Прибор для измерения напряжения. Как измерить напряжение мультиметром. Что измеряет и показывает вольтметр

Вольтметры являются измерительными приборами, которые предназначены для измерения электродвижущей силы в электрической цепи на некотором ее участке, то есть, для измерения разности электрических потенциалов, которое называется напряжением. Единицей измерения этого параметра является Вольт. Такой измерительный прибор должен подключаться параллельно измеряемому участку или нагрузке. Если вольтметр подключить к выводам батарейки или блока питания, то прибор покажет не напряжение, а электродвижущую силу, так как при подключении в цепь с нагрузкой напряжение меняется.

Вольтметры в идеале должны иметь большое внутреннее сопротивление, для обеспечения точных показаний, и не воздействовать на измеряемую цепь. Поэтому в высокоточных приборах стремятся к наибольшему внутреннему сопротивлению.

Классификация

По принципу действия:

• Электромеханические.
• Электронные.

По назначению:

• Для постоянного тока.
• Для переменного тока.
• Импульсные.
• Фазочувствительные.
• Селективные.
• Универсальные.

По способу исполнения:

• Переносные.
• Стационарные.
• Щитовые.

Устройство и работа

Рассмотрим основные виды вольтметров.

Электромеханические

Процесс измерения основан на прямой линейной зависимости движения механического вида от напряжения. Стрелка прибора находится на рамке с обмоткой, расположенной на вращающейся оси внутри постоянного магнита.

При возникновении в рамке напряжения, вокруг нее появляется электромагнитное поле. В результате рамка со стрелкой поворачивается в магнитном поле на определенный угол, величина которого зависит от измеряемой величины. Чувствительностью прибора называется коэффициент пропорциональности между значением угла поворота рамки и напряжением. Чтобы не было колебаний вращающейся рамки со стрелкой, используют магнитно-индукционный демпфер.

Он выполнен в виде алюминиевой пластины, закрепленной на оси, и движется совместно со стрелкой в магнитном поле. Вихревые токи при этом препятствуют колебаниям рамки, поэтому возникающие колебания стрелки затухают. Воздушные демпферы вольтметров состоят из цилиндров с поршнями, которые связаны механическим путем со стрелкой. При возникающих колебаниях стрелки поршень сглаживает их путем затормаживания в цилиндре. Чтобы точность измерений была высокой, прибор не должен зависеть от силы тяжести, стрелка должна отклоняться только от действия катушки в поле магнита, а не от силы тяжести. Поэтому подвижные элементы оснащают специальными грузиками, играющими роль противовесов.

Для уменьшения трения металлические наконечники изготавливают из прочной стали, затем полируют их. Подпятники выполняют из твердых камней. Зазор между подпятником и полированным наконечником регулируется винтом. Направление поворота стрелки зависит от полярности тока, протекающего через катушку. Поэтому для правильных измерений необходимо соблюдать полярность.

Электронные вольтметры

Приборы с электронной начинкой делятся в свою очередь на аналоговые и цифровые. Они отличаются тем, что в аналоговых приборах имеется стрелка и шкала, а в цифровых приборах значение напряжения выводится на цифровой экран. Аналоговые приборы работают по принципу преобразования переменного входного напряжения в постоянное. Затем оно усиливается и поступает на детектор, сигнал от которого отклоняет стрелку. Чем выше напряжение входа, тем больше отклонится стрелка.

Цифровые

Такие приборы работают с большей точностью, в отличие от аналоговых моделей. Принцип их работы заключается в изменении аналогового входного сигнала в цифровой вид. При этом кодированный цифровой сигнал приходит на устройство, преобразующее двоичный код в цифры, отображаемые на экране. Точность измерений цифровых вольтметров зависит от дискретности аналого-цифрового устройства, преобразующего сигнал.

Вольтметры в сети переменного тока

Работа таких устройств заключается в преобразовании переменного значения напряжения в постоянное. После этого сигнал усиливается и поступает на измерительный механизм магнитоэлектрического действия.

Импульсный вольтметр

Такой прибор способен измерить короткие импульсы напряжений в сети. Разберем устройство и работу импульсного вольтметра на примере устройства для поиска неисправностей в электрической сети автомобиля. Он служит для поиска импульсных помех.

Около 5% неисправностей автомобиля возникают из-за неисправностей электрической проводки в виде помех и исчезающего контакта. У старого автомобиля таких неисправностей больше. Простыми вольтметрами и тестерами такие неисправности невозможно, так как они не реагируют на одиночные импульсы, приводящие к сбою и выходу из строя оборудования.

