Как подключить амперметр и вольтметр: схема, способы подключения, в цепь постоянного тока

Обзор видов

Вольтметр не является многофункциональным приспособлением. Он выполняет лишь одну задачу – измерение напряжения электрической цепи. Однако на сегодняшний день было изобретено немало разновидностей вольтметров

Их классификация зависит от характеристик, которые берутся во внимание

Давайте рассмотрим основные виды и параметры, по которым они подразделяются. Наиболее важный из них – это принцип работы. В зависимости от него вольтметры бывают двух типов:

электромеханические – электромагнитные и магнитоэлектрические;
электронные – аналоговые и цифровые.

Но из-за высокой индуктивности собственных обмоток заметно страдает точность измерений. Такие приборы чаще всего встречаются на электроподстанциях.

Магнитоэлектрические, наоборот, наименее доступны и применяются в основном для лабораторных исследований. Но не будем надолго останавливаться на этих разновидностях, так как речь идет о цифровых вольтметрах, а значит, нас интересуют только электронные. Электронный аппарат имеет табло для вывода результатов. На аналоговых устройствах оно состоит из шкалы и стрелки. На цифровых – представляет собой светодиодный дисплей.

Следующий рассматриваемый параметр – это назначение. Согласно ему, электронный вольтметр разделяется на:

прибор для измерения напряжения постоянного тока;
прибор для измерения напряжения переменного тока;
универсальный прибор для измерения обоих типов напряжения, с возможностью переключения режимов;
импульсный прибор для замеров одиночных импульсов.

Вольтметры для измерения постоянного тока бывают:

выпрямительными;
квадратичными.

Для измерения напряжения переменного тока в трехфазной сети применяется трехфазный вольтметр.

Особой разновидностью электронных вольтметров являются приборы с время-импульсным преобразованием. Они фиксируют напряжения только в определенные отрезки времени. Дополнительно аппарат учитывает импульсные колебания и среднюю частоту напряжения.

Вольтметры с двойным интегрированием предназначены для работы с постоянным током. Они основываются на принципе периодического повторения, при котором исходный код в цепи возвращается автоматически.

Дополнительно вольтметры разделяются по способу установки:

стационарные;
щитовые;
переносные.

К переносным относятся, например, миниатюрный и розеточный аппараты. Последний работает от электросети, мини-вольтметр работает на батарейках. Среди владельцев автомобилей востребована современная разновидность – круглый портативный вольтметр со светодиодным табло. Он легко позволяет замерить напряжение автомобильного аккумулятора.

Отдельно можно приобрести встраиваемые приборы. Они предназначены для тех блоков питания, которые производитель не оснащает вольтметром.

Гальванометры (аналоговые счетчики)

Аналоговые счетчики располагают иглами, которые поворачиваются, чтобы отмечать на шкале цифры. Это и отличает их от цифровых приборов, выводящих цифровые символы прямо на экран. В центре большинства аналоговых приборов находится гальванометр (G). Ток проходит сквозь него и приводит к пропорциональному перемещению (отклонение иглы).

Гальванометр характеризуется сопротивлением и текущей чувствительностью. Последнее – ток, осуществляющий значительное отклонение иглы гальванометра (максимальный ток). К примеру, гальванометр, чья токовая чувствительность составляет 50 мкА достигает максимального прогиба в 50 мкА.

Если подобный прибор обладает сопротивлением в 20 Ом, то только напряжение V = IR = (50 мкА) (25 Ом) = 1.25 мВ создает полномасштабное считывание. Объединив с ним резисторы, можно рассматривать его в качестве вольтметра или амперметра.

Виды вольтметров

Существует два вида вольтметров:

Портативные или переносные вольтметры, предназначенные для проверки (тестирования) напряжения в сети. Как правило, такой прибор включается в конструкцию тестера, различаются цифровые или стрелочные приборы, кроме измерения напряжения они выполняют функцию по измерению токов нагрузки, сопротивления цепи, температуры и т. д. Если цифровые приборы отличаются точностью показаний то типы вольтметров, относящиеся к аналоговым (стрелочным) приборам, способны реагировать на малейшие отклонения параметров, не определяемых цифровым прибором.
Стационарные приборы устанавливаются на приборных панелях в электрораспределительных щитах для контроля работы оборудования, эти приборы принадлежат к электромагнитному типу.

Общие сведения о вольтметрах

Внешний вид вольтметров похож на амперметры. Их подключение осуществляется параллельно с источником электроэнергии. Для измерения напряжения используется непосредственный отсчет. Идеальный вольтметр должен обладать бесконечным внутренним сопротивлением. Чем выше это сопротивление, тем ниже воздействие вольтметра на измеряемые объекты. Это позволяет применять устройство в разных областях и получать более точные показатели.

