Вольтметр что это такое в физике
Вольтметр.
Вольтметры, как и любые электрические приборы должны регулярно проверяться на соответствие техническим характеристикам, ремонтироваться и обслуживаться.
Определение технических характеристик вольтметра, виды вольтметров.
Чтобы определить технические характеристики вольтметра учитываются следующие показатели:
Стандартный вольтметр может измерять напряжение от милливольт до тысячи вольт. Но могут использоваться и специальные вольтметры.
Существуют миливольтметры и микровольтметры, которые могут измерить самые маленькие значения напряжения, но сохраняют высокую точность- до миллионных частей вольта. А есть киловольтметры- приборы, для измерения очень высокого напряжения, до 1000 вольт.
Чтобы работать с такими приборами нужны специальные навыки и опыт, допуск к эксплуатации электрических установок с напряжением более 1000 вольт. Это необходимо для избежания поломок приборов, работая с милли- и микровольтметрами или травм при работе с киловольтметрами.
Точность измерения (погрешность). С помощью этого параметра можно установить возможные отличия данных прибора от действующего напряжения в сети.
Вольтметры и их классификация.
Классификация вольтметров зависит от их конструкции, области применения, других параметров. Вольтметры подразделяются по следующим принципам:
Вольтметры электромеханического типа.
Большая чувствительность, а значит и точность имеется у магнитоэлектрических вольтметров. Данные приборы используются чаще в лабораториях. Самыми распространенными вольтметрами являются электромагнитные.
Вольтметры электронного типа.
Электронные вольтметры подразделяют на аналоговые и цифровые. В аналоговых приборах есть шкала и стрелка, которая показывает величину напряжения, отдаляясь от нуля. Такие приборы работают следующим образом: входное переменное напряжение переводится в постоянное, увеличивается и направляется на детектор. После этого выходной сигнал и приводит к отклонению стрелки. Чем сильнее отклоняется стрелка, тем сильнее входное напряжение.
В цифровых вольтметрах показания о значении напряжения выносятся на электронное табло.
Благодаря схеме универсальных вольтметров можно определять и постоянное и переменное напряжение, в зависимости от установленных переключателей режимов работы и их положения.
Вольтметры цифрового типа.
Измерения цифровыми вольтметрами будут точнее, чем аналоговыми. Измерение осуществляется путем превращения аналогового входного напряжения в цифровой код, который направится на цифровое отсчетное устройство, а затем трансформирует полученный двоичный код в десятичную цифру, которая появится на табло.
Корректность измерения напряжения обусловлена дискретностью входящего в состав прибора аналого-цифрового преобразователя.
Установление типа вольтметра по названию.
Техника безопасности при использовании вольтметров.
Требования соблюдения техники безопасности являются одинаковыми для всех электрических приборов. Во время измерения напряжения важно правильно поставить на приборе тип измеряемого напряжения. Если неверно установить постоянное напряжение, то при подключении к цепи с имеющимся там переменным напряжением, этот прибор может сломаться. Чтобы не ошибиться, нужно знать следующее.
220 В. Перед самими измерениями необходимо определить диапазон измерения, это очень важно. Например, если нужно исследовать наличие напряжение +27 В, то нужно установить: постоянное напряжение, пределы измерения больше измеряемого напряжения.
Если показатель напряжения в цепи неизвестен, то установите максимально возможный предел измерения. После потихоньку уменьшайте до появления показаний. Если сделать наоборот, то прибор выйдет из строя вследствие перенапряжения.
Что измеряет и показывает вольтметр
Такой прибор, как вольтметр, знаком каждому еще со времен изучения физики, а точнее — электродинамики. Если знать, что измеряет вольтметр, можно применять его с пользой. Главное — помнить, что подключать в сеть его нужно параллельно, иначе показания будут неточными. При работе важно соблюдать меры предосторожности, так как электрический ток любого напряжения представляет опасность для жизни.
Подробнее о приборе
Вольтметр предназначен для измерения напряжения тока в электрической цепи. Название его происходит от традиционного для измерительных приборов слова «метр» и от единицы измерения напряжения — «Вольт». Достаточно включить такой прибор в сеть, и он начнет показывать значение напряжения.
Конечно, без погрешностей не обходится, но они незначительны. Для того чтобы показания прибора были идеальными, он должен иметь бесконечное внутреннее сопротивление, в противном случае неизбежно его влияние на ту цепь, к которой он подключен. Разумеется, такое сопротивление быть не может: идеальных вольтметров не бывает, но при их производстве делается все возможное, чтобы повысить внутреннее сопротивление.
Что такое напряжение
Чтобы точно понять, как работает и что показывает вольтметр, необходимо знать, что собой представляет объект его измерения. Важно понимать, что такое напряжение и от чего зависит его величина.
Как известно, из школьного курса физики, величина вычисляется по формуле U=IR, где:
Чтобы определить напряжение в сети, нужно умножить силу тока на сопротивление. Причем предварительно, следует узнать, чему равны две последние величины. Например, если сила тока равна 5 Ампер, а сопротивление на участке — 2 Ом, то напряжение составит 10 Вольт.
Впрочем, приведенная выше формула, хоть и максимально проста, но все же не дает представления о том, что же такое напряжение и зачем его вообще нужно измерять. Ведь это лишь цифры, не более. Сам ток, к сожалению, не виден, как, впрочем, не видны и заряженные микроскопические частицы.
Для простоты понимания можно сравнить электрический ток в проводнике с предметами, которые часто нами наблюдаются в обыденной жизни. В частности, здесь поможет сравнение с движением воды в реках и водопадах: то есть ее течением с высокого уровня на низкий. Здесь напряжение соответствует высоте: разности уровней. Иными словами напряжение в электросети — это то же самое, что напор воды в реке. Если напряжения в сети нет, то нет и тока. Также не будет и течения в том водоеме, где уровень воды всюду одинаков, например, в пруду или в озере.
На шкале прибора обычно ставят букву «V». Это делается для того, чтобы его проще можно было отличить от других электроизмерительных приборов, например, от амперметра, который показывает силу тока. Дело в том, что эти приборы внешне очень похожи друг на друга.
Диапазон вольтметра может быть различным. Те приборы, которые предназначены для включения в слабую электрическую сеть, максимум могут показать 5 Вольт. Бывают приборы и с большим диапазоном, например, в 10 или в 25 Вольт. Более мощные устройства способны показывать и тысячу Вольт. Разумеется, все зависит от предназначения вольтметра.
Разновидности вольтметров
Есть несколько видов вольтметров. В первую очередь устройства вольтметров подразделяются на две основные разновидности:
Выделяется также несколько видов вольтметров по принципу действия. Среди них есть множество электромеханических и пара электронных. Последние, в свою очередь, могут быть цифровыми и аналоговыми. Значение напряжения может указываться движущейся стрелкой или меняющимися электронными цифрами на дисплее.
Также вольтметры классифицируются по назначению. Среди них выделяются приборы, предназначенные для измерения постоянного тока или переменного.
Кроме того, устройства могут быть импульсными, фазочувствительными, универсальными.
Технические характеристики
Характеристики вольтметра зависят от его предназначения. Например, прибор, который измеряет напряжение постоянного тока, может обладать двумя, тремя или большим количеством диапазонов. Их число как раз и является одной из важнейших технических характеристик.
При выборе вольтметра нужно:
Принцип работы
Как уже говорилось выше, по принципу действия вольтметры подразделяются на две разновидности — электромеханические и электронные. Строение первых представляет собой магнитную систему, которая способна реагировать на электрическое поле. Главный недостаток таких приборов состоит в том, что они, будучи подключенными к сети, способны сами на нее влиять, и поэтому их показания зачастую являются неточными.
Электронные же приборы, которые сегодня, в эпоху цифровых технологий становятся все популярнее, могут преобразовывать аналоговый сигнал в цифровой. Такие приборы недороги и очень удобны в использовании.
При подключении устройства в сеть важно соблюдать основное правило: его зажимы должны подсоединяться к тем точкам цепи, между которыми определяется напряжение. Такое подключение называется параллельным. Это требование нужно соблюдать обязательно, иначе устройство может просто-напросто перегореть.
Меры безопасности
Нужно быть очень осторожным, измеряя напряжение в сети посредством этого электроизмерительного прибора. Ни в коем случае нельзя прикасаться к прибору голыми руками. Избежать несчастного случая помогут перчатки из непроводящего ток материала, например, из резины.
Нельзя прикасаться к оголенным проводам, даже если уже известно, что напряжение в них не очень велико, например, Вольт или еще меньше.
Что необходимо знать о вольтметре — основные сведения
Что такое вольтметр и его назначение
Вольтметр — это электроизмерительный прибор, который используется для измерения ЭДС в электрических цепях или напряжения.
Единица измерения — вольт.
Предельное напряжение, измеряемое вольтметром, имеют приблизительное значение.
