигнал, который отображается на дисплее.

Как подключать вольтметр и правила пользования

В электрических схемах вольтметр отображается латинской буквой «V». Для получения точных данных прибор должен быть подключен параллельно участку цепи, на которой необходимо провести измерение напряжения. При подсоединении важно соблюсти полярность. Для непосредственной фиксации проводов прибора к проводнику он оснащается специальными зажимами или точечными электродами.

В тех случаях, если необходимо замерить напряжение источника питания, прибор подключается непосредственно к его клеммам. При этом необходимо учитывать, что для высоковольтного напряжения нельзя применять слабые вольтметры, не рассчитанные для таких параметров.

Все устройства разделяются по диапазону измерения. Существуют вольтметры, которые могут фиксировать как милливольты, так и киловольты. Бывают также модели для работы с микросхемами, так называемые микровольтметры. Они чувствительны к миллионной части вольта. Следует всегда смотреть на диапазон частоты измерения, перед тем как использовать вольтметр для снятия параметров напряжения в отдельно взятом участке электрической цепи. Применив микровольтметр вместо киловольтметра можно вызвать короткое замыкание.

Особенно важно обратить внимание, что если прибор рассчитан для постоянного тока, то его нельзя подключать к переменному, и наоборот. Если применяется универсальный вольтметр, то перед его подключением необходимо выбрать режим измерения. В случае, когда он применяется для измерения постоянного напряжение, то на панели вольтметра необходимо установить значение, например + 60В. После этого нужно уменьшать вольтаж до тех пор, пока прибор не начнет считывание. Это проводится потому, что сети постоянного тока могут иметь различные напряжения. К примеру, в военной технике – 24В, автомобилях – 12В, а в некоторых мотоциклов – 6В. В том случае, когда нужно работать с сетью переменного тока, то устанавливается показатель 220В.

Технические характеристики

Вне зависимости от того, по какому принципу работает вольтметр, его назначению и способу исполнения, все приборы имеют общие критерии оценки эффективности. На них следует обратить внимание, перед тем как начинать использовать, или покупать устройство. В первую очередь это касается точности измерения. Этот показатель характеризует соответствие тех данных, которые фиксирует прибор, с реальными параметрами напряжения.

При наличии максимального внутреннего сопротивления вольтметр любого типа будет оказывать минимальное влияние на электрическую цепь, с которой снимаются показатели. Чем выше этот показатель, тем устройство точнее.

Вольтметр - средство измерений для определения электрического напряжения. При измерении напряжения вольтметр подключают параллельно измеряемому устройству, работающему от электричества (от электрической сети или аккумулятора). Данный прибор определяет разность потенциалов между клеммами. В области малых и средних значений напряжений применяют соответствующие измерительные механизмы (например, магнитометрический, электромагнитный, электростатический) с расширением диапазона измерения или без него. Измерительные механизмы , применяемые только для измерения постоянного напряжения и для измерения переменного напряжения. Для измерения очень маленьких значений напряжения и для высокочастотных измерений напряжений применяют компенсаторы , электронные вольтметры или осциллографы .

Подключение вольтметра означает образование параллельной измеряемому устройству дополнительной цепи тока, состоящей из внутреннего сопротивления вольтметра. Вследствие этого возникает изменение измеряемого значения, представляющее собой систематическую погрешность, которую стремятся сделать как можно меньшей. Чтобы в процессе измерений вносить как можно меньше возмущения в измерительную цепь и тем самым получить малую погрешность измерения, делают так, чтобы в каждом случае (полное) сопротивление вольтметра было существенно больше (полного) сопротивления измерительного устройства. Идеальный вольтметр, не оказывающий возмущающего воздействия на измерительную цепь, должен обладать бесконечно большим сопротивлением. В ином случае собственное потребление мощности (от измеряемого устройства) вольтметром должно быть нулевым. Вольтметры подразделяются на:

