Робота з електричними мережами може виявитися необхідною у різних життєвих ситуаціях: ремонт автомобіля, прокладання проводки в будинку чи виробництві. Однією з величин, які часто потрібно виміряти під час проведення робіт такого характеру, є напруга. Його можна визначити за допомогою спеціального приладу під назвою вольтметр. Про принцип його роботи, пристрій, а також способи підключення і йтиметься нижче.
Пристрій та принцип дії
Якщо говорити про принцип дії, всі пристрої такого типу, що дозволяють здійснювати різні виміри в електричних мережах, бувають два види:
Перша категорія є стрілочними пристроями. Вони стрілка кріпиться до спеціальної рами, куди намотаний кабель. Така котушка розташовуватиметься поруч із магнітом у тих пристроях, що зазвичай застосовуються для мереж із постійним струмом. Або поруч із іншою котушкою – якщо прилад призначається для струму змінного типу.
Тут слід уточнити, що модель, розрахована для мереж зі змінним характером струму, в постійному мережі працювати не буде.
Але якщо для підключення використовувати діодний міст, то здійснити необхідні вимірювання в мережі змінного струму він зможе, але з невеликою втратою точності.
Коли електричний струм проходить через обмотку, то ній з'являється електромагнітне поле, яке здійснює взаємодію Космосу з магнітом чи інший обмоткою, і відбувається поворот рамки. Обертатися котушці, де розташована стрілка, не дає пружина. З цієї причини кут повороту рамки буде відповідати струму, який через неї йде, та потенціалу на клемах.
Для зниження стрілочних коливань у пристрої є електромагнітний демпфер.
Він може бути поршневим, виконаним з циліндра та поршня, або зробленим з алюмінієвої пластини. Щоб збільшити точність показань, стрілка має спеціальні противаги, що зводять нанівець вплив сили тяжіння. Та й сама система робиться з такого типу сталі, як легована, щоб зменшує її зношування.
Чутливий елемент в електронних аналогах – електронна плата, що здійснює трансформацію сигналу в приладові показання. Працювати цей пристрій може від напруги, яка вимірюється, або від батарейок або зовнішнього живлення. Самі собою електронні вольтметри діляться на 2 категорії:
У пристроях, що відносяться до першої категорії, є перетворювач вхідного сигналу в кут стрілочного повороту, який показує величину напруги, що досліджується, що відображається на шкалі. Мінусом таких пристроїв буде необхідність перерахунку показань шкали у разі зміни вимірювальної межі.
Цифровий вольтметр оснащений відповідним дисплеєм, а також перетворювачем, завдяки яким сигнал набуває цифрового вигляду. Якщо пристрій підключається до мережі, де є постійний струм, на табло можна побачити полярність підключення. Відмінними рисами такого приладу буде компактність та точність. Щоправда, останній момент залежатиме від моделі вбудованого контролера.
Загальні рекомендації щодо підключення
Тепер наведемо невеликі рекомендації як правильно підключити вольтметр, щоб він показав максимально точні дані. Перший момент у тому, що підключення приладу в електроланцюг не можна здійснювати послідовно, інакше він поламається через зниження струму. Підключення повинне здійснюватися лише паралельно, адже це не впливає протягом струму. І опір має бути більшим.
Багато хто дуже часто плутає вольтметр з амперметром, в якому все буде навпаки.
Схема підключення приладу буде виглядати так, що для вимірювання напруги, яка є в ланцюгу між 2 точками, він приєднується так, щоб увімкнення було розташоване навпроти джерела живлення. Пристрій впливу на струм не робить через те, що пропускає його через себе. Тому його опір такий великий.
Для розширення діапазону вимірювання можна підключити до обмотки пристрою додатковий резистор.
Тоді на вимірювач піде лише частина струму, що буде пропорційною опору приладу. Якщо нам відомий опір резистора у вольтметра, то можна буде визначити показник напруги.
Сам резистор встановлюється всередину вольтметра і використовується з метою зниження впливу різних факторів на результати вимірювань. Тому він виготовляється з матеріалу, який має максимально низький температурний коефіцієнт. Його опір буде меншим, ніж у котушці, через що загальний опір не залежатиме від температурного режиму.
Постійна напруга
Якщо говорити про напругу постійного типу, то для вимірювання показників електричного кола слід мати так званий постійний струмокомпенсатор. Хоча простішим рішенням буде використання звичайного цифрового пристрою. Щоб виміряти значення, що починаються від десятків мілівольт і закінчуються сотнями вольт, застосовують такі пристрої:
- електродинамічні;
- електромагнітні;
- магнітоелектричні.
При такому типі вимірювань можна використовувати додаткові опори.
Якщо здійснюється вимірювання такого типу напруги кілька кіловольт, то зазвичай використовуються вольтметри електростатичного типу. Рідше – інші типи пристроїв, що підключаються через дільник.
Змінний струм
Щоб правильно заміряти характеристики змінного струму пристроєм, що розглядається, потрібно мати так званий вимірювальний трансформатор. Він використовується для здійснення подібних вимірів та підвищення безпеки людей за рахунок того, що дозволяє отримати гальванічну розв'язку від ланцюга високої напруги. До речі, цей спосіб буде єдино правильним взагалі, адже з техніки безпеки заборонено проводити вимірювання без таких трансформаторів.
Використання подібних трансформаторів дасть можливість збільшити межі вимірювання пристроїв, тобто можна заміряти великі напруги та струми за допомогою низьковольтних та слаботочних приладів. Якщо вимірюється змінний струм до значень одиниці вольт, то застосовують:
Якщо до сотень вольт – електродинамічні, випрямні та електромагнітні. Якщо до кількох десятків мегагерц, то вимірювання потрібно проводити електростатичними і термоелектричними вольтметрами.
Установка на підсилювач
Встановлення вольтметра на підсилювач у машині здійснюється порівняно легко. Для її здійснення потрібні такі елементи:
Спочатку в корпусі, де розташовується кишенька над магнітолою, необхідно просвердлити отвір з діаметром десь 1,6 міліметра, куди слід встановити відповідний роз'єм із підключеним до нього дротом.
Тепер необхідно пропустити провід до самого багажника, принагідно прикріплюючи його за допомогою ізоленти до кабелю живлення самого підсилювача, і закріпити на підсилювальних клемах. REM-кабель, що здійснює керування магнітолою, а також підсилювач підключаються до вольтметра, щоб він включався одночасно з ними. Саме завдяки цьому можна буде бачити точну напругу на підсилювальних клемах, коли в цьому є потреба.
Ця система дуже проста в експлуатації, а витрати, які необхідні для її створення, дуже малі.
Як підключається до акумулятора?
Для успішного контролю стану заряду акумулятора автомобіля необхідно знати, як можна підключити вольтметр і здійснити правильне розшифрування його вимірювань. З часу появи автомобілів, де за контроль над системами відповідає бортовий комп'ютер, необхідність окремого пристрою відпала. Але такі машини може дозволити собі не кожен. Та й не скрізь у таких машинах реалізовано функцію спостереження за станом заряду акумулятора. А в зимовий час це буде вкрай важливо.
Максимально відповідні реальності показання даватимуть пристрої, які підключені безпосередньо до панелі приладів. І хоч встановити їх буває складно, це окупить себе з лишком, коли ви знатимете все про зарядку акумулятора вашого автомобіля.
Більшість пристроїв, які сьогодні можна знайти на ринку, для підключення до автомобіля мають 2 або 3 дроти для підключення до мережі. Останнім часом з'явилися і чотириконтактні моделі. Але, як правило, більшість має три дроти, тому зупинимося на розгляді маркування саме 3-провідних моделей:
- провід червоного кольору означатиме плюс;
- чорний – мінус;
- білий відповідатиме за відключення та включення приладу, а також за керування яскравістю підсвічування.
Іноді трапляється так, що прилад світить дуже тьмяно чи взагалі не працює. Причиною цього є трохи інше маркування кабелів. У такому разі білий провід буде мінусом, а чорний – керувати приладом. Датчик напруги ставиться на місце, де зазвичай розташовується годинник, але в ряді випадків буває так, що вільного місця немає на панелі приладів, тому доводиться робити спеціальний отвір.
Говорячи безпосередньо про підключення, скажімо, що схем існує велика кількість.
Але ми розглянемо, як це зробити на прикладі вольтметра, що оснащений імпульсним стабілізатором. Корпус пристрою може мати поверхню рельєфного типу. Тобто мова про те, що рамка довкола дисплея виступатиме над поверхнею автомобільної панелі. Через це вольтметр не провалюватиметься всередину і приховуватиме нерівності країв саморобного отвору.
Зазвичай підключення вольтметра здійснюється за допомогою трьох контактів, що розміщуються на корпусі датчика. Тоді для цього знадобиться чотирижильний кабель від звичайного комп'ютерного дисководу. Широкий роз'єм IDE-формату відрізається, а решта дротів прикріплюється за допомогою паяння до контактів проводки автомобіля. Чотирьохпіновий контакт забезпечує відмінне з'єднання і, якщо в цьому є необхідність, дозволяє швидко і без будь-яких серйозних зусиль та тимчасових витрат здійснити заміну вольтметра, якщо він вийшов з ладу.
Незалежно від того, яку вольтметр має будову, перед його встановленням в автомобіль, слід детально вивчити схему проводки, а також уважно прочитати інструкцію, що йде в комплекті з пристроєм.
Докладніше дивіться далі.
Для характеристики електричного струму в ланцюзі ми вже маємо дві фізичні величини: сила струму ($I$) і напруга ($U$).
Для виміру сили струму ми використовуємо амперметр. Отже, існує прилад для вимірювання електричної напруги.
Як називають прилад вимірювання напруги? Він називається вольтметром.
На цьому уроці ми розглянемо його застосування, правила підключення до електричного ланцюга та інші його характеристики.
Вольтметр
Вольтметр – це прилад для вимірювання напруги на полюсах джерела струму або на будь-якій іншій ділянці ланцюга.
Вольтметри на вигляд дуже схожі на амперметри. Як їх розрізняти тоді? Якщо на шкалі амперметра стоїть буква $A$, то на шкалі вольтметра обов'язково стоятиме буква $V$.
Вольтметри бувають різних видів. Це залежить від їхнього призначення. Ви найчастіше зустрічатимете або демонстраційний вольтметр (рисунок 1, а) або лабораторний (Малюнок 1, б).
Як можна здогадатися з назв приладів, демонстраційний вольтметр використовується для демонстрації дослідів, а лабораторний ви використовуватимете під час виконання лабораторних робіт.
На шкалі кожного вольтметра є найвище (максимальне) значення напруги, яке він здатний виміряти. Перевищення цієї межі може призвести до виходу пристрою з ладу.
Вольтметр в електричному ланцюзі
Вольтметр підключають в електричний ланцюг на певну ділянку, на якому необхідно виміряти напругу.
Зверніть увагу на те, що якщо амперметр, послідовно підключений в електричний ланцюг, буде показувати однакове значення сили струму на всіх ділянках ланцюга, то з вольтметром у нас зовсім інша історія. Він призначений для вимірювання напруги на певній ділянці ланцюга.
Для позначення на схемах електричних ланцюгів вольтметр має свій умовний знак (рисунок 2). Виглядає він, як гурток із буквою $V$ посередині.
Правила підключення вольтметра до електричного ланцюга
- Затискачі вольтметра потрібно приєднувати до тих точок ланцюга, між якими треба виміряти напругу. Таке підключення називається паралельним (Малюнок 3).
Детальніше про особливості паралельного підключення приладів ви дізнаєтесь у наступні уроки.
- В одного із затискачів вольтметра стоїть знак “+”. Провід, підключений до цього затискача, необхідно з'єднувати з проводом, що йде від позитивного полюса джерела струму (рисунок 4). Якщо підключити прилад неправильно, стрілка вольтметра просто почне відхилятися в інший бік.
Вимірювання напруги вольтметром в електроприладі
Використовуючи наведені вище правила, давайте спробуємо на практичному досвіді виміряти напругу.
Допустимо, його необхідно виміряти на електричній лампі. Зберемо електричний ланцюг, що складається з ключа, електричної лампи, джерела струму. Підключимо послідовно в цей ланцюг амперметр. Вольтметр приєднуємо паралельно до затискачів лампи (рисунок 5).
