măsurarea

Voltmetrul este un instrument utilizat pentru măsurarea diferenței de potențial în două puncte diferite din circuitul electric. Tensiunea este cauza mișcării direcționate a electronilor. Unitatea de măsurare a tensiunii este un volt numit după omul de știință italian Alexandro Volta. Prin definiție, un volt este tensiunea pe o secțiune a circuitului electric în care un curent de un amper curge și disipă puterea unui watt. Conform dispozitivului lor, voltmetrele pot fi electromecanice și electronice - analogice și digitale. La rândul lor, electromecanicele sunt împărțite în magnetoelectrice, electromagnetice, electrodinamice, electrostatice, termoelectrice, compensatoare de diode etc.

Voltmetru indicator cu scară simetrică pentru montare într-o consolă.

Electronicul poate fi analog și digital. În funcție de locul în care se efectuează măsurarea, voltmetrele sunt staționare, montate în panouri de control sau portabile, pentru a măsura diferența de potențial între doi conductori în timpul lucrului electricienilor sau în condiții de laborator. Voltmetrul, de regulă, este conectat în paralel cu sursa de alimentare,

Schema de măsurare a tensiunii prin voltmetru

spre deosebire de ampermetru, care este conectat în serie la circuit. Dacă ar trebui să realizăm cel mai simplu circuit cu un voltmetru și un ampermetru pornit în același timp, ar arăta cam așa:

Folosind un voltmetru și un ampermetru într-un circuit DC.

Voltmetrul ideal are o rezistență internă infinit de mare. Într-un voltmetru real există o relație proporțională directă între magnitudinea rezistenței sale interne și precizia acestuia, deoarece cu cât este mai mare rezistența sa intrinsecă, cu atât mai puțini factori externi afectează valoarea măsurată.

Voltmetru pentru măsurarea tensiunii alternative și constante

În funcție de natura valorii măsurate, voltmetrele sunt împărțite în: DC, AC, impuls, sensibil la fază, selectiv și universal.

Voltmetrele electromecanice au de obicei un indicator sub formă de săgeată pe o scală, deși există unele în care citirea continuă (analogică) este „simulată” de un afișaj digital. Sunt amplasate rezistențe suplimentare pentru a crește domeniul de măsurare al voltmetrului. Precizia voltmetrelor este de la câteva procente la mii de părți procentuale pentru instrumentele de laborator.

Voltmetru pentru măsurarea tensiunii într-un circuit de curent alternativ

Voltmetrele electromagnetice sunt cele mai ieftine de fabricat, cele mai fiabile și au cel mai simplu principiu de funcționare. Cea mai obișnuită aplicație a acestora este ca aparatele staționare instalate în tablouri electrice sau panouri de control în centrale electrice, centrale industriale și centrale electrice. Dezavantajul acestui tip de voltmetre este consumul personal relativ ridicat (3-6W) și inductanța ridicată a înfășurării, creând o dependență a preciziei valorii măsurate de frecvență.

Cele mai exacte (cele mai sensibile) sunt magnetoelectrice, care, totuși, pot fi utilizate doar în circuitele de curent continuu. Pentru a fi utilizat în circuitele de curent alternativ, se recurge la utilizarea lor combinată cu convertoarele termoelectrice, semiconductoare sau cu tuburi de electroni de curent continuu în curent alternativ. Astfel de voltmetre, datorită utilizării acestor traductoare, se numesc termoelectrice, redresoare sau electronice și sunt utilizate în principal în practica de laborator. Voltmetrele redresoare sunt utilizate pentru măsurători în gama de frecvență a sunetului și termoelectrice și electronice - la frecvențe înalte. Principalul dezavantaj al corectitudinii citirii acestor voltmetre este corectitudinea sinusoidului tensiunii măsurate.

Voltmetrele electronice au un dispozitiv mai complex, care utilizează o varietate de rezistențe mici și condensatoare și, în trecut, lămpi electronice. Acest lucru face ca acest tip de voltmetre să fie insuficient de stabile și fiabile, dar datorită rezistenței de intrare foarte mari, acestea sunt indispensabile atunci când se măsoară circuite radio de mică putere într-o gamă largă de frecvențe - de la 50Hz la 100 MHz cu o precizie mai mică de 3%.

Voltmetrele analogice electronice constau, pe lângă un contor magnetoelectric și rezistențe suplimentare, și dintr-un amplificator diferențial cu interferență redusă de curent continuu, derivare redusă, zgomot redus, câștig de semnal în buclă deschisă foarte mare, câștig foarte mare. rezistență la intrare. Amplificatorul de măsurare diferențial este utilizat pentru a obține o precizie de măsurare ridicată și stabilitatea soluției circuitului. Amplificatorul de măsurare este un tip de amplificator în două trepte.

Voltmetrele electronice digitale convertesc tensiunea măsurată constantă sau cu schimbare lentă într-un cod electric discret printr-un convertor analog-digital. În acest fel, valoarea măsurată este vizualizată pe ecran în formă digitală.