Бортовой компьютер автомобиля при неисправностях выдает сигнал. При проверке выясняется, что это коды – ошибки. Ремонтники меняют свечи, сам компьютер, выполняют другие работы. Но по-прежнему выдается «ошибка двигателя», а кодов неисправностей нет, так как импульсы, вызванные неисправностями, не улавливаются.

Для решения этих проблем существует прибор, измеряющий импульсные сигналы напряжения. Он срабатывает при появлении одиночного импульса. На корпусе устройства имеется переключатель чувствительности.

Порядок работы

• Большие «крокодилы» подключить на аккумуляторные клеммы.
• Провод с небольшим «крокодилом» подключить на положительную клемму батареи.
• Чувствительность установить на «0».
• Двигатель запустить.
• При нормальном аккумуляторе при запуске двигателя красный индикатор на приборе не должен светиться. В противном случае необходимо искать неисправность на клеммах батареи или в ее внутреннем состоянии.
• При запущенном двигателе чувствительность установить на «1», покачать кузов машины, легко постучать по аккумулятору деревянной палкой. Если импульсный вольтметр не сработал, то в аккумуляторе нет проблем.
• Подобным образом проверяют электропроводку, лампочки, электронные узлы и потребители энергии.

На этом примере становится понятно, для чего нужны и как работают импульсные вольтметры.

Фазочувствительные

Такие приборы называют векторметрами. Они предназначены для замеров квадратурных составляющих напряжений первой гармоники. Они оснащаются двумя индикаторами для показаний мнимой и действительной составляющей комплексного напряжения.

Фазочувствительный вольтметр определяет общее напряжение в комплексе. При этом начальная фаза опорного напряжения принимается за ноль. Такие типы приборов нашли применение в лабораторных исследованиях фазоамплитудных характеристик четырехполюсных усилителей и т.п.

Селективные

Вольтметры, способные избирательно выделить гармонические составляющие сложного сигнала и среднеквадратичную величину напряжения, называют селективными. По конструктивным особенностям и принципу работы такие приборы подобны устройству супергетеродинного радиоприемника, без регулятора усиления.

Универсальные

Название прибора говорит само за себя. С помощью такого вольтметра можно измерить ЭДС в любых цепях и при любых условиях. Чаще всего они имеют в комплекте набор различных шунтов в виде гасящих резисторов.

Универсальные измерители напряжения обладают множеством функций и возможностей, имеют незначительный расход энергии, и могут определить напряжение, как в аналоговом, так и в цифровом виде. Они применяются в различных сферах производства, науки, техники, лабораторных исследованиях.

Переносные вольтметры

Такие приборы являются автономными, так как не требуют для своей работы внешнего питания. Они имеют небольшие габаритные размеры и заключены в удобный эргономичный корпус. Одним из видов переносных вольтметров можно назвать мультиметр, или тестер. Он также имеет компактные размеры, однако его точность работы достаточно высокая, и позволяет получить точные результаты при выполнении ответственных заданий.

Стационарные вольтметры

Приборы стационарного типа обычно размещают в большом металлическом корпусе с большой шкалой измерений. Их можно устанавливать и подключать в различных положениях, для этого на корпусе имеются соответствующие крепления. Стоят такие приборы значительно дороже переносных моделей. Однако высокая точность работы позволяет применять их в различных сферах: лабораториях, крупных производственных объектах, научных центрах и т.д.

Щитовые

Внешний вид щитовых вольтметров аналогичен переносным приборам, с отличием в том, что устанавливаются они в специальные шкафы для контрольных приборов.

Маркировка вольтметров

Для определения типа прибора можно посмотреть его обозначение маркировки. Если первая буква в названии:

• «Д» — это вольтметр электродинамического действия.
• «М» — прибор магнитоэлектрический.
• «Т» — термоэлектрический.
• «С» — электростатический.
• «Ц» — приборы выпрямители.
• «Э» — электромагнитные.
• «Щ» , «Ф» — электронные.

Радиоизмерительные вольтметры маркируются по-другому. Вначале стоит буква «В» , а далее цифра обозначает тип. Затем идут символы модели прибора.

Цифровой вольтметр является довольно востребованным прибором. Предназначен он исключительно для определения напряжения, которое имеется в электрической цепи. Подключение цифрового вольтметра может осуществляться двумя способами. В первом варианте он устанавливается параллельно цепи. Второй способ подразумевает подсоединение прибора непосредственно к источнику электроэнергии. Особенность цифровых вольтметров заключается в удобстве использования. Дополнительно они имеют довольно большой показатель внутреннего сопротивления. Это крайне важно, поскольку данный параметр влияет на точность устройства.

Какие типы бывают?

Все вольтметры можно разделить по виду измеряемой величины. Основными типами считаются устройства постоянного, а также переменного тока. Первый вид, в свою очередь, делится на выпрямительные, а также квадратичные приборы. Дополнительно существуют импульсные вольтметры. Отличительной их особенностью является измерение радиоимпульсных сигналов. При этом замеры напряжения они могут проводить как постоянного, так и переменного тока.

Схема цифрового вольтметра

Обычная схема цифрового вольтметра основана на дискретных величинах. Важную роль в ней играет входное устройство. При этом управляющий прибор взаимодействует с цифровым отсчетным блоком через десятичные числа. Особенность входного устройства заключается в высоком делителе напряжения. Если работа сводится к определению переменного тока, то оно работает как обычный преобразователь. При этом на выходе получается постоянный ток.

В это время центральный блок занимается аналоговым сигналом. В данной системе он представлен в виде цифрового кода. Процесс преобразования свойственен не только вольтметрам, но и мультиметрам. В некоторых моделях устройств применяется двоичный код. В таком случае процесс получения сигнала значительно упрощается, и преобразование происходит значительно быстрее. Старые модели вольтметров работали исключительно с десятичными числами. При этом проводилась регистрация измерительной величины. Дополнительно схема цифрового вольтметра имеет в себе центральный блок, который отвечает за все важные узлы прибора.

Цифровые преобразователи вольтметров

На сегодняшний день существует множество различных типов преобразователей, которые устанавливаются в вольтметры. Наиболее распространенными считаются времяимпульсные модели. Дополнительно существуют кодоимпульсные преобразователи.

Отличительной их особенностью от прочих устройств является возможность заниматься поразрядным уравновешиванием. В это время частотно-импульсные модели такой привилегии лишены. Однако с их помощью можно проводить пространственное кодирование, а это в некоторых исследованиях может быть крайне важным. Особенно это касается замеров напряжения в закрытых цепях электричества.

Самодельные вольтметры

Вольтметр (цифровой) своими руками сделать можно. В первую очередь подбирают детектор, который предназначен для определения средневыпрямленного значения. При этом устанавливается он, как правило, рядом с преобразователем переменного тока. Минимум-напряжение детектором определяется от 100 МВ, однако некоторые модели способны распознавать силу тока до 1000 МВ. Дополнительно, для того чтобы сделать вольтметр (цифровой) своими руками, потребуется транзистор, который влияет на чувствительность устройства, а именно его порог. Связан он с уровнем квантовой амплитуды напряжения. Еще на чувствительность влияет дискретность прибора. Если напряжение составляет менее 100 МВ, то уровень сопротивления непременно растет и может составить, в конечном счете, 10 Ом.

Сопротивление электрической схемы

Сопротивление, которое образуется в системе, зависит от количества знаков в цепи. В данном случае следует понимать, что шкалы вольтметров могут сильно отличаться. Отношение измеряемой величины прямо пропорционально напряжению. Дополнительно нужно учитывать помехозащищенность, которая также влияет на сопротивление устройства. Тут следует отметить, что именно цифровой встраиваемый вольтметр отличается большими амплитудами.

В данном случае это оказывает большое влияние на возникновения помех в цепи. Наиболее частой причиной резкого скачка считают неправильную работу блока питания. При этом средняя частота устройства может нарушаться. Таким образом, на входе в цепи имелось, к примеру, 50 Гц, а на выходе получилось 10 Гц. Как результат, в соединительном проводе образуется сопротивление. Постепенно это приводит к утечке, а происходит это в месте, где находятся клеммы. В данном случае проблема может быть решена путем заземления этого участка. В итоге помехи переходят на входную цепь и частота в приборе стабилизируется.

Погрешности измерений

Погрешность измерений вольтметра напрямую связана с При этом следует учитывать напряжение наводки на выходе. Чаще всего помехи общего вида изменяют параметры сопротивления. В результате данный показатель может значительно уменьшиться. На сегодняшний день имеется три проверенных способа борьбы с разного рода помехами в вольтметрах. Первый прием заключается в применении проводов экранированного типа. При этом вход электрической цепи очень важно изолировать от оборудования.

Второй способ заключается в наличие интегрирующего элемента. В результате период помехи можно значительно уменьшить. Наконец, последним приемом принято считать установку специальных фильтров на вольтметры. Основной их задачей является повышение сопротивления в электрической цепи. В результате амплитуда помехи на выходе после блока значительно уменьшается. Также следует отметить, что многие системы преобразователей способны значительно увеличить скорость измерений. Однако при повышении производительности снижается точность регистрации данных. В итоге такие преобразователи могут быть причиной больших помех в электрической цепи.

Кодоимпульсные вольтметры

Кодоимплульсный цифровой вольтметр переменного тока работает по принципу поразрядного уравновешивания. При этом к данным устройствам применим метод компенсационного измерения напряжения. Процесс расчета в свою очередь осуществляется при помощи прецизионного делителя. Дополнительно рассчитывается опорное напряжение в электрической цепи.

В целом, компенсированный ток имеет несколько уровней. Согласно квантовой теории, исчисления производят в двоично-десятичной системе. Если использовать двухразрядный цифровой вольтметр для автомобиля, то напряжение распознается до 100 В. Весь процесс при этом осуществляется по командам. Особого внимания в работе заслуживает сравнение напряжений. Основано оно на принципе управляющих импульсов, а происходят они в системе через определенные интервалы времени. При этом есть возможность проводить переключение сопротивления одного делителя.

В результате на выходе происходит изменение предельной частоты. Одновременно есть возможность подключать отдельное устройство для сравнения показателей. Главное, не забывать учитывать размер делителя в звене. При этом сигнал устройства может не поступать. В итоге данные можно сравнить по положениям ключей. По сути, они являются кодом, который считывается вольтметром.

Упрощенная схема кодоимпульсного вольтметра-амперметра

Цифровой вольтметр-амперметр постоянного тока схематически можно представить в виде взаимодействующих элементов электрической цепи. Наиболее важным является входное устройство, которое играет роль источника опорного напряжения. Таким образом, прецизионный делитель связан с прибором сравнения.

В свою очередь, механизмы цифрового отсчета показывают сопротивление электрической цепи. Далее управляющие устройства способны напрямую взаимодействовать с входным прибором и проводить сравнения показателей напряжения сети. Наиболее просто процесс измерения можно представить в виде весов. При этом в системе часто бывают сбои. Связаны они по большей мере из-за неправильного сравнения.

Точность измерений

Точность измерений вольтметра-амперметра напрямую связана со стабильностью опорного напряжения. Дополнительно должен быть учтен порог прецизионного делителя во входном устройстве. Защита от помех в цепочке также берется во внимание. Для этого в самом начале электрической цепи имеется фильтр. В результате качество проведений лабораторных работ можно значительно улучшить.

Вольтметры с времяимпульсными типами преобразователей

Данные типы вольтметров используют специальные преобразователи, которые измеряют напряжение только в определенных интервалах времени. При этом учитываются импульсные колебания в электрической цепи. Дополнительно просчитывается средняя частота напряжения в системе. Для ее стабилизации, как правило, применяется дискретный сигнал, который посылается с выхода преобразователя.

При этом счетные импульсы способны значительно сократиться. На погрешность измерения вольтметров влияет множество факторов. В первую очередь это касается дискретизации сигнала. Также проблема может заключаться в нестабильности частоты. Связана она с порогом чувствительности электрической цепи. В результате сравнение напряжения устройством осуществляется нелинейно.

Простая схема вольтметра-амперметра с преобразователем

Цифровой вольтметр-амперметр с частотным преобразователем включает в обязательном порядке генератор, который следит за изменениями напряжения в электрической цепи. При этом измерение осуществляется поэтапно с интервалами. Генератор в электрической цепи используется линейного типа. Для сравнения полученных данных в устройстве имеется триггер. В свою очередь, для расчета частоты важно использовать счетчик, который принимает дискретный сигнал. Происходит это на выходе преобразователя вольтметра-амперметра. При этом учитывается величина предельного напряжения.

Непосредственно информация поступает на вход вольтметра-амперметра. На этом этапе осуществляется процесс сравнения, а когда возникает импульс, то система фиксирует нулевой уровень. Непосредственно сигнал в вольтметре-амперметре попадает на триггер, и в результате на выходе получается положительное напряжение. Возвращается импульс в исходное положение только после проведения устройством сравнения. При этом учитываются любые изменения предельной частоты, которые сформировались в данном промежутке времени. Также принимается во внимание коэффициент преобразования. Рассчитывается он исходя из показателя силы сигнала.

Дополнительно в формуле имеется счетный импульс, который появляется на выходе генератора. В результате напряжение может отображаться только при наличии определенных колебаний, которые возникают в электрической цепи. В конечном счете, сигнал должен дойти до выхода триггера и там считаться. При этом количество импульсов фиксируется в вольтметре-амперметре. Как результат, срабатывает индикатор, который оповещает о наличии напряжения.

Вольтметры двойного интегрирования

Цифровой вольтметр постоянного тока двойного интегрирования работает по принципу периодического повторения. При этом возврат исходного кода в цепи осуществляется автоматически. Работает данная система исключительно с постоянным током. При этом частота предварительно выпрямляется и подается на выходное устройство.

Погрешности дискретизации в вольтметрах не учитываются. Таким образом, могут возникнуть моменты несовпадений счетных импульсов. В результате на начало и конец интервала один параметр может сильно отличаться. Однако, как правило, погрешность не является критичной из-за работы преобразователя.

Особая проблема состоит именно в шумовой помехе. В результате она способна значительно искривить показатель напряжения. В конечном счете, это находит свое отображение в величине импульса, а именно его длительности. Таким образом, среди цифровых вольтметров данные типы не пользуются большой популярностью.

В обязанности домашнего мастера входит огромный перечень различных видов работ: начиная от ремонта сантехники и заканчивая диагностикой бытовых и автомобильных электросетей. Помимо необходимых для выполнения таких работ инструментов (например, изолированных отверток, бокорезов и прочего), в арсенале домашнего мастера должен присутствовать минимальный набор диагностических приборов, которые могут понадобиться при ремонте различных домашних электроприборов и диагностике бытовой электропроводки. Одним из таких приборов является цифровой электронный вольтметр.

Данный тип измерительных приборов отличается высокой точностью определения параметров измерения, а также скоростью реагирования на изменение параметров тока.

Так как выпускаемые приборы различаются по функциональным возможностям, чтобы выбрать подходящее изделие, первоначально нужно определиться с целями его применения. Например, в последнее время приобретает все большую популярность миниатюрный цифровой встраиваемый вольтметр, устанавливаемый в домашние электрощитки. Такое устройство позволит в любой момент узнать о текущем напряжении в сети.

Кроме того, для удачного выбора прибора, оптимально соответствующего своим задачам, желательно иметь представление о характеристиках выпускаемых сейчас приборов.

Виды цифровых вольтметров

Существующие модели этих приборов можно разделить на несколько групп по их функциональным возможностям.

В зависимости от типа измеряемого тока различают:

• цифровой вольтметр постоянного тока
• цифровой вольтметр переменного тока

Как следует из названия, отличие заключается в возможности прибора измерять постоянный либо переменный ток. Для бытового использования необходимо приобретать исключительно универсальные модели, способные осуществлять оба типа измерений, так как в случае возникновения необходимости, скажем, в цифровом вольтметре для автомобиля, модель, предусматривающая измерение только переменного тока, не подойдет.

По количеству измерения фаз различают:

• цифровой трёхфазный вольтметр
• цифровой однофазный вольтметр

Первый вариант применяется в основном на входящем кабеле в многоквартирных домах, либо при подключении частного дома к трехфазному кабелю. В большинстве случаев такой функционал не нужен, так как питание электросети квартир осуществляется при помощи однофазного кабеля.

По типу измеряемых величин:

• приборы с возможностью измерения только показателей напряжения тока
• приборы, предусматривающие возможность измерения многих параметров прохождения тока в сети

К первому типу относят приборы, которые позволяют измерить только напряжение и характеристики частоты (для переменного тока).

Сегодня более распространены приборы, позволяющие проводить измерение помимо напряжения также и других величин. В основном такие изделия способны измерять силу тока и сопротивление. Более дорогие модели обладают возможностью измерения параметров емкости электрических накопителей (конденсаторов), показателей индуктивности и так далее.

Учитывая тот факт, что для бытового использования такое количество измеряемых параметров не нужно, желательно выбрать прибор, позволяющий измерять напряжение и силу тока, а также сопротивление проводника.

По области применения можно различать:

• универсальный вольтметр
• цифровой вольтметр din
• цифровой автомобильный вольтметр

Первый вариант из перечисленных представляет собой мобильный прибор для измерения параметров тока в различных сетях. Подключение к измеряемой сети осуществляется при помощи набора щупов, что позволит подключаться к любым возможным контактным площадкам в измеряемой сети.

Второй вариант представляет собой миниатюрный цифровой вольтметр, применяемый для стационарной установки в бытовой электрощиток. Используются такие устройства для мониторинга напряжения в домашней сети. В большинстве случаев способны предоставлять информацию исключительно относительно уровня напряжения.

Для контроля уровня напряжения в бортовой сети автомобиля применяют цифровой вольтметр, устанавливаемый в прикуриватель. Такое изделие при помощи цифрового табло либо набора светодиодных индикаторов предоставляет информацию об уровне напряжения в сети автомобиля. Использование подобных устройств способно предотвратить возможность разряда аккумуляторной батареи вследствие низкого уровня тока, вырабатываемого генератором.

Стоит отметить, что использование подобных устройств в основном распространено среди владельцев отечественных автомобилей. Устанавливать цифровой вольтметр в современное авто зарубежного производства в большинстве случаев бессмысленно, так как уже имеющаяся в таких машинах система контроля заряда аккумулятора и эффективный генератор способны поддерживать уровень заряда батареи на требуемом уровне.

Также одним из параметров различия является диапазон измеряемых напряжений. В этом случае также необходимо исходить из предполагаемой области использования прибора. Например, для использования в быту желательно выбрать цифровой вольтметр с диапазоном измерения до 220 вольт. Оптимальным выбором будет прибор с некоторым запасом по диапазону измерения (например, до 300 В) для возможности фиксации повышенного напряжения.

Для автомобиля подойдет вольтметр цифровой на 12 вольт. При желании контролировать повышение уровня напряжения над допустимым порогом можно приобрести вольтметр цифровой на 24в.

Как выбрать вольтметр

Чтобы выбрать прибор, способный осуществлять необходимые измерения, но при этом не имеющий ненужных возможностей, излишне повышающих цену прибора, первоначально нужно определиться с целями применения.

В том случае, если потребителем не планируется проводить диагностику домашних электроприборов, а единственной требуемой функцией приобретаемого вольтметра будет измерение напряжения в бытовой сети, оптимальным выбором будет мини цифровой вольтметр, устанавливаемый в домашний электрощиток.

Такой прибор позволит в любой момент получить информацию относительно уровня напряжения в бытовой сети без необходимости выполнения дополнительных манипуляций (например, нет надобности каждый раз подключаться щупами к розетке).

Для контроля текущего уровня напряжения в бортовой сети автомобиля подойдет цифровой встраиваемый вольтметр постоянного тока. Большинство таких изделий для упрощения установки рассчитаны на подключение к разъему прикуривателя. Допустимый предел измеряемого напряжения у большинства изделий позволяет обнаруживать как пониженное, так и повышенное напряжение. Учитывая низкий уровень напряжения измеряемого тока, а также подключение к прикуривателю, который имеет защиту плавким предохранителем, риск при использовании такого устройства минимален. Учитывая данные факты, особых требований при выборе такого изделия нет. Лучшим выбором будет изделие с цифровой индикацией напряжения.

При необходимости проведения диагностики электроприборов, а также различных фрагментов домашней электросети, потребуется приобретение мобильного прибора с набором щупов. В данном случае необходимо обратить внимание на функциональные возможности прибора и особенности его изготовления.

Простой цифровой вольтметр в данном случае скорее всего не обеспечит необходимого набора функциональности. Для обеспечения диагностики электроприборов желательна также возможность измерения силы тока и сопротивления проводника.

Выбрать желательно изделие с возможностью измерения как постоянного, так и переменного тока, что обеспечит расширение спектра задач, для которых можно использовать данный прибор.

Профессиональные модели с возможностью измерения параметров трехфазного тока приобретать для использования в быту не имеет смысла. Такие приборы достаточно дороги, а учитывая питание бытовой электросети от однофазного тока, преимущественное большинство возможностей этих дорогих приборов останется невостребованным.

Также имеющиеся у многих цифровых вольтметров возможности измерения параметров синусоиды переменного тока, вычисления средних значений напряжения за определенный промежуток времени и тому подобное, для домашнего мастера абсолютно не нужны.

Стоит обратить внимание и на диапазон измеряемых напряжений. Вольтметр цифровой на 220в обеспечит возможность проведения необходимых измерений, но для более точного представления о параметрах тока в сети желательно выбрать прибор с определенным запасом по уровню измеряемых величин (например, с пределом измеряемого напряжения 300 В). