Правила включения вольтметра в цепь

Измерение напряжения вольтметром

Для измерения переменного или постоянного напряжения в цепях переменного и постоянного тока используют прибор, называемый вольтметром. Поскольку напряжение присутствует между разными точками цепи или на полюсах источника напряжения, вольтметр подключается всегда параллельно исследуемому участку цепи или параллельно клеммам источника напряжения.

Можно, конечно, включить вольтметр и последовательно, в разрыв цепи, но тогда будет измерено напряжение источника, а не на участке цепи, так как цепь будет разомкнута, а сам вольтметр имеет при этом очень большое внутреннее сопротивление.

Вольтметры выпускаются как в виде отдельных электроизмерительных приборов, так и в формате одной из функций мультиметров. Во входной цепи современного вольтметра обычно находится резистор номиналом порядка мегаома, последовательно подключенный к электронной измерительной схеме.

Вольтметр, как отдельный измерительный прибор или как одна из функций мультиметра, имеет несколько диапазонов измерения напряжения. Выбор диапазона осуществляется при помощи переключателя, расположенного на лицевой панели прибора.

Обычно на мультиметре можно выбрать одно из следующих значений (максимальное значение для диапазона): 200мВ, 2000мВ (2В), 20В, 200В, 600В и т.д. Как правило у мультиметров есть возможность измерения постоянного и переменного напряжения. Вид напряжения также выбирается на шкале переключателя.

Для измерения тока и напряжения у мультиметров имеются два отдельных гнезда для подключения щупов: одно гнездо — для измерения напряжения, второе гнездо — для измерения тока. Третье — общий провод, который остается на своем месте независимо от того, что измеряется, ток или напряжение.

Подключите щупы к соответствующим гнездам мультиметра или вольтметра. Включите прибор и переведите его в режим измерения напряжения, выбрав вид напряжения и диапазон с помощью переключателя. Если диапазон неизвестен, то стоит начать с самого большого значения из доступных на шкале переключателя, потом можно будет уменьшить.

Схема подключения вольтметра для измерения падения напряжения на лампочке:

Присоедините щупы (соблюдая осторожность!) так, чтобы прибор оказался подключен к нужным точкам цепи, между которыми требуется измерить напряжение. Спустя пару секунд прибор отобразит на своем дисплее действующее значение измеренного напряжения.

Если диапазон 600В или более, то значение измеренного напряжения будет отображено в вольтах. Если диапазон например 2000мВ или 200мВ (порядок величин напряжений, но в принципе значения на шкале могут отличаться от этих), то на дисплее будут показания в милливольтах.

Если измеряется постоянное напряжение, то, в зависимости от его полярности и от правильности расположения щупов, на дисплее может отобразиться цифра со знаком минус перед ним.

Это значит, что красный и черный щупы стоит поменять местами, поскольку красный щуп предназначен для установки на положительный полюс, а черный — на отрицательный полюс по отношению к источнику постоянного напряжения, который установлен в исследуемой цепи.

Вольтметр (или мультиметр), не предназначенный для измерения высокочастотных напряжений или более высоких напряжений, чем максимальное на его шкале, легко выйдет из строя, если с помощью него попытаться измерить высокочастотное или более высокое напряжение. В документации к прибору всегда указан род тока и максимально допустимые параметры напряжения, которое можно им мерить.

Подключение вольтметров к сети

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, R_изм. – 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.

Как подключить вольтметр

Как и любую физическую величину, напряжение можно измерить, для этого используется вольтметр. Но чтобы получить достоверные данные, его необходимо правильно подключить.

Принцип действия

Все устройства, которыми производятся измерения в электрических сетях, делятся на две группы: электромеханические и электронные.

Электромеханические аппараты

Это стрелочные приборы. Стрелка в них закреплена на рамке, на которую намотан провод. Эта катушка находится на одной оси с постоянным магнитом в приборах, используемых в сети постоянного тока, или с другой катушкой – в устройствах переменного напряжения.

Справка. Аппарат переменного тока в сети постоянного работать не будет, но устройство для измерения постоянного напряжения, если включить его через диодный мост, можно подключить в сеть переменного тока с потерей точности.

