Вольтметр

Вольтметр разности – это прибор, используемый для измерения электрических потенциалов между двумя точками электрической цепи . Он подключен параллельно . Обычно он имеет высокое сопротивление , поэтому потребляет незначительный ток из цепи.

Аналоговые вольтметры перемещают указатель по шкале пропорционально измеряемому напряжению и могут быть построены из гальванометра и последовательного резистора . Измерители, использующие усилители, могут измерять крошечные напряжения в микровольтах или меньше. Цифровые вольтметры дают числовое отображение напряжения с помощью аналого-цифрового преобразователя .

Вольтметры бывают самых разных типов: некоторые из них питаются отдельно (например, от батареи), а другие питаются от самого источника измеряемого напряжения. Приборы, постоянно установленные на панели, используются для контроля генераторов или другого стационарного оборудования. Портативные приборы, обычно предназначенные для измерения тока и сопротивления (например, мультиметры), являются стандартными измерительными приборами, используемыми в электротехнических и электронных работах. Любое измерение, которое можно преобразовать в напряжение, можно отобразить на измерителе, откалиброванном соответствующим образом; например, давление, температура, расход или уровень на химическом заводе.

Аналоговые вольтметры общего назначения могут иметь точность в несколько процентов от полной шкалы и используются при напряжениях от долей вольта до нескольких тысяч вольт. Цифровые счетчики могут быть изготовлены с высокой точностью, обычно лучше 1%. Специально откалиброванные испытательные приборы имеют более высокую точность, а лабораторные приборы способны проводить измерения с точностью до нескольких частей на миллион. Частью проблемы изготовления точного вольтметра является калибровка для проверки его точности. В лабораториях ячейка Вестона используется в качестве стандартного напряжения для точных работ. Доступны прецизионные источники опорного напряжения на основе электронных схем.

Схематическое обозначение

На принципиальных схемах вольтметр обозначается буквой V в круге с двумя появляющимися линиями, обозначающими две точки измерения.

Аналоговый вольтметр

подвижной катушкой Гальванометр можно использовать в качестве вольтметра, включив резистор последовательно с с прибором. Гальванометр имеет катушку из тонкой проволоки, подвешенную в сильном магнитном поле. При подаче электрического тока взаимодействие магнитного поля катушки и неподвижного магнита создает крутящий момент, стремящийся заставить катушку вращаться. Крутящий момент пропорционален току через катушку. Катушка вращается, сжимая пружину, противодействующую вращению. Таким образом, отклонение катушки пропорционально току, который, в свою очередь, пропорционален приложенному напряжению, которое указывается стрелкой на шкале.

Одна из целей разработки прибора — как можно меньше воздействовать на цепь, поэтому для работы прибор должен потреблять минимум тока. Это достигается применением последовательно чувствительного гальванометра с большим сопротивлением, а затем весь прибор включается параллельно исследуемой цепи.

Чувствительность такого измерителя может быть выражена как «Ом на вольт» — количество сопротивлений в Омах в цепи измерителя, деленное на измеренное значение полной шкалы. Например, измеритель с чувствительностью 1000 Ом на вольт будет потреблять 1 миллиампер при полном напряжении; если бы полная шкала составляла 200 вольт, сопротивление на клеммах прибора было бы 200 000 Ом, а при полной шкале измеритель потреблял бы 1 миллиампер от проверяемой цепи. Для многодиапазонных приборов входное сопротивление меняется при переключении прибора на разные диапазоны.

Приборы с подвижной катушкой и полем постоянного магнита реагируют только на постоянный ток. Для измерения переменного напряжения требуется наличие в цепи выпрямителя , чтобы катушка отклонялась только в одном направлении. Некоторые инструменты с подвижной катушкой также имеют нулевое положение в середине шкалы, а не на одном конце; они полезны, если напряжение меняет полярность.

Вольтметры, работающие по электростатическому принципу, используют взаимное отталкивание двух заряженных пластин для отклонения указателя, прикрепленного к пружине. Счетчики этого типа потребляют незначительный ток, но чувствительны к напряжению выше 100 В и работают как с переменным, так и с постоянным током.

Усиленный вольтметр

Чувствительность и входное сопротивление вольтметра можно повысить, если ток, необходимый для отклонения стрелки измерителя, подается не от проверяемой цепи, а от усилителя и источника питания. Электронный усилитель между входом и измерителем дает два преимущества; можно использовать прочный прибор с подвижной катушкой, поскольку его чувствительность не обязательно должна быть высокой, а входное сопротивление можно сделать высоким, уменьшая ток, потребляемый из тестируемой цепи. Вольтметры с усилителем часто имеют входное сопротивление 1, 10 или 20 МОм, которое не зависит от выбранного диапазона. Когда-то популярная форма этого прибора использовала вакуумную лампу в схеме усилителя и поэтому называлась ламповым вольтметром (VTVM). Они почти всегда питались от местной сети переменного тока и поэтому не были особенно портативными. Сегодня в этих схемах используется полупроводниковый усилитель на полевых транзисторах , отсюда FET-VM, и они появляются в портативных цифровых мультиметрах , а также в настольных и лабораторных приборах. Они в значительной степени заменили мультиметры без усилителя, за исключением самых дешевых ценовых диапазонов.