1) интегрирующие - представляют собой цифровой вольтметр, аналого-цифровой преобразователь которого работает по методу интегрирования;

2) многодиапазонные - вольтметры с несколькими диапазонами измерения, которые путем ступенчатого переключения обеспечивают расширение диапазона измерения напряжения. Вольтметры многодиапазонные могут использоваться самостоятельно или как составная часть комбинированного прибора;

3) отградуированные в единицах емкости, - приборы с непосредственным отсчетом, предназначенные также для измерения емкости;

4) селективные - разновидность вольтметра электронного, но в отличие от электронного вольтметра универсального и электронного вольтметра переменного напряжения вольтметр селективный позволяет проводить измерения очень маленького напряжения (микровольты) только в очень узком регулируемом диапазоне частот. Это достигается применением селективных усилителей и смесительных систем (аналогично высокоизбирательному радиоприемнику);

5) электронные (ранее, в 1960- 1970-х гг. были ламповыми) - представляют собой электронный прибор для измерения напряжения. Вольтметр электронный представляет собой аналоговый или цифровой измерительный прибор , в состав которого, кроме индикатора, входят входной делитель напряжения, а в некоторых вариантах - измерительный выпрямитель и измерительный усилитель .
В 1960-1970-х гг. схема измерительного усилителя выполнялась на лампах (ламповый вольтметр). С 1980-х гг. в таких приборах применяются только транзисторы и интегральные микросхемы.

В зависимости от функционирования схем в потоке сигналов, свойств и областей применения различают:

1) вольтметр электронный переменного напряжения. Данный прибор измеряет значения только переменного напряжения, при этом для измерения как можно меньших значений напряжения посредством усилителя осуществляется усиление измеряемого значения, затем выпрямление и индикация;

2) вольтметр электронный постоянного напряжения (т. е. постоянного тока), служит для измерения постоянного напряжения и обладает высоким входным сопротивлением. В таком приборе для усиления измеряемого сигнала (перед индикацией) используются преимущественно дифференциальный или операционный усилитель, а также усилительный вибропреобразователь;

3) вольтметр электронный универсальный - прибор, в котором при измерении постоянных напряжений измеряемое значение усиливается усилителем постоянного напряжения и после этого выводится на индикаторное устройство. При измерении переменных величин перед усилением происходит их выпрямление. В некоторых случаях измерительный выпрямитель размещают в специальной измерительной головке, при этом посредством высоковольтной измерительной головки осуществляются также измерения высоких напряжений. Диапазон частот, входное сопротивление и диапазон измерения напряжения вольтметра универсального электронного очень велики, вследствие чего указанный прибор имеет широкое (т. е. универсальное) применение;

4) вольтметр электромагнитной системы используется для измерения напряжения на основе измерительного механизма электромагнитной системы.

При помощи данных приборов измеряют как постоянное напряжение, так и переменное без каких-либо дополнительных элементов.

При измерениях вольтметром электромагнитной системы на переменном токе измеряется эффективное значение напряжения, при этом показания считаются в достаточной степени независимыми от формы перемененного напряжения.

В данном приборе наличие добавочных сопротивлений, которые определяют диапазон измерений, делает ток катушки измерительного механизма пропорциональным напряжению.

Для измерения высокого напряжения вольтметр электромагнитной системы подключается к измеряемой цепи через измерительный трансформатор напряжений. Для защиты указанных вольтметров от влияния внешних магнитных полей применяется специальное экранирование.

По сравнению с другими магнитоэлектрическими приборами вольтметры электромагнитной системы имеют значительно большее энергопотребление и поэтому используются преимущественно в силовой электротехнике.

В обязанности домашнего мастера входит огромный перечень различных видов работ: начиная от ремонта сантехники и заканчивая диагностикой бытовых и автомобильных электросетей. Помимо необходимых для выполнения таких работ инструментов (например, изолированных отверток, бокорезов и прочего), в арсенале домашнего мастера должен присутствовать минимальный набор диагностических приборов, которые могут понадобиться при ремонте различных домашних электроприборов и диагностике бытовой электропроводки. Одним из таких приборов является цифровой электронный вольтметр.