При прохождении тока по обмотке в ней наводится электромагнитное поле, взаимодействующее с магнитом или другой обмоткой, и рамка поворачивается. Вращению катушки со стрелкой препятствует пружина, поэтому угол поворота рамки соответствует току через неё и потенциалу на клеммах.

Для уменьшения колебаний стрелки устанавливается демпфер электромагнитный из алюминиевой пластины или пневматический, из поршня и цилиндра.

Для повышения точности стрелка снабжена противовесами, исключающими влияние силы тяжести, а сам механизм выполняется из легированной стали для уменьшения износа.

Электронные приборы

В электронных аппаратах чувствительным элементом является электронная плата, преобразующая входной сигнал в показания прибора. Питание такое устройство может получать от измеряемого напряжения или другого источника – внутренних батарей или внешнего питания.

Электронные вольтметры есть двух типов:

• Аналоговые. В них находится преобразователь входного сигнала в угол поворота стрелки, показывающий на шкале величину измеряемого напряжения. Недостаток аналоговых схем – в необходимости пересчитывать показания шкалы при изменении предела измерения;
• Цифровые. В таких приборах есть цифровой дисплей и преобразователь, отображающий входной сигнал в цифровом виде. При подключении устройства в сеть постоянного тока на табло показывается полярность подключения. Эти конструкции отличаются компактностью, а точность такого аппарата зависит от качества встроенного контроллера.

Подключение вольтметра

Напряжение на источнике питания или элементе цепи измеряется аппаратом, который подключается параллельно устройству.

Катушка прибора имеет низкое сопротивление, и при непосредственном включении в сеть ток будет большим. Для уменьшения потребляемого тока и влияния на электрическую сеть в цепь последовательно с аппаратом включаются добавочные сопротивления.

Важно! При включении вольтметра последовательно с нагрузкой он покажет напряжение источника питания с погрешностью из-за сопротивления нагрузки. Последовательно подсоединяют амперметр.

Постоянное напряжение

Способы измерения постоянного напряжения зависят от его величины:

• до 1 милливольта – цифровыми и аналоговыми аппаратами со встроенным усилителем;
• до 1000 вольт используют обычные аппараты различных систем;
• свыше 1 кВ измерения производятся электростатическими приборами, предназначенными для работы в высоковольтных сетях или обычными, включёнными через делитель.

Увеличение предела измерения производится включёнием последовательно с прибором добавочного сопротивления Rдоб. Для увеличения предела в n раз общее сопротивление также необходимо увеличить в n раз и, учитывая сопротивление прибора Rпр, Rдоб=Rпр*(n-1). Показания шкалы также умножаются на n.

Переменное напряжение

Методы и типы устройств для измерения в сетях переменного тока зависят от величины напряжения и частоты сети:

• до 1 вольта – цифровые и аналоговые устройства с усилителями;
• до 1кВ и частотой до десятков кГц – выпрямительные системы, электромагнитные, электродинамические приборы;
• при частоте до десятков мегагерц – термоэлектрические и электростатические аппараты.

Важно! Вольтметр переменного тока показывает действующее значение напряжения. При синусоидальной форме его величина в √3 (1,7) меньше амплитудного.

Расширение пределов измерения производится включением через разделительный или автотрансформатор, а также использованием добавочного сопротивления. Его величина рассчитывается аналогично измерениям в сети постоянного тока.

При использовании разделительного трансформатора показания прибора умножаются на коэффициент трансформации n=U1/U2.

Подключение вольтметра необходимо производить по определённым схемам. Это делается для того, чтобы показания прибора соответствовали параметрам сети.

Видео

Подключение амперметра и вольтметра в сети постоянного и переменного тока

Постоянный ток не меняет направления во времени. Примером может служить батарейка в фонарике или радиоприемнике, аккумулятор в автомобиле. Мы всегда знаем, где положительная клейма источника питания, а где отрицательная.