Считается, что вольтметр изобрел физик Майкл Фарадей в 1830 году.
Для того чтобы работать с вольтметром, его необходимо присоединить к участку замкнутой электрической цепи с помощью зажимов, параллельно источнику электрической энергии или нагрузке.
По назначению вольтметры делятся следующим образом:
Вольтметры постоянного напряжения применяются в сетях с постоянным током и обычно используются для проверки оборудования или проводки.
Вольтметры переменного напряжения применяются в сетях с переменным током. Фактически, прибор похож на вольтметр постоянного напряжения, но при этом он имеет систему для преобразования параметров электричества. Прибор преобразовывает параметры из переменных в постоянные, на выходе проводится усиление сигнала.
Импульсные вольтметры предназначены для снятия показателей коротких импульсных напряжений, чтобы найти импульсные помехи. Такие приборы применяют при тестировании электропроводки автомобилей, микросхем.
Фазовые вольтметры предназначены для снятия измерений квадратурных составляющих первой гармоники. Данные приборы практически не востребованы из-за ненадобности. (Например, однофазный вольтметр — его используют для фиксации напряжения).
Селективные вольтметры могут выделять гармонические составляющие сложных сигналов. Конструкция такого прибора имеет схожую конструкцию с радиоприемниками, которые ловят частоты сигналов.
Универсальные вольтметры являются многофункциональными, их используют для снятия показателей напряжения в любых электрических сетях.
Вольтметр постоянного тока имеет знаки полярности. Необходимо подключить клемму полюса вольтметра к верхней точке потенциала, а клемму полюса минуса к нижней точке потенциала.
Если вольтметр разомкнуть, то он будет показывать значение ЭДС, если замкнуть, то прибор показывает падение напряжения на внешнем сопротивлении.
Через идеальный вольтметр не будет течь ток, так как он имеет бесконечно большое внутреннее сопротивление.
Устройство и принцип работы
Самый простейший вольтметр, как и амперметр, состоит из трех блоков: электромеханического преобразователя (ЭЛМП), измерительного механизма (ИМ) и стрелочного механизма (СМ).
Электромеханический преобразователь предназначен для преобразования энергии магнитного поля в механическую энергию.
Измерительный механизм состоит из неподвижных и подвижных частей. Сила тока, действуя на данный механизм, создает вращательный момент, который воздействует на подвижную часть. Этот механизм отклоняется на угол, равный электрическим силам и силам механики. Эти силы пропорциональны. Данные передаются стрелочному механизму, показывающему количество вольт в цифрах.
Вольтметр также может содержать усилители. В таком случае прибор будет называться электронным. Данный прибор отличается тем, что входное устройство помогает поддерживать высокое сопротивление (Ом) вольтметра и увеличивать предел измерений в большую сторону. Далее следует усилитель постоянного тока, увеличивающий значение сигнала до тех величин, которые необходимы для точных измерений.
Перед нами схема вольтметра. Чтобы измерить напряжение, нам нужно включить источник, подключить туда ключ (для замыкания или размыкания) цепи и провести эксперимент с помощью рейки.
Рейка — измерительное устройство, используемое при нивелировании.
Особенности и технические характеристики
На схемах сети вольтметры обозначаются латинской буквой «V», вписанной в окружность. На русских схемах обозначение может быть буквой «В». Также в обозначении может присутствовать цифра после буквы, которая характеризует тип и специфику использования устройства. Выглядит это так:
У всех вольтметров есть общие критерии по характеристикам:
Некоторые характеристики вольтметра можно узнать с помощью шкалы стрелочного вольтметра.
Классификация и свойства вольтметров
Классификация у вольтметров разная. Она делится:
По принципу действия вольтметры бывают электромеханические (электромагнитные, магнитоэлектрические, электростатические, электродинамические, термоэлектрические) и электронные (аналоговые и цифровые).
По назначению, как писалось выше, вольтметры разделяются на приборы для измерения постоянного тока, переменного тока, импульсные, фазовые, селективные и универсальные.
По конструкции вольтметры бывают щитовыми, переносными и стационарными.
Нормальная работа вольтметра возможна при температуре воздуха не превышающая 25–30 °C при атмосферном давлении 630–800 мм ртутного столба с относительной влажностью воздуха до 80%. Частота питающей цепи должна быть 50 Гц и с напряжением 200 В (частотой до 400 Гц).