Данные приборы в соответствии с принципом действия могут быть электромеханическими и электронными. В свою очередь, электромеханические вольтметры по конструктивным особенностям разделяются на группы электромагнитных, электродинамических и магнитоэлектрических устройств. Электронные приборы выпускаются в виде цифровых и аналоговых моделей. Они позволяют измерять переменный и постоянный ток. В зависимости от применения, данные устройства могут быть переносными, щитовыми и стационарными.

Наименования и обозначения

Все отечественные вольтметры маркируются соответствующим его характеристикам шифром. Поэтому, чтобы определить его устройство и вид, не понадобятся сопроводительные документы. Первая буква может поведать о его модификации и устройстве.

Видовые наименования

Делятся в зависимости от пределов напряжения, которое может
измеряться: от самых малых значений до тысяч Вольт. Также существует векторметр для замеров фазовых изменений.

Обозначения

Существует две системы маркировки

Одна обращает внимание на тип устройства, другая – на токовые характеристики. Если в руках находится электродинамический агрегат, то он будет промаркирован буквой “Д”. Буква “М” в начале названия укажет на магнитоэлектрический аппарат

“С” ставят на электростатические. Устройство с буквой “Ф, Щ” является отличием электронных аппаратов, “Ц” применяют для выпрямительного типа. Букву “Т” можно найти, если вольтметр термоэлектрический, а “Э” – электромагнитный

Буква “М” в начале названия укажет на магнитоэлектрический аппарат. “С” ставят на электростатические. Устройство с буквой “Ф, Щ” является отличием электронных аппаратов, “Ц” применяют для выпрямительного типа. Букву “Т” можно найти, если вольтметр термоэлектрический, а “Э” – электромагнитный.

В зависимости от измеряемого напряжения, прибору присваивается свой шифр. Начинается он с буквы “В” – вольтметр. После чего идёт цифра. Например, 2 – это устройства для постоянного тока, цифрой 3 отмечают специализирующиеся на переменном токе, 4 – импульсные. Шифр В7 определяет универсальное устройство. В5 и В6, соответственно, для фазочувствительного и селективного устройства.

Разновидности

Помимо технических параметров, которые определяют назначение прибора и его характеристики, вольтметры обладают и физическими, а именно — разновидностями. Видов современных вольтметров большое количество. Так по принципу действия они разделяются на электромеханические и электронные. По назначению на вольтметров для постоянного, переменного, импульсного тока, универсальные и фазовые.

Наиболее часто людей интересует классификация по виду исполнения, который может быть мобильным и стационарным.

Карманный ЖК цифровой мультиметр

Стационарные

Стационарные вольтметры представляют собой устройства, которые питаются от сетей переменного напряжения. Возможно это благодаря встроенному в их корпус блоку питания. Как правило, с виду они похожи на коробку или ящик, а используются для узкоспециализированных работ, требующих повышенной точности измерений. Чаще всего это профессиональная сфера деятельности и контролирование напряжения на важных и нестабильных участках сети. Само слово «стационарный» говорит о том, что они применяются там, где нужна постоянная слежка и изменение данных.

Стационарный стрелочный вольтметр

Мобильные

Их еще называют переносными, хотя стационарный прибор иногда перенести также не составляет труда. Мобильный же вольтметр компактный и способен поместиться практически везде. Их относят к классу полупрофессиональных и любительских, потому что работают они от батареек или аккумуляторов и обладают сравнительно меньшими точностями и большими погрешностями. Выглядят они как плоские коробочки, «обитые» пластиком или резиной и имеющие эргономические формы. Чтобы они были еще удобнее, их оснащают съемными щупами для определения амплитудных колебаний сигналов.

Вам это будет интересно Установка и сборка электрического щитка

Важно! Как правило, мобильные вольтметры включаются в состав тестеров и мультиметров. Мобильные цифровые вольтметры способны очень точно определить показания, в то время как портативные аналоговые приборы — показать хорошую чувствительность, способную определить даже самые маленькие отклонения напряжения, которые не могут определить цифровые приборы

Цифровой мобильный вольтметр

Классификация

При всем своем разнообразии эти измерительные приборы можно классифицировать по нескольким параметрам. Это поможет вам выбрать нужный именно вам, если вы соберетесь его приобрести.

Итак, вольтметры можно классифицировать по:

принципу действия;
сфере применения;
конструкции;
классу точности.

По принципу работы вольтметры бывают электромеханические и электронные. Первые включают в себя простые приборы, описанные в предыдущей главе — магнитоэлектрические, электродинамические, электромагнитные, термоэлектрические, выпрямительные и электростатические. Ко вторым — приборы с цифровым и аналоговым преобразованием сигнала и выводом его на панель.

По конструкции они бывают переносные, представляющие собой устройства с «крокодильчиками» (их можно положить в сумку, а то и в карман) и стационарные, которыми пользуются в помещении. В число последних включаются также щитовые: они предназначены для постоянной установки в приборную панель.