Переменный ток — это ток, который с определенной периодичностью меняет направление движения. Такой ток протекает в нашей розетке, когда мы к ней подключаем нагрузку. Тут нет положительного и отрицательного полюса, а есть только фаза и ноль. Напряжение на нуле близко по потенциалу с потенциалом земли. Потенциал же на фазовом выводе меняется с положительного до отрицательного с частотой 50 Гц, го есть ток под нагрузкой будет менять свое направление 50 раз в секунду.

В течение одного периода колебания величина тока повышается от нуля до максимума, затем уменьшается и проходит через ноль, а потом совершается обратный процесс, но уже с другим знаком.

Получение и передача переменного тока намного проще, чем постоянного: меньше потерь энергии, С помощью трансформаторов мы можем легко менять напряжение переменного тока.

При передаче большого напряжения требуется меньший ток для той же мощности. Это позволяет использовать более тонкие довода. В сварочных трансформаторах используется обратный процесс — понижают напряжение для повышения сварочного тока.

Измерение постоянного тока

Чтобы в электрической цепи измерить ток, необходимо последовательно с приемником электроэнергии включить амперметр или миллиамперметр. При этом, чтобы исключить влияние измерительного прибора на работу потребителя, амперметр должен обладать очень малым внутренним сопротивлением, чтобы практически его можно было бы принять равным нулю, чтобы падением напряжения на приборе можно было бы просто пренебречь.

Включение амперметра в цепь — всегда последовательно с нагрузкой. Если подключить амперметр параллельно нагрузке, параллельно источнику питания, то амперметр просто сгорит или сгорит источник, поскольку весь ток потечет через мизерное сопротивление измерительного прибора.

Шунт

Пределы измерения амперметров, предназначенных для проведения измерений в цепях постоянного тока, расширяемы, путем подключения амперметра не напрямую измерительной катушкой последовательно нагрузке, а путем подключения измерительной катушки амперметра параллельно шунту.

Так через катушку прибора пройдет всегда лишь малая часть измеряемого тока, основная часть которого потечет через шунт, включенный в цепь последовательно. То есть прибор фактически измерит падение напряжения на шунте известного сопротивления, и ток будет прямо пропорционален этому напряжению.

Практически амперметр сработает в роли милливольтметра. Тем не менее, поскольку шкала прибора градуирована в амперах, пользователь получит информацию о величине измеряемого тока. Коэффициент шунтирования выбирают обычно кратным 10.

Шунты, рассчитанные на токи до 50 ампер монтируют непосредственно в корпуса приборов, а шунты для измерения больших токов делают выносными, и тогда прибор соединяют с шунтом щупами. У приборов, предназначенных для постоянной работы с шунтом, шкалы сразу градуированы в конкретных значениях тока с учетом коэффициента шунтирования, и пользователю уже не нужно ничего вычислять.

Если шунт наружный, то в случае с калиброванным шунтом — на нем указывается номинальный ток и номинальное напряжение: 45 мВ, 75 мВ, 100 мВ, 150 мВ. Для текущих измерений выбирают такой шунт, чтобы стрелка отклонялась бы максимум — на всю шкалу, то есть номинальные напряжения шунта и измерительного прибора должны быть одинаковыми.

Если речь идет об индивидуальном шунте для конкретного прибора, то все, конечно, проще. По классам точности шунты делятся на: 0,02, 0,05, 0,1, 0,2 и 0,5 — это допустимая погрешность в долях процента.

Шунты изготавливают из металлов с малым температурным коэффициентом сопротивления, и обладающих значительным удельным сопротивлением: константан, никелин, манганин, — чтобы когда протекающий через шунт ток нагревает его, это не отражалось бы на показаниях прибора. Еще для снижения температурного фактора при измерениях, последовательно с катушкой амперметра включают добавочный резистор из материла такого же рода.

Измерение постоянного напряжения

Чтобы измерить постоянное напряжение между двумя точками цепи, параллельно цепи, между этими двумя точками, подключают вольтметр. Вольтметр включается всегда параллельно приемнику или источнику. А чтобы подключенный вольтметр не оказывал влияния на работу цепи, не вызывал бы снижения напряжения, не вызывал потерь, — он должен обладать достаточно высоким внутренним сопротивлением, чтобы током через вольтметр можно было бы пренебречь.

Добавочный резистор

И чтобы расширить пределы измерения вольтметра, последовательно с его рабочей обмоткой включается добавочный резистор, чтобы только часть измеряемого напряжения приходилась бы непосредственно на измерительную обмотку прибора, пропорционально ее сопротивлению. А при известном значении сопротивления добавочного резистора, по зафиксированному на нем напряжению легко определяется полное измеряемое напряжение, действующее в данной цепи. Так работают все классические вольтметры.

Коэффициент, появляющийся в результате добавления добавочного резистора, покажет, во сколько раз измеряемое напряжение больше напряжения, приходящегося на измерительную катушку прибора. То есть пределы измерения прибора зависят от величины добавочного резистора.

Добавочный резистор встраивается в прибор. Для снижения влияния температуры окружающей среды на измерения, добавочный резистор изготавливают из материала обладающего малым температурным коэффициентом сопротивления. Поскольку сопротивление добавочного резистора во много раз больше сопротивления прибора, то и сопротивление измерительного механизма прибора в итоге не зависит от температуры. Классы точности добавочных резисторов выражаются аналогично классам точности шунтов — в долях процентов обозначают величину погрешности.

Чтобы еще больше расширить пределы измерения вольтметров, применяют делители напряжения. Это делается для того, чтобы при измерении на прибор приходилось напряжение, соответствующее номиналу прибора, то есть не превышало бы предел на его шкале. Коэффициентом деления делителя напряжения называется отношение входного напряжения делителя к выходному, измеряемому напряжению. Коэффициент деления берут равным 10, 100, 500 и более, в зависимости от возможностей применяемого вольтметра. Делитель не вносит большой погрешности, если сопротивление вольтметра также высоко, а внутреннее сопротивление источника мало.

Измерение переменного тока

Чтобы точно измерить прибором параметры переменного тока, необходим измерительный трансформатор. Измерительный трансформатор, применяемый в целях измерений, к тому же дает персоналу безопасность, поскольку благодаря трансформатору достигается гальваническая развязка от цепи высокого напряжения. Вообще, техника безопасности запрещает подключать электроизмерительные приборы без таких трансформаторов.

Применение измерительных трансформаторов позволяет расширить пределы измерения приборов, то есть появляется возможность измерять большие напряжения и токи при помощи низковольтных и слаботочных приборов. Так, измерительные трансформаторы бывают двух типов: трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.

Измерительный трансформатор напряжения

Чтобы измерить переменное напряжение применяют трансформатор напряжения. Это понижающий трансформатор с двумя обмотками, первичная обмотка которого присоединяется к двум точкам цепи, между которыми нужно измерить напряжение, а вторичная — непосредственно к вольтметру. Измерительные трансформаторы на схемах изображают как обычные трансформаторы.

Трансформатор без нагруженной вторичной обмотки работает в режиме холостого хода, и при подключенном вольтметре, сопротивление которого велико, трансформатор остается практически в этом режиме, и поэтому можно считать измеренное напряжение пропорциональным напряжению, приложенному к первичной обмотке, с учетом коэффициента трансформации, равного соотношению количеств витков во вторичной и первичной его обмотках.

Таким образом можно измерять высокое напряжение, при этом на прибор будет подаваться небольшое безопасное напряжение. Останется умножить измеренное напряжение на коэффициент трансформации измерительного трансформатора напряжения.

Те вольтметры, которые изначально предназначены для работы с трансформаторами напряжения, имеют градуировку шкалы с учетом коэффициента трансформации, тогда по шкале без дополнительных вычислений сразу видно значение измененного напряжения.

В целях повышения безопасности при работе с прибором, на случай повреждения изоляции измерительного трансформатора, один из выводов вторичной обмотки трансформатора и его каркас сначала заземляются.

Измерительные трансформаторы тока

Для подключения амперметров к цепям переменного тока служат измерительные трансформаторы тока. Это двухобмоточные повышающие трансформаторы. Первичная обмотка включается последовательно в измеряемую цепь, а вторичная — к амперметру. Сопротивление в цепи амперметра мало, и получается, что трансформатор тока работает практически в режиме короткого замыкания, при этом можно считать, что токи в первичной и вторичной обмотках относятся друг к другу как количества витков во вторичной и первичной обмотках.