Вольтметр. Назначение, устройство, как пользоваться и подключать вольтметр, принцип работы
Вольтметр — это электроизмерительный прибор, который предназначен для измерения электрического напряжения на полюсах источника тока или на каком-нибудь участке электрической цепи. Эта величина задается в единицах, называемых вольтами, отсюда и название прибора — «Вольтметр». На практике значения электрического напряжения измеряются в различных диапазонах, от микровольт (мкВ) до мегавольт (МВ).
Эти приборы доступны в продаже, как в аналоговом, так и в цифровом исполнении.
Многие вольтметры по внешнему виду очень похожи на амперметры. Для отличия вольтметра от других электроизмерительных приборов на его шкале ставят букву V. На схемах вольтметр изображают кружком с буквой V внутри (см. рисунок 1).
Рисунок 1. Электрическая схема с вольтметром
Как подключать вольтметр и производить измерения?
Вольтметры всегда должны быть подключены параллельно с электрическим устройством или элементом, на котором измеряется электрическое напряжение (рисунок 2).
Рис. 2. Способ измерения электрического напряжения на концах элемента R
Ключевая мысль состоит в том, что зажимы вольтметра присоединяют к тем точкам электрической цепи, между которыми надо измерить электрическое напряжение.
Однако следует помнить, что при таком соединении часть тока IV будет протекать через вольтметр, а не через проверяемый элемент R. Таким образом, мы имеем дело с ситуацией, когда действие измерения физической величины изменяет значение этой величины. Это не единственный подобный пример в физике.
Как видно из предыдущих рассуждений, для измерения истинного значения электрического напряжения на концах элемент цепи, нам понадобится вольтметр с бесконечным сопротивлением. Тогда через измерительный прибор не будет протекать электрический ток, поэтому измерения будут неискаженными. На практике бесконечное электрическое сопротивление в вольтметре реализовать невозможно. Тем не менее, в настоящее время продаются вольтметры с чрезвычайно высоким внутренним сопротивлением, превышающим 100 ТОМ.
Стоит отметить, что считанное значение напряжения всегда меньше истинного значения. Это пример систематической ошибки измерения.
Истинное значение напряжения на концах элемента R на рис. 2, согласно закона Ома для участка электрической цепи, составляет: U = I*R
После простых преобразований получаем, что реальное значение электрического напряжения на концах проверяемого элемента цепи R имеет значение: U = UV * (1 + R/RV )
Эта формула подтверждает наше предыдущее утверждение о том, что идеальный вольтметр должен иметь бесконечное внутреннее сопротивление. Поскольку коэффициент сопротивления в этой формуле стремится к бесконечности, измеренное значение UV стремится к истинному значению U. Поскольку в реальности не существует прибора, удовлетворяющего этому идеальному условию, при проведении измерений необходимо выбирать вольтметр таким образом, чтобы величина вносимой им ошибки находилась в пределах предполагаемой погрешности измерений.
Вывод: Чем выше внутреннее сопротивление вольтметра, тем меньше погрешность измерения; поэтому вольтметры всегда имеют очень высокое электрическое сопротивление.
Как и у амперметра, у одного зажима вольтметра ставят знак «+«. Этот зажим необходимо обязательно соединять с проводом, идущим от положительного полюса источника тока. Иначе стрелка прибора будет отклоняться в обратную сторону. А отрицательный зажим, соответственно, соединяют с проводом, идущим от отрицательного полюса источника тока.
Расширение диапазона измерений.
У аналоговых вольтметров диапазон измерения в принципе ограничен концом шкалы; если на измерительный прибор подается более высокое напряжение, то, с одной стороны, стрелка прибора не может отклониться дальше, а с другой стороны, даже сам прибор может быть поврежден (выйти из строя). Чтобы расширить диапазон измерений в большую сторону, необходимо использовать подходящую электрическую схему, обеспечивающую подачу на вольтметр только части измеряемого напряжения.
Этого можно достичь, объединив вольтметр с последовательно подключенным резистором (эти резисторы ещё называют — «добавочными резисторами»). Например, если вольтметр с диапазоном измерения 50 мВ имеет внутреннее сопротивление 100 Ом, то последовательный резистор со значением 900 Ом вызывает падение напряжения на вольтметре только на 1/10. Таким образом, диапазон измерений увеличивается в 10 раз, поэтому вольтметры теперь могут измерять напряжение до 500 мВ.
Верхние пределы расширения диапазона измерения практически отсутствуют. Если последовательный резистор в вышеприведенном примере имеет значение 99 900 Ом, то общее сопротивление равно 100 000 Ом, и на вольтметре падает только 1/1000 от приложенного напряжения. Соответственно, можно измерить в 1000 раз большее напряжение, т.е. максимум 50 В.