Большинство VTVM и FET-VM предназначены для измерения постоянного и переменного напряжения, а также измерения сопротивления; современные FET-VM добавляют измерения тока, а часто и другие функции. Специализированной формой VTVM или FET-VM является вольтметр переменного тока. Эти приборы оптимизированы для измерения напряжения переменного тока. Они имеют гораздо более широкую полосу пропускания и лучшую чувствительность, чем типичное многофункциональное устройство.

Цифровой вольтметр

Два цифровых вольтметра. Обратите внимание на разницу в 40 микровольт между двумя измерениями , смещение 34 части на миллион.

Цифровой вольтметр (DVM) измеряет неизвестное входное напряжение путем преобразования напряжения в цифровое значение, а затем отображает напряжение в числовой форме. особого типа, Цифровые виртуальные машины обычно разрабатываются на основе аналого-цифрового преобразователя называемого интегрирующим преобразователем .

На точность измерений DVM влияет множество факторов, включая температуру, входное сопротивление и изменения напряжения питания DVM. Менее дорогие DVM часто имеют входное сопротивление порядка 10 МОм. Прецизионные цифровые вольтметры могут иметь входное сопротивление 1 ГОм или выше для более низких диапазонов напряжения (например, менее 20 В). Чтобы гарантировать, что точность цифрового цифрового вольтметра находится в пределах допусков, указанных производителем, его необходимо периодически калибровать по стандарту напряжения, такому как элемент Вестона .

Первый цифровой вольтметр был изобретен и произведен Эндрю Кеем из компании Non-Linear Systems (а позже основателем Kaypro ) в 1954 году. ^[1]

В простых вольтметрах переменного тока используется выпрямитель, подключенный к цепи измерения постоянного тока, который реагирует на среднее значение формы сигнала. Измеритель можно откалибровать для отображения среднеквадратического значения формы сигнала, предполагая фиксированное соотношение между средним значением выпрямленного сигнала и среднеквадратичным значением. Если форма сигнала значительно отличается от синусоиды, принятой при калибровке, измеритель будет неточным, хотя для простых форм сигнала показания можно скорректировать путем умножения на постоянный коэффициент. В ранних схемах «истинного среднеквадратического значения» использовался термопреобразователь, который реагировал только на среднеквадратичное значение формы сигнала. Современные инструменты рассчитывают среднеквадратичное значение, вычисляя в электронном виде квадрат входного значения, взяв среднее значение и затем вычислив квадратный корень из значения. Это позволяет проводить точные среднеквадратичные измерения для различных форм сигналов. ^[2]

См. также

Ссылки

^ Маркофф, Джон (5 сентября 2014 г.). «Эндрю Кей, пионер вычислительной техники, умер в возрасте 95 лет» . Некролог . Нью-Йорк Таймс . Проверено 7 сентября 2014 г.
^ «Что такое среднеквадратичное напряжение» . Электрика4U . 21 июня 2021 г. Проверено 23 апреля 2023 г.

Внешние ссылки

«Схемы измерения постоянного тока» Глава из книги «Уроки электрических цепей», том 1. Бесплатная электронная книга по постоянному току и серия «Уроки электрических цепей» .

[Andrew_Kay_Obituary_by_John_Markoff-1] Маркофф, Джон (5 сентября 2014 г.). «Эндрю Кей, пионер вычислительной техники, умер в возрасте 95 лет» . Некролог . Нью-Йорк Таймс . Проверено 7 сентября 2014 г.

[2] «Что такое среднеквадратичное напряжение» . Электрика4U . 21 июня 2021 г. Проверено 23 апреля 2023 г.

[1]

[2]

v т и Электрическое и электронное измерительное оборудование
Измерение	Амперметр Измеритель емкости Измеритель искажений Счетчик электроэнергии Частотомер Гальванометр LCR-метр Измеритель мощности микроволновой печи Мультиметр Мегомметр Омметр Пиковый счетчик Пиковый программный счетчик Псофометр Q-метр Рефлектометр во временной области Преобразователь времени в цифру Трансформаторный мостик с коэффициентом трансформации Тестер транзисторов Тестер для трубок Ваттметр Вольтметр волюметр
Анализ	Анализатор шины Логический анализатор Сетевой анализатор осциллограф Анализатор сигналов Анализатор спектра Монитор формы сигнала Вектороскоп Видеоскоп
Поколение	Генератор сигналов произвольной формы Генератор цифровых шаблонов Генератор функций Генератор развертки Генератор сигналов Генератор видеосигнала