Voltmetru digital AC

Principiul de funcționare a voltmetrelor de compensare a diodelor constă în compararea tensiunii măsurate prin intermediul unei diode de vid cu o tensiune de referință de tip DC, care este reglabilă și a cărei sursă este voltmetrul însuși. Avantajul acestei metode este gama largă de funcționare a frecvenței tensiunii măsurate - de la 1 Hz la sute de MHz cu precizie ridicată.

Voltmetrele de impulsuri sunt utilizate pentru a măsura amplitudinea semnalelor de impuls periodice cu un factor de umplere ridicat și o amplitudine mare de impulsuri unice.

Voltmetrele selective pot diferenția armonicele individuale într-un semnal complex și le pot calcula media aritmetică.

Alte tipuri de voltmetre sunt: ​​kilovoltmetrul

milivoltmetru, pentru măsurarea tensiunilor mici mV, microvoltmetru, pentru măsurarea tensiunilor foarte mici - sub 1 mV, nanovoltmetre pentru măsurarea tensiunilor sub 1 µV.

Voltmetrele sensibile la fază (contoare vectoriale) măsoară tensiunile componente ale primei armonici de tensiune. Au două scale - una pentru componenta activă și cealaltă pentru cea reactivă. În acest fel, voltmetrele sensibile la fază fac posibilă determinarea tensiunii complexe, precum și a componentelor acesteia, asumând o anumită valoare inițială a tensiunii de referință ca zero. Aceste voltmetre sunt utilizate pentru a determina caracteristica de amplitudine-fază a amplificatoarelor, precum și pentru a determina cât de activă este o rețea. În mod standard, cosϕ trebuie să fie mai mare de 0,8 în rețelele de transport al energiei electrice pentru abonații casnici. Deteriorarea factorului de putere este cauzată de sarcini de natură reactivă, cum ar fi diverse motoare, inductoare etc. Folosind un voltmetru sensibil la fază putem măsura și compara cele două componente ale tensiunii - active și reactive.

Voltmetrele de curent continuu au polaritatea de comutare indicată pe carcasă: "+" și "-" pentru a evita erorile la pornirea lor.

Voltmetru pentru măsurarea tensiunii constante

Voltmetrele portabile moderne au un comutator de măsurare. Adesea voltmetrul este inclus în dispozitivul multimetrului, dar în scopuri de laborator, unde este necesară o precizie ridicată, poate fi și un dispozitiv autonom. Voltmetrele proiectate pentru montarea pe șină DIN sunt, de asemenea, obișnuite.

Voltmetru pentru eurorail

Măsurarea tensiunii bateriei

Să luăm în considerare cazul în care trebuie să măsurăm căderea de tensiune a unui rezistor, care face parte dintr-un circuit electronic. Deși conectăm voltmetrul paralel cu sarcina (rezistorul) dacă este mic, un curent invers va curge prin voltmetru. Voltmetrul creează o cale paralelă pentru curentul care curge prin circuitul electric, adică. apare un șunt. Astfel, o parte din curent este deviată de la circuitul electric și trece prin șunt - voltmetrul, apoi revine la circuit.

Măsurarea căderii de tensiune a rezistorului

Conform legii lui Ohm, tensiunea părții măsurate a circuitului va fi determinată de curentul care curge prin această parte a circuitului și de rezistența acestuia. Da, dar am ocolit circuitul și o parte din curent curge prin șunt. Atâta timp cât rezistența este constantă și curentul este mai mic, tensiunea se va schimba. Cu alte cuvinte, măsurăm tensiunea care s-a schimbat de când voltmetrul a fost conectat la circuit. Prin urmare, indiferent cât de precis este voltmetrul, măsurarea nu este precisă. Cum este depășită această problemă fundamentală? Cum se reduce impactul contorului asupra circuitului electric la care este conectat? După cum sa menționat mai sus, este necesar să creșteți rezistența de intrare a voltmetrului, deoarece cu cât este mai mare rezistența de intrare a dispozitivului, cu atât va curge mai puțin curent prin el și vom avea rezultate mai precise din măsurare. Voltmetrele digitale moderne au o rezistență suficient de mare și nu afectează valoarea măsurată.

Când măsurați tensiunea cu sonde de tip sondă, este important ca firul pe care îl ating să fie curățat temeinic. Nu este suficient să îndepărtați doar izolația acestuia, ci și să curățați stratul de lac care este pe el, deoarece contactul slab poate compromite și măsurarea. Este recomandat să răsuciți firul de la capătul sondelor pentru un contact mai bun și o zonă de contact mai mare.

Voltmetrele sunt un dispozitiv major de măsurare utilizat pe scară largă în viața de zi cu zi și în industrie, de multe ori ca parte a unui multimetru, voltmetrele sunt utilizate zilnic de milioane de oameni din întreaga lume. După cum am arătat în material, acestea pot fi cele mai diverse tipuri, în funcție de natura cantității măsurate, de dispozitivul lor de bază și de aplicație.