Класс точности на измерительных приборах проставляется цифрой, и не все обращают на это внимание, а зря. Иногда точность прибора имеет принципиальное значение

Цифра, не обведенная кружком, показывает относительную погрешность измерений, и дается она в процентах. В России есть следующие классы точности приборов по относительной погрешности: 6, 4, 2,5, 1,5, 1,0, 0,5, 0,2, 0,1, 0,05, 0,02, 0,01, 0,005, 0,002, 0,001. Указанная цифра показывает, на сколько процентов могут отличаться показания прибора от истинного значения измеряемой величины

Важно, что это актуально в диапазоне работы прибора, и этот диапазон должен указываться на приборе. Он не всегда совпадает с нулевой отметкой шкалы: при значениях, близких к нулю, вероятность погрешности стремится к бесконечности

Если у прибора неравномерная шкала, то класс точности указывают цифрой, под которой стоит знак угла. Это значит, что погрешность дается в долях от длины шкалы.

Читать также: Аппарат для изготовления ключей для домофона

Обозначение в виде дроби отображает погрешность в конце шкалы и в начале.

Отличием цифровых приборов является то, что измеряемый диапазон в них регулируется; это позволяет более точно производить измерения.

Применение амперметров

Без амперметров не обойтись там, где занимаются выработкой и распределением электроэнергии. Они нужны на промышленных предприятиях, где работает большое количество станков и машин, потребляющих электричество. Замеры необходимы при возведении жилых комплексов, чтобы быть уверенными в том, что сети смогут выдержать расчетную нагрузку. Силу тока измеряют:

в электролабораториях;
на аккумуляторных производствах;
при создании точных приборов;
в автомобильной промышленности;
при строительстве энергетических объектов;
в сельском хозяйстве;
при установке электрооборудования на концертах и шоу, и так далее, и тому подобное.

Находят свое применение амперметры и в быту. У многих людей, имеющих минимальные навыки электрика, в хозяйстве найдется этот прибор, позволяющий измерить силу тока, выдаваемого автомобильным аккумулятором или домашней электросетью при подключении того или иного устройства. Это позволяет понять, является ли безопасным для проводки подключение электробытовых приборов с повышенным потреблением тока.

Индукционный механизм

Индукционный механизм (рис. 11.7) состоит из двух неподвижных магнитопроводов 1 и 2 с обмотками и подвижного алюминиевого диска 3, укрепленного на оси. Магнитные потоки Ф₁и Ф₂, создаваемые синусоидальными токами i₁, и i₂ и пронизывающие диск, смещены в пространстве. При этих условиях в диске создается вращающееся магнитное поле, под влиянием которого диск приходит во вращение.

Рис. 11.7 Конструктивное исполнение измерительного механизма индукционной системы

При этом вращающий момент относительно оси диска пропорционален частоте, произведению действующих значений токов и синусу угла сдвига фаз между токами.

Индукционные приборы на базе индукционных механизмов используют главным образом в качестве одно- и трехфазных счетчиков энергии переменного тока. По точности счетчики делятся на классы 1,0; 2,0 и 2,5.

Как определить цену деления амперметра

Разнообразие приборов создает естественные затруднения в ходе проведения измерений. Следующий пример поможет разобраться с методикой правильного определения значений на стрелочном индикаторе. В любом случае начинают с буквенного обозначения на циферблате:

«А» – это амперы, пересчет не нужен;
«mA» – миллиамперы, итоговое значение вычисляют умножением на 0,001.

Этим прибором измеряют силу тока до 4 ампер включительно. Перевод значений не нужен, потому что есть о. Чтобы узнать цену одного деления, вычитают из большего меньшее значение соседних цифр. Далее делят на количество пустых промежутков между рисками.

Справка. «РИСКА – линия (штрих), нанесённая … на шкалу измерительного прибора». Большая политехническая энциклопедия под редакцией Рязанцева, вып. 2011 г.

В приведенном примере:

В описании к прибору можно найти допустимую производителем погрешность. Эту величину, как правило, указывают в процентах.

Гальванометры в качестве вольтметров

Катушка гальванометра способена функционировать как вольтметр, когда расположена в последовательной связи с серьезным сопротивлением (R). Это значение вычисляется максимальным напряжением. Допустим, вам нужно, чтобы 10В создавало полномасштабное отклонение вольтметра, вмещающего гальванометр с 25 Ом и чувствительностью 50 мкА. Полное сопротивление:

Rполное = R + r = V/I = 10В/50мкA = 200кОм,

или

R = Rполное — R = 200кОм – 25 ОМ ≈ 200кОм (R настолько велико, что сопротивление гальванометра почти незначительное).

Заметьте, что приложенные 5В создают отклонение в половину шкалы, отправляя ток всего в 25 мкА сквозь счетчик, так как показание вольтметра располагается пропорционально. В случае с другими диапазонами, напряжение устанавливают последовательно с гальванометром.

Гальванометры в качестве вольтметров

R_полное = R + r = V/I = 10В/50мкA = 200кОм,

или

R = R_полное— R = 200кОм – 25 ОМ ≈ 200кОм (R настолько велико, что сопротивление гальванометра почти незначительное).