Подобрав подходящее соотношение витков, можно измерять значительные токи, при этом через прибор всегда будут протекать токи достаточно малые. Останется умножить измеренный во вторичной обмотке ток на коэффициент трансформации. Те амперметры, которые предназначены для постоянной работы совместно с трансформаторами тока, имеют градуировку шкал с учетом коэффициента трансформации, и по шкале прибора без вычислений можно легко считать значение измеряемого тока. С целью повышения безопасности персонала, один из выводов вторичной обмотки измерительного трансформатора тока и его каркас сначала заземляются.

Во многих применениях удобны проходные измерительные трансформаторы тока, у которых магнитопровод и вторичная обмотка изолированы и расположены внутри проходного корпуса, через окно которого проходит медная шина с измеряемым током.

Вторичная обмотка такого трансформатора никогда не оставляется разомкнутой, ибо сильное увеличение магнитного потока в магнитопроводе может не только привести к его разрушению, но и навести на вторичной обмотке опасную для персонала ЭДС. Чтобы провести безопасное измерение, вторичную обмотку шунтируют резистором известного номинала, напряжение на котором будет пропорционально измеряемому току.

Для измерительных трансформаторов характерны погрешности двух видов: угловая и коэффициента трансформации. Первая связана с отклонением угла сдвига фаз первичной и вторичной обмоток от 180°, что приводит к неточным показаниям ваттметров. Что касается погрешности связанной с коэффициентом трансформации, то это отклонение показывает класс точности: 0,2, 0,5, 1 и т. д. — в процентах от номинального значения.

Схемы включения электроизмерительных приборов

Классификация электроизмерительных приборов.

Электроизмерительные приборы классифицируют по следующим признакам:

• 1) роду измеряемой величины (амперметры, вольтметры, омметры, ваттметры и т.д.);
• 2) принципу действия (магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, тепловые, электронные и т.д.);
• 3) роду тока (приборы постоянного, переменного, постоянного и переменного тока);
• 4) степени точности (классы: 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0).

На шкале или на лицевой панели прибора указываются назначение, род тока, положение шкалы (горизонтальное, вертикальное, под углом), пробивное напряжение изоляции, класс точности, условия эксплуатации, год выпуска, заводской номер.

Схемы включения амперметра и вольтметра.

На рисунках 4.3 и 4.4 приведены схемы включения вольтметра и амперметра через измерительные трансформаторы напряжения (ТН) и тока (ТТ) соответственно.

Рис. 4.3. Измерительный трансформатор напряжения.

Схема включения вольтметра:

?/,, U₂_ первичное и вторичное напряжения ТН; W_v W₂ — первичная и вторичная обмотки ТН; V — вольтметр

Рис. 4.4. Измерительный трансформатор тока. Схема включения амперметра:

/_р /₂ — первичный и вторичный токи ТТ; W_v W₂ — первичная и вторичная обмотки ТТ; А — амперметр

Для измерения тока в электрических цепях служат амперметры, миллиамперметры и микроамперметры различных систем. Их включают в цепь последовательно, и через них проходит весь ток, протекающий в цепи (рис. 4.4). Важно, чтобы при различных электрических измерениях амперметр как можно меньше влиял на электрический режим цепи, в которую он включен. Поэтому амперметр должен иметь малое собственное сопротивление по сравнению с сопротивлением цепи.

Присоединять амперметр к источнику тока (питания) без нагрузки нельзя, так как по его обмотке в этом случае пройдет большой ток, и она может перегореть. По той же причине нельзя включать амперметр параллельно нагрузке.

Каждый амперметр рассчитан на определенный максимальный ток, при превышении которого амперметр может перегореть. Если амперметром нужно измерить ток, превышающий допустимый для данного амперметра, то параллельно амперметру присоединяют шунт, т.е. расширяют пределы измерения амперметра.

Шунт представляет собой относительно малое, но точно известное сопротивление. Схема включения амперметра с шунтом показана на рис. 4.5, а.