Данный тип измерительных приборов отличается высокой точностью определения параметров измерения, а также скоростью реагирования на изменение параметров тока.

Так как выпускаемые приборы различаются по функциональным возможностям, чтобы выбрать подходящее изделие, первоначально нужно определиться с целями его применения. Например, в последнее время приобретает все большую популярность миниатюрный цифровой встраиваемый вольтметр, устанавливаемый в домашние электрощитки. Такое устройство позволит в любой момент узнать о текущем напряжении в сети.

Кроме того, для удачного выбора прибора, оптимально соответствующего своим задачам, желательно иметь представление о характеристиках выпускаемых сейчас приборов.

Виды цифровых вольтметров

Существующие модели этих приборов можно разделить на несколько групп по их функциональным возможностям.

В зависимости от типа измеряемого тока различают:

• цифровой вольтметр постоянного тока
• цифровой вольтметр переменного тока

Как следует из названия, отличие заключается в возможности прибора измерять постоянный либо переменный ток. Для бытового использования необходимо приобретать исключительно универсальные модели, способные осуществлять оба типа измерений, так как в случае возникновения необходимости, скажем, в цифровом вольтметре для автомобиля, модель, предусматривающая измерение только переменного тока, не подойдет.

По количеству измерения фаз различают:

• цифровой трёхфазный вольтметр
• цифровой однофазный вольтметр

Первый вариант применяется в основном на входящем кабеле в многоквартирных домах, либо при подключении частного дома к трехфазному кабелю. В большинстве случаев такой функционал не нужен, так как питание электросети квартир осуществляется при помощи однофазного кабеля.

По типу измеряемых величин:

• приборы с возможностью измерения только показателей напряжения тока
• приборы, предусматривающие возможность измерения многих параметров прохождения тока в сети

К первому типу относят приборы, которые позволяют измерить только напряжение и характеристики частоты (для переменного тока).

Сегодня более распространены приборы, позволяющие проводить измерение помимо напряжения также и других величин. В основном такие изделия способны измерять силу тока и сопротивление. Более дорогие модели обладают возможностью измерения параметров емкости электрических накопителей (конденсаторов), показателей индуктивности и так далее.

Учитывая тот факт, что для бытового использования такое количество измеряемых параметров не нужно, желательно выбрать прибор, позволяющий измерять напряжение и силу тока, а также сопротивление проводника.

По области применения можно различать:

• универсальный вольтметр
• цифровой вольтметр din
• цифровой автомобильный вольтметр

Первый вариант из перечисленных представляет собой мобильный прибор для измерения параметров тока в различных сетях. Подключение к измеряемой сети осуществляется при помощи набора щупов, что позволит подключаться к любым возможным контактным площадкам в измеряемой сети.

Второй вариант представляет собой миниатюрный цифровой вольтметр, применяемый для стационарной установки в бытовой электрощиток. Используются такие устройства для мониторинга напряжения в домашней сети. В большинстве случаев способны предоставлять информацию исключительно относительно уровня напряжения.

Для контроля уровня напряжения в бортовой сети автомобиля применяют цифровой вольтметр, устанавливаемый в прикуриватель. Такое изделие при помощи цифрового табло либо набора светодиодных индикаторов предоставляет информацию об уровне напряжения в сети автомобиля. Использование подобных устройств способно предотвратить возможность разряда аккумуляторной батареи вследствие низкого уровня тока, вырабатываемого генератором.

Стоит отметить, что использование подобных устройств в основном распространено среди владельцев отечественных автомобилей. Устанавливать цифровой вольтметр в современное авто зарубежного производства в большинстве случаев бессмысленно, так как уже имеющаяся в таких машинах система контроля заряда аккумулятора и эффективный генератор способны поддерживать уровень заряда батареи на требуемом уровне.