Схема такого електричного ланцюга буде виглядати так (рисунок 6).
Зверніть увагу, що амперметр тут ми вимірюємо силу струму в електричній лампі. Вольтметром ми вимірюємо її напругу.
Амперметр підключається послідовно, а вольтметр – паралельно.
А якою має бути сила струму, що проходить через вольтметр, у порівнянні з силою струму в ланцюзі? Чи відрізняється вона від сили струму у всьому ланцюзі?
Так, відрізняється. Вольтметр влаштований таким чином, що сила струму, що проходить через нього, вкрай мала порівняно з силою струму в електричному ланцюзі. Це дозволяє виключити зміну напруги між точками, до яких приєднаний вольтметр. Це і сприяє отриманню більш точних значень напруги.
Вимірювання напруги вольтметром на полюсах джерела струму
Як за допомогою вольтметра виміряти напругу на полюсах джерела струму?
Щоб дізнатися про напругу на полюсах джерела струму, ми можемо підключити вольтметр безпосередньо до нього (рисунок 7). Не забувайте дотримуватись полярності при підключенні! Амперметр включати в подібний ланцюг не можна.
Вольтметр – це прилад, призначений для вимірювання напруги в електричних ланцюгах. Правильне підключення вольтметра має важливе значення щоб одержати точних результатів вимірів. Давайте розберемося, як правильно підключити вольтметр і що потрібно знати про цей прилад.
Призначення вольтметра
Основне призначення вольтметра – це вимір напруги між двома точками електричного кола. При цьому вольтметр підключається паралельно до тієї ділянки ланцюга, напруга на якому потрібно виміряти. На відміну від амперметра, що включається послідовно, вольтметр завжди підключається паралельно.
Пристрій вольтметра
Усередині вольтметра знаходиться вимірювальний механізм, який реагує на напругу. Як такий механізм найчастіше використовується гальванометр.Принцип його дії заснований на взаємодії магнітного поля постійного магніту та магнітного поля котушки зі струмом. Сила струму в котушці пропорційна доданій напрузі. За відхиленням стрілки гальванометра судять про величину напруги.
Типи вольтметрів
Розрізняють вольтметри таких основних типів:
- Магнітоелектричні
- Електромагнітні
- Електростатичні
- Електронні (цифрові)
Сучасні цифрові вольтметри мають низку переваг, таких як висока точність, широкий діапазон вимірювань, малі габарити. Однак і традиційні аналогові прилади з рухомою стрілкою досі широко використовуються.
Основні характеристики вольтметра
При виборі вольтметра слід звернути увагу на такі основні характеристики:
- Межі вимірювання – максимальна та мінімальна напруга;
- Похибка – межі припустимої помилки показань;
- Вхідний опір – чим він вищий, тим менший вольтметр впливає на ланцюг;
- Клас точності – показник якості приладу.
Правильний вибір вольтметра за цими параметрами дозволить отримувати надійні та точні результати вимірів.
Порядок підключення вольтметра
При підключенні вольтметра потрібно дотримуватися таких основних правил:
- Вимкнути напругу в ланцюзі та розрядити конденсатори;
- Визначити точки ланцюга, між якими вимірюватиметься напруга;
- Встановити на вольтметрі межу вимірювання, що відповідає очікуваному значенню напруги;
- Підключити дроти вольтметра паралельно цим двом точкам;
- Включити напругу та зняти показання приладу.
Дотримання цих нескладних правил гарантує правильність вимірювань та захистить прилад від виходу з ладу.
Типові помилки під час підключення
Часті помилки при підключенні вольтметра:
- Підключення послідовно в ланцюг замість паралельно;
- Перевищення межі вимірів вольтметра;
- неправильна полярність підключення;
- Подача напруги перед підключенням приладу.
Внаслідок таких помилок вольтметр може бути пошкоджений. Тому дуже важливо суворо дотримуватись правил підключення вольтметра.