Шунт должен иметь четыре зажима для устранения влияния на сопротивление шунта переходных сопротивлений контактов. Шунты изготовляют из манганина — сплава, у которого температурный коэффициент сопротивления практически равен нулю.

Рис. 4.5. Схема включения амперметра:

а — с шунтом; 6 — через трансформатор тока; для схемы а: 1 — шунт; 2 — нагрузка;

для схемы б: 1 — измерительный трансформатор тока; 2 — нагрузка

Рис. 4.6. Схема соединения трех амперметров через два трансформатора тока:

Л j и Л₂ — начало и конец первичной обмотки трансформатора тока; И, и И₂ — начало и конец вторичной обмотки трансформатора тока; Л — амперметры; i_A, i_B, i_c — токи в фазах

Рис. 4.7. Схема включения вольтметра:

R — сопротивление цепи; V— вольтметр

На рисунке 4.6 приведена схема соединения трех амперметров через два трансформатора тока.

Как видно из схемы, через первый амперметр проходит ток i_A, через второй — i_B, следовательно, ток в третьем амперметре, равный сумме двух линейных токов i_A и i_B, равен третьему линейному току: i_c= i_A + i_B.

Для измерения напряжения на участке цепи применяют вольтметры. Вольтметр включают параллельно тем точкам цепи (М, N), напряжение между которыми надо измерить (рис. 4.7).

Вольтметр не должен изменять напряжение на измеряемом участке цепи, по этой причине ток, проходящий через вольтметр, должен быть много меньше, чем ток на измеряемом участке.

Для того чтобы вольтметр не вносил заметных искажений в измеряемое напряжение, его сопротивление должно быть большим по сравнению с сопротивлением участка цепи, на котором измеряется напряжение. Любой вольтметр рассчитан на определенное предельное напряжение, но с помощью подключения последовательно с вольтметром добавочного сопротивления /?_доб можно измерять большие напряжения (рис. 4.8, б).

Рис. 4.8. Схемы включения амперметра и вольтметра в электрическую цепь:

а — без расширения пределов измерения; б — с расширением пределов измерения;

Я_ш — сопротивление шунта; /?_доб — добавочное сопротивление

На рисунке 4.9 приведена схема включения ваттметра в однофазную цепь высокого напряжения через измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Рис. 4.9. Схема включения ваттметра в однофазную цепь высокого напряжения через измерительные трансформаторы тока и напряжения: V— вольтметр; А — амперметр; W— ваттметр

На рисунке 4.10 приведена схема включения амперметров и вольтметров в трехфазную цепь. Как видно из схемы, амперметры включены через измерительные ТТ, а вольтметры —через измерительные ТН. Такие схемы включения измерительных приборов характерны для высоковольтных сетей напряжением 6 (10) кВ и выше.

Рис. 4.10. Включение амперметров и вольтметров в трехфазную цепь с помощью измерительных трансформаторов тока и напряжения

Как подключить вольтметр?

Работа с электрическими сетями может оказаться необходимой в различных жизненных ситуациях: ремонт автомобиля, прокладка проводки в доме или на производстве. Одной из величин, которые часто требуется измерить при проведении работ подобного характера, является напряжение. Его можно определить при помощи специального прибора под названием вольтметр. О принципе его работы, устройстве, а также способах подключения и пойдет речь ниже.

Устройство и принцип действия

Если говорить о принципе действия, то все устройства такого типа, что позволяют осуществлять различные замеры в электрических сетях, бывают 2 видов:

• электромеханического типа;
• электронные.

Первая категория представляет собой стрелочные устройства. В них стрелка крепится к специальной раме, куда намотан кабель. Такая катушка будет располагаться рядом с магнитом в тех устройствах, что обычно применяются для сетей с постоянным током. Или рядом с другой катушкой – если прибор предназначается для тока переменного типа.

Тут следует уточнить, что модель, рассчитанная для сетей с переменным характером тока, в сети постоянного работать не будет.

Но если для подключения использовать диодный мост, то осуществить необходимые измерения в сети переменного тока он сможет, но с небольшой потерей точности.