Также одним из параметров различия является диапазон измеряемых напряжений. В этом случае также необходимо исходить из предполагаемой области использования прибора. Например, для использования в быту желательно выбрать цифровой вольтметр с диапазоном измерения до 220 вольт. Оптимальным выбором будет прибор с некоторым запасом по диапазону измерения (например, до 300 В) для возможности фиксации повышенного напряжения.

Для автомобиля подойдет вольтметр цифровой на 12 вольт. При желании контролировать повышение уровня напряжения над допустимым порогом можно приобрести вольтметр цифровой на 24в.

Как выбрать вольтметр

Чтобы выбрать прибор, способный осуществлять необходимые измерения, но при этом не имеющий ненужных возможностей, излишне повышающих цену прибора, первоначально нужно определиться с целями применения.

В том случае, если потребителем не планируется проводить диагностику домашних электроприборов, а единственной требуемой функцией приобретаемого вольтметра будет измерение напряжения в бытовой сети, оптимальным выбором будет мини цифровой вольтметр, устанавливаемый в домашний электрощиток.

Такой прибор позволит в любой момент получить информацию относительно уровня напряжения в бытовой сети без необходимости выполнения дополнительных манипуляций (например, нет надобности каждый раз подключаться щупами к розетке).

Для контроля текущего уровня напряжения в бортовой сети автомобиля подойдет цифровой встраиваемый вольтметр постоянного тока. Большинство таких изделий для упрощения установки рассчитаны на подключение к разъему прикуривателя. Допустимый предел измеряемого напряжения у большинства изделий позволяет обнаруживать как пониженное, так и повышенное напряжение. Учитывая низкий уровень напряжения измеряемого тока, а также подключение к прикуривателю, который имеет защиту плавким предохранителем, риск при использовании такого устройства минимален. Учитывая данные факты, особых требований при выборе такого изделия нет. Лучшим выбором будет изделие с цифровой индикацией напряжения.

При необходимости проведения диагностики электроприборов, а также различных фрагментов домашней электросети, потребуется приобретение мобильного прибора с набором щупов. В данном случае необходимо обратить внимание на функциональные возможности прибора и особенности его изготовления.

Простой цифровой вольтметр в данном случае скорее всего не обеспечит необходимого набора функциональности. Для обеспечения диагностики электроприборов желательна также возможность измерения силы тока и сопротивления проводника.

Выбрать желательно изделие с возможностью измерения как постоянного, так и переменного тока, что обеспечит расширение спектра задач, для которых можно использовать данный прибор.

Профессиональные модели с возможностью измерения параметров трехфазного тока приобретать для использования в быту не имеет смысла. Такие приборы достаточно дороги, а учитывая питание бытовой электросети от однофазного тока, преимущественное большинство возможностей этих дорогих приборов останется невостребованным.

Также имеющиеся у многих цифровых вольтметров возможности измерения параметров синусоиды переменного тока, вычисления средних значений напряжения за определенный промежуток времени и тому подобное, для домашнего мастера абсолютно не нужны.

Стоит обратить внимание и на диапазон измеряемых напряжений. Вольтметр цифровой на 220в обеспечит возможность проведения необходимых измерений, но для более точного представления о параметрах тока в сети желательно выбрать прибор с определенным запасом по уровню измеряемых величин (например, с пределом измеряемого напряжения 300 В). Большинство современных моделей имеют предел измеряемого напряжения на уровне 600 В, чего вполне достаточно.

Определенное влияние на цену прибора оказывает уровень защиты его корпуса от пробоя. При использовании в быту не имеет смысла приобретать изделие с высокой защитой, так как бытовое напряжение на уровне 220 В не обладает способностью пробивать значительный слой изоляции. Минимального уровня защиты, соблюдаемого при изготовлении таких приборов, будет вполне достаточно.

Единственное, на что необходимо обратить внимание в данном случае – не стоит брать изделия неизвестных производителей в небольших торговых точках. Работа с электричеством в любом случае содержит определенный риск для жизни и здоровья, поэтому приобретаемый прибор должен быть изготовлен с соблюдением технических норм.

Также необходимо остановиться на стремлении ряда энтузиастов, желающих сделать цифровой вольтметр своими руками. Самодельный цифровой вольтметр скорее всего не будет обладать необходимым уровнем защиты, что при использовании его для измерений в бытовой сети может представлять опасность для жизни. Поэтому перед тем, как сделать цифровой вольтметр, желательно обдумать необходимость таких действий, стоимость приобретения комплектующих и затраты времени. В большинстве случаев лучше приобрести готовое изделие.

Недавно один знакомый в каком-то бытовом разговоре услышал слово «вольтметр» и спросил, что это такое. Сказать, что я выпала в осадок, — это ничего не сказать. Ну да ладно, решила я, человек моложе меня, а со школьным образованием сейчас у нас не очень хорошо дела обстоят. Точнее, с мотивациями к получению знаний. Отчасти это связано с тем, что у людей стало больше специализированных знаний и меньше общих, отчасти из-за доступности информации в Интернете: отпала необходимость хранить эту информацию в голове. Итак, освежим школьные знания.

У нас в доме, на работе и на улице в наше время все зависит от электроэнергии. Мы постоянно пользуемся электрическим током — переменным и постоянным. Ток — это направленное движение носителей заряда под действием электрического поля. Так вот, напряжение, или разность потенциалов — это физическая величина, равная работе электрического поля, которую оно совершает, перенося единичный заряд из одного места в другое.

Когда мы говорим о гальваническом элементе, где происходят внутренние химические процессы, или турбине, которую вращают воды реки, то употреблять выражение «разность потенциалов» некорректно, ведь работу по перемещению заряда производят сторонние силы, имеющие химическую или механическую природу. Для таких случаев используется понятие электродвижущей силы (ЭДС). Именно этот показатель пишут на батарейках, которые продаются на кассе в магазине, и при подключении вольтметра к клеммам без подключения цепи с нагрузкой мы увидим именно его.

Измеряются и ЭДС, и напряжение в вольтах. Формально размерность этой единицы объясняется так: разность потенциалов между точками, А и В равна 1 В, если для перемещения заряда в 1 кулон из точки, А в точку В мы потратим 1 джоуль работы. От этой единицы — вольта — и происходит бытовое название напряжения, когда его измеряют: вольтаж.

Как работает вольтметр

Если нам надо измерить напряжение, значит, необходимо сделать так, чтобы ток через измерительный прибор не проходил. Поэтому к работающей цепи мы подключаем прибор параллельно. Цепь продолжает работать, а прибор должен иметь очень высокое последовательно подключенное сопротивление, чтобы его показания были как можно более точными. В простейшем варианте прибор состоит из магнитной системы, в которой находится подвижная рамка-катушка. На этой рамке закреплены спиральные пружинки, которые создают противодействующий момент и стрелка.

Такие простейшие магнитоэлектрические приборы обычно все видели в детстве. Кстати, прибор для измерения тока— амперметр — устроен так же, только нагрузка в нем маленькая и ставится параллельно, а сам прибор ставится в цепь последовательно.

Существуют также электромагнитные приборы (там взаимодействуют неподвижная катушка и подвижный сердечник) и электродинамические (там работают две катушки).

Помимо этих трех видов, используются также вольтметры с иными принципиальными схемами, но они имеют более узкие области применения. К таким приборам относятся термоэлектрические (в них используется свойство тока нагревать проводник) и выпрямительные (в которых скомбинирован диодный выпрямитель и магнито-электрический механизм).

Все эти приборы имеют одно общее — шкалу, по которой мы и видим результат измерений. Чем больше измеряемый параметр, тем больше отклоняется стрелка. Приборы такого рода называются аналоговыми. Недостаток их очевиден: при длительном использовании механизм имеет свойство изнашиваться, показания часто зависят от условий окружающий среды, да и удобнее информацию воспринимать с экрана, где показываются нужные нам цифры. И тут нам на помощь приходят цифровые вольтметры.

Принцип отображения результата измерений

Особенностью цифровых измерительных приборов является то, что аналоговый сигнал (если отобразить его на графике, то получится прямая линия при постоянном напряжении, и синусоида — при переменном) преобразуется в цифровой, после чего попадает на счетчик и экран, где мы и видим результат измерений. Реализуется эта схема при помощи микросхем, ассортимент которых в настоящее время позволяет производить самые разнообразные приборы — например, для измерения амплитуды переменного напряжения, импульсные, фазочувствительные и т. п.

Классификация

При всем своем разнообразии эти измерительные приборы можно классифицировать по нескольким параметрам. Это поможет вам выбрать нужный именно вам, если вы соберетесь его приобрести.

Итак, вольтметры можно классифицировать по:

По принципу работы вольтметры бывают электромеханические и электронные. Первые включают в себя простые приборы, описанные в предыдущей главе — магнитоэлектрические, электродинамические, электромагнитные, термоэлектрические, выпрямительные и электростатические. Ко вторым — приборы с цифровым и аналоговым преобразованием сигнала и выводом его на панель.

По сфере своего применения приборы изготовляются для измерения постоянного тока, переменного тока, универсальные, импульсные, фазочувствительные и селективные.

По конструкции они бывают переносные, представляющие собой устройства с «крокодильчиками» (их можно положить в сумку, а то и в карман) и стационарные, которыми пользуются в помещении. В число последних включаются также щитовые: они предназначены для постоянной установки в приборную панель.

Класс точности на измерительных приборах проставляется цифрой, и не все обращают на это внимание, а зря. Иногда точность прибора имеет принципиальное значение.

Цифра, не обведенная кружком, показывает относительную погрешность измерений, и дается она в процентах. В России есть следующие классы точности приборов по относительной погрешности: 6, 4, 2,5, 1,5, 1,0, 0,5, 0,2, 0,1, 0,05, 0,02, 0,01, 0,005, 0,002, 0,001. Указанная цифра показывает, на сколько процентов могут отличаться показания прибора от истинного значения измеряемой величины. Важно, что это актуально в диапазоне работы прибора, и этот диапазон должен указываться на приборе. Он не всегда совпадает с нулевой отметкой шкалы: при значениях, близких к нулю, вероятность погрешности стремится к бесконечности.

Если у прибора неравномерная шкала, то класс точности указывают цифрой, под которой стоит знак угла. Это значит, что погрешность дается в долях от длины шкалы.

Обозначение в виде дроби отображает погрешность в конце шкалы и в начале.

Отличием цифровых приборов является то, что измеряемый диапазон в них регулируется; это позволяет более точно производить измерения.

Выбор вольтметра

Если вы решили купить себе вольтметр, вам необходимо определиться со следующим:

1. В каких диапазонах будут производиться измерения. Согласитесь, есть большая разница между работой на понижающей подстанции, где интервал — от 10 кВ до 380 В, и ремонтом бытовой техники, где этот диапазон — от 3 В до 220 В.
2. В каких условиях будет эксплуатироваться прибор. Будет ли это дом, лаборатория, улица или вам нужно перемещаться по клиентам.
3. Нет ли необходимости в измерении других параметров. Обычно она есть всегда, только весь вопрос в том, покупать ли отдельные приборы или один мультиметр.

Если вы работаете с высокими напряжениями, вам лучше остановить свой выбор на производителях электромеханических киловольтметрах. У них достаточный класс точности для больших величин, и при этом есть одно несомненное достоинство — надежность. У электронных устройств, работающих на микроэлектронике, с этим пока проблема: на перегрузки они реагируют плохо, ломаются. На рынке представлены как переносные, так и предназначенные для встройки в панель варианты таких приборов.

Стационарные устройства предпочтительнее для работы в лаборатории или мастерской. Они представлены довольно большим ассортиментом — как электромеханические, так и цифровые.

Некоторым людям, проживающим в частном секторе, нужен вольтметр для установки его в щиток (обычно он на столбе у дома). Для этого предназначены щитовые вольтметры, которые можно установить в din-рейку — как ставятся счетчики и УЗО, например. Стоят они от 900 до 4000 рублей, и чаще всего выпускаются в цифровом варианте, но если напряжение у вас в районе имеет привычку «скакать», то можно приобрести и электромеханический — они, кстати, дешевле.

Наконец, если вы производите измерения на выезде — вольтметра вам мало. С 90-х годов прошлого века среди тех, чья работа связана с перемещением получили популярность тестеры, или мультиметры. Они существовали и ранее, но их точность оставляла желать лучшего. Сейчас же выбор и качество этих приборов существенно возросли, при это цена на них сравнительно невысока. Какие же преимущества есть у тестеров?

Выпускаются как цифровые тестеры, так и аналоговые. Последние более надежны, но менее точны: время от времени приходится ставить стрелку на место.

Как пользоваться

Как подключается вольтметр? Параллельно! Это правило следовало выучить еще в школе.

Убедитесь, что диапазон измерений соответствует предполагаемому напряжению в цепи. Если этот диапазон большой (киловольты), пострадает точность, если маленький — пострадает прибор.

Если вольтметр электромеханический, правильно его установите. Производитель указывает, как это сделать. От этого зависит точность показаний.

Если вольтметр предназначен для измерения постоянного напряжения, не вздумайте делать им замер переменного. Если же он универсальный, то переключите его в нужный режим.

Вольтметр со стрелкой нуждается в корректировке стрелки в положение «0». Делается это с помощью отвертки, если нет специальной ручки.

Не хватайтесь за оголенные части щупов голыми руками, особенно если напряжение в сети более 60 В. Как минимум это малоприятно, как максимум — сами понимаете. С высокими напряжениями работают в перчатках.

Своими руками

Несмотря на то что выбор вольтметров сейчас огромен, всегда находятся люди, которым всегда хочется все сделать самим. С чем это связано — есть разные мнения. Я не буду комментировать ничьи желания, это не тема статьи. Зато расскажу, как сделать вольтметр своими руками (или переделать старый). Ведь ничего невозможного тут нет.

Электромеханический вольтметр

Вам понадобятся следующие компоненты:

На первой схеме представлен простой вольтметр постоянного тока с четырьмя диапазонами измерений — выбор диапазона зависит от того, на какую нагрузку мы поставим переключатель. На добавочных схемах мы видим : их монтаж расширяет применение прибора, теперь им можно измерять напряжение в сети переменного тока.

Перед сборкой убедитесь, что магнитная головка со стрелкой исправны, у нее не оторваны спиральные пружинки и рамка нормально ходит. После этого можно приступить к монтажу мостика, а потом — подсоединить магазин резисторов с переключателем. Вам также потребуется изготовить новую шкалу. Для этого заклейте старую бумагой, обрежьте по контуру и нарисуйте на ней 4 полукруглых линии. После сборки можете приступать к калибровке. Для этого нужно замерить напряжение тестером, а затем, переключив новое изделие на требуемый диапазон, новым нашим прибором. На шкале сделать отметку. И так до тех пор, пока шкала не будет проградуирована.

Предупреждение: перед испытаниями высоких напряжений наденьте перчатки.

При желании можно изготовить и цифровой вольтметр. Схем в сети для этого предостаточно, равно как и комплектующих. Одну из схем, на 8-разрядном микроконтроллере, я представлю здесь. Предназначена для измерения напряжений до 30 В

В общем, если ваши руки — не для скуки, дерзайте!