Более наглядно посмотреть, как подключаются добавочные резисторы в электрическую цепь вы можете видеть на рисунке 3 ниже.
после преобразований получаем, что сопротивление добавочного сопротивления должно иметь значение:
Мы также можем уменьшить диапазон измерения вольтметра. Для этого мы используем делители напряжения как на рис. 4.
Рис. 4. Делитель напряжения для уменьшения диапазона измерения вольтметра с UV до U1
При использовании цифровых измерительных приборов, измерение выполняется электронным способом и отображается на дисплее в цифровом виде. Однако проблема погрешности измерений и принцип расширения диапазона измерений идентичны для аналоговых и цифровых измерительных приборов.
Как работает вольтметр?
Существует два типа вольтметров: аналоговые, показывающие значение путем наклона стрелки механического прибора, и все чаще используемые в настоящее время цифровые, оснащенные сложными электронными схемами.
Существует, однако, тип аналогового вольтметра, принцип действия которого не основан на принципе работы амперметра. Это электростатический вольтметр. На практике это конденсатор с одной неподвижной обкладкой и другой подвижной. Электрическое взаимодействие обкладок вызывает перемещение указателя, прикрепленного к движущейся части. С помощью такого вольтметра можно можно измерять даже очень высокие электрические напряжения, а значение его внутреннего сопротивление почти бесконечно.
Устройство
Рассмотрим устройство электростатического и электромагнитного вольтметра и способ их подключения к схеме.
На рисунке 5 показана конструкция электростатического вольтметра (слева) и электромагнитного вольтметра (справа) и как они соединены в электрическую цепь. Подвижные части вольтметров отмечены красным цветом.
Различные элементы вольтметров показаны цифрами.
Рисунок 5. Устройство вольтметров (электростатического — слева, электромагнитного — справа)
На рисунке 5 обозначено:
Вольтметр
Полезное
Смотреть что такое «Вольтметр» в других словарях:
вольтметр — вольтметр … Орфографический словарь-справочник
вольтметр — сущ., кол во синонимов: 13 • ампервольтваттметр (4) • вольтамперметр (6) • … Словарь синонимов
вольтметр — а, м. voltmètre, voltamètre. Вольтаметр. Электроизмерительный прибор для измерения напряжения между двумя точками электрической цепи. СИС 1954. См. Вольтаметр. Лекс. Брокг.: вольтметр; САН 1891: вольтме/тр … Исторический словарь галлицизмов русского языка
ВОЛЬТМЕТР — ВОЛЬТМЕТР, прибор для измерения электродвижущей силы или электрического напряжения в вольтах (В). В электрическую цепь включается параллельно нагрузке. Шкалу вольтметра часто градуируют в кратных и дольных единицах от Вольта (мкВ, мВ, кВ) … Современная энциклопедия
ВОЛЬТМЕТР — прибор для измерения электродвижущей силы или напряжения (в мкВ, мВ, В, кВ) в электрических цепях; включается параллельно нагрузке … Большой Энциклопедический словарь
ВОЛЬТМЕТР — ВОЛЬТМЕТР, прибор для измерения напряжения (РАЗНОСТИ ПОТЕНЦИАЛОВ) между двумя точками электрической схемы. Вольтметры должны подключаться параллельно элементам, напряжение на которых нужно измерить. Имеет высокое внутреннее СОПРОТИВЛЕНИЕ (по… … Научно-технический энциклопедический словарь
ВОЛЬТМЕТР — ВОЛЬТМЕТР, вольтметра, муж. (физ.). Прибор для определения электрического напряжения, вольтажа. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
ВОЛЬТМЕТР — ВОЛЬТМЕТР, а, муж. Прибор для измерения электродвижущей силы и напряжения в электрической цепи. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
ВОЛЬТМЕТР — (от вольт и греч. metreo измеряю), прибор для измерения напряжения в электрич. цепях. В. включается параллельно участку цепи, на к ром измеряется напряжение. Для уменьшения влияния включённого В. на режим цепи он должен обладать большим входным… … Физическая энциклопедия
ВОЛЬТМЕТР — (Voltmeter) прибор для измерения электрического напряжения. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 … Морской словарь
ВОЛЬТМЕТР — прибор для измерения электр. напряжения. По принципу действия В. распространенных типов аналогичны амперметрам и отличаются от них: а) величиной электр. сопротивления катушек (в В. они имеют большое сопротивление, а в амперметрах малое; В.,… … Технический железнодорожный словарь