Когда электрический ток проходит через обмотку, то в ней появляется электромагнитное поле, которое осуществляет взаимодействие с магнитом либо иной обмоткой, и происходит поворот рамки. Вращаться катушке, где расположена стрелка, не дает пружина. По этой причине угол поворота рамки будет соответствовать току, который через нее идет, и потенциалу на клеммах.

Для снижения стрелочных колебаний в устройстве присутствует электромагнитный демпфер.

Он может быть поршневым, выполненным из цилиндра и поршня, или сделанным из алюминиевой пластины. Чтобы увеличить точность показаний, стрелка имеет специальные противовесы, что сводят к нулю влияние силы тяжести. Да и сама система делается из такого типа стали, как легированная, чтобы уменьшает ее износ.

Чувствительный элемент в электронных аналогах – электронная плата, что осуществляет трансформацию входящего сигнала в приборные показания. Работать это устройство может либо от напряжения, которое измеряется, либо от батареек или внешнего питания. Сами по себе электронные вольтметры делятся на 2 категории:

В устройствах, относящихся к первой категории, присутствует преобразователь входящего сигнала в угол стрелочного поворота, который показывает величину исследуемого напряжения, что отображается на шкале. Минусом таких устройств будет необходимость пересчета показаний шкалы в случае смены измерительного предела.

Цифровой вольтметр оснащен соответствующим дисплеем, а также преобразователем, благодаря которым сигнал приобретает цифровой вид. Если устройство подключается в сеть, где присутствует постоянный ток, на табло можно увидеть полярность подключения. Отличительными чертами такого прибора будет компактность, а также точность. Правда, последний момент будет зависеть от модели встроенного контроллера.

Общие рекомендации по подключению

Теперь приведем небольшие рекомендации, как правильно подключить вольтметр, чтобы он показал максимально точные данные. Первый момент состоит в том, что подключение прибора в электроцепь нельзя осуществлять последовательно, иначе он поломается из-за снижения тока. Подключение должно осуществляться лишь параллельно, ведь это не влияет на течение тока. И сопротивление должно быть большим.

Многие очень часто путают вольтметр с амперметром, в котором все будет наоборот.

Схема подключения прибора будет выглядеть так, что для замера напряжения, которое присутствует в цепи между 2 точками, он подсоединяется так, чтобы включение было расположено напротив источника питания. Устройство влияния на ток не оказывает по причине того, что пропускает его через себя. Поэтому его сопротивление так велико.

Для расширения диапазона замеров можно подсоединить к обмотке устройства дополнительный резистор.

Тогда на измеритель пойдет лишь часть тока, что будет пропорциональна сопротивлению прибора. Если нам известно сопротивление резистора у вольтметра, то можно будет определить показатель напряжения.

Сам резистор устанавливается внутрь вольтметра и одновременно используется с целью снижения влияния различных факторов на результаты измерений. Поэтому он делается из материала, который имеет максимально низкий температурный коэффициент. Его сопротивление будет меньше, чем в катушке, из-за чего общее сопротивление не будет зависеть от температурного режима.

Постоянное напряжение

Если говорить о напряжении постоянного типа, то для замера показателей электрической цепи следует иметь так называемый постоянный тококомпенсатор. Хотя более простым решением будет использование обычного цифрового устройства. Чтобы измерить значения, начинающиеся от десятков милливольт и заканчивающиеся сотнями вольт, применяют такие устройства:

• электродинамические;
• электромагнитные;
• магнитоэлектрические.

При таком типе измерений можно использовать и добавочные сопротивления.

Если осуществляется измерение такого типа напряжения в несколько киловольт, то обычно используются вольтметры электростатического типа. Реже – другие типы устройств, что подключаются через делитель.

Переменный ток

Чтобы правильно замерить характеристики переменного тока рассматриваемым устройством, нужно иметь так называемый измерительный трансформатор. Он используется для осуществления подобных замеров и повышения безопасности людей за счет того, что позволяет получить гальваническую развязку от цепи высокого напряжения. Кстати, этот способ будет единственно правильным вообще, ведь по технике безопасности запрещено проводить измерения без таких трансформаторов.

Использование подобных трансформаторов даст возможность увеличить пределы измерения устройств, то есть можно замерять большие напряжения и токи посредством низковольтных и слаботочных приборов. Если измеряется переменный ток до значений в единицы вольт, то применяют:

• цифровые вольтметры;
• выпрямительные;
• аналоговые.

Если до сотен вольт – электродинамические, выпрямительные и электромагнитные. Если же до нескольких десятков мегагерц, то измерения нужно проводить электростатическими и термоэлектрическими вольтметрами.

Установка на усилитель

Установка вольтметра на усилитель в машине осуществляется сравнительно легко. Для ее осуществления потребуются следующие элементы:

Сначала в корпусе, где располагается кармашек над магнитолой, необходимо просверлить отверстие с диаметром где-то 1,6 миллиметра, куда следует установить соответствующий разъем с подключенным к нему проводом.

Теперь необходимо пропустить провод до самого багажника, попутно прикрепляя его при помощи изоленты к кабелю питания самого усилителя, и закрепить на усилительных клеммах. REM-кабель, что осуществляет управление магнитолой, а также усилитель подключаются к вольтметру, чтобы он включался одновременно с ними. Именно благодаря этому можно будет видеть точное напряжение на усилительных клеммах, когда в этом есть необходимость.

Данная система очень проста в эксплуатации, а затраты, которые необходимы для ее создания, очень малы.

Как подключается к аккумулятору?

Для успешного контроля состояния заряда аккумулятора автомобиля необходимо знать, как можно подключить вольтметр и осуществить правильную расшифровку его измерений. Со времени появления автомобилей, где за контроль над системами отвечает бортовой компьютер, необходимость в отдельном устройстве отпала. Но такие машины может позволить себе не каждый. Да и не везде в таких машинах реализована функция наблюдения за состоянием заряда аккумулятора. А в зимнее время — это будет крайне важно.

Максимально соответствующие реальности показания будут давать устройства, которые подключены непосредственно в приборную панель. И хоть установить их бывает сложновато, это окупит себя с лихвой, когда вы будете знать все о зарядке аккумулятора вашего автомобиля.

Большинство устройств, которые сегодня можно найти на рынке, для подключения в автомобиль имеют 2 или 3 провода для подключения к сети. В последнее время появились и 4-контактные модели. Но, как правило, большинство имеет три провода, так что остановимся на рассмотрении маркировки именно 3-проводных моделей:

• провод красного цвета будет означать плюс;
• черный – минус;
• белый будет отвечать за отключение и включение прибора, а также за управление яркостью подсветки.

Иногда случается так, что прибор светит очень тускло или вообще не работает. Причиной этого является чуть другая маркировка кабелей. В таком случае белый провод будет минусом, а черный – управлять прибором. Датчик напряжения ставится на место, где обычно располагаются часы, но в ряде случаев бывает так, что свободного места нет на приборной панели, поэтому приходится делать специальное отверстие.

Говоря непосредственно о подключении, скажем, что схем существует большое количество.

Но мы рассмотрим, как это осуществить на примере вольтметра, что оснащен импульсным стабилизатором. Корпус устройства может иметь поверхность рельефного типа. То есть речь о том, что рамка вокруг дисплея будет выступать над поверхностью автомобильной панели. Из-за этого вольтметр не будет проваливаться внутрь и станет скрывать неровности краев самодельного отверстия.

Обычно подключение вольтметра производится посредством трех контактов, что располагаются на корпусе датчика. Тогда для этого еще понадобится четырехжильный кабель от обычного компьютерного дисковода. Широкий разъем IDE-формата отрезается, а остальные провода прикрепляются при помощи пайки к контактам проводки автомобиля. Четырехпиновый контакт обеспечивает отличное соединение и, если в этом есть необходимость, позволяет быстро и без каких-либо серьезных усилий и временных затрат осуществить замену вольтметра, если он вышел из строя.

Вне зависимости от того, какое вольтметр имеет строение, перед его установкой в автомобиль, следует детально изучить схему проводки, а также внимательно прочитать инструкцию, что идет в комплекте с устройством.

В следующем видео вы узнаете, как установить вольтметр в автомобиль.