Підключення цифрового вольтметра
Цифрові вольтметри завойовують дедалі більшу популярність завдяки своїм перевагам. Однак принцип їх підключення такий самий, як і у аналогових приладів. Потрібно лише враховувати деякі особливості:
- Перевірити положення перемикача меж виміру;
- Переконатися у наявності чи заміні батарей живлення;
- Слідкуйте за індикатором розряду батарей.
За дотримання цих правил цифровий вольтметр працюватиме довго і точно.
Таким чином, підключення вольтметра – це відповідальна процедура, що вимагає знання принципів роботи приладу, його характеристик та правил експлуатації. При правильному підході вольтметр стане надійним помічником у проведенні електричних вимірів.
Давайте детальніше розглянемо деякі нюанси підключення вольтметра.
Вибір точок для вимірювання напруги
Щоб отримати коректні показання вольтметра, потрібно правильно вибрати точки ланцюга, між якими проводитиметься вимірювання напруги. Ці точки повинні бути безпосередньо на ділянці ланцюга, напруга на якому потрібно визначити. Наприклад, якщо потрібно знати напругу на деякому резисторі, то дроти вольтметра слід підключити паралельно до кінців саме цього резистора.
Врахування внутрішнього опору
Будь-який реальний вольтметр має внутрішній опір, який з'єднується паралельно з досліджуваним ланцюгом. Це призводить до невеликої похибки виміру. Чим вищий внутрішній опір вольтметра, тим менша похибка.Тому при виборі пристрою варто звертати увагу на цей параметр.
Особливості підключення китайського вольтметра
Нині у продажу досить багато дешевих китайських вольтметрів. Але слід розуміти, що їхня точність і якість часто залишають бажати кращого. Тому при підключенні таких приладів варто бути особливо уважним і ретельно дотримуватись усіх правил.
Зокрема, обов'язково потрібно перевірити відповідність напруги, що вимірюється, допустимим межам вольтметра. Також важливо використовувати прилад суворо за призначенням та уникати механічних пошкоджень. За дотримання цих правил і китайський вольтметр прослужить досить довго.
Підсумовуючи, відзначимо, що підключення вольтметра вимагає уваги, акуратності та дотримання нескладних правил. Це дозволить отримувати точні та надійні результати вимірювань та уникнути виходу приладу з ладу. Знання принципів роботи та основних характеристик вольтметра також необхідне для грамотного підключення.
Перевірка справності вольтметра перед підключенням
Перед тим, як підключити вольтметр до електричного ланцюга, дуже важливо переконатись у його справності. Це дозволить уникнути помилкових показань та пошкодження приладу. Для перевірки справності аналогового вольтметра достатньо включити його на мінімальну межу вимірювання та переконатися, що стрілка знаходиться у нульовому положенні. Для цифрового приладу також потрібно проконтролювати значення на дисплеї.
Послідовність дій під час підключення
Підключення вольтметра потрібно проводити в строгій послідовності для забезпечення безпеки:
- Знеструмити ланцюг;
- Вибрати точки для виміру;
- Встановити межу виміру;
- Підключити дроти приладу;
- Включити напругу;
- Зняти свідчення.
Будь-яке відхилення від цього алгоритму загрожує помилками та небезпекою для приладу та людини.
Підключення до джерел високої напруги
Якщо потрібно виміряти напругу в ланцюгах з високою напругою (сотні і тисячі вольт), слід дотримуватись додаткових запобіжних заходів:
- Використовувати спеціальний ізолюючий інструмент;
- Одягати діелектричні рукавички;
- Працювати в сухому взутті на гумовому килимку.
Це дозволить унеможливити ураження електричним струмом при підключенні вольтметра.
Періодична перевірка приладу
Будь-який вимірювальний прилад поступово втрачає точність. Тому вольтметри повинні періодично проходити перевірку. Цю процедуру виконують спеціальні метрологічні лабораторії із використанням зразкових приладів. Після успішної перевірки на вольтметр ставиться позначка або тавро.
Зберігання та транспортування вольтметра
При зберіганні та транспортуванні вольтметра також слід дотримуватися ряду правил для збереження його працездатності. Зокрема, пристрій потрібно оберігати від ударів, вологи, пилу, різких перепадів температури. Бажано зберігати вольтметр у заводській упаковці чи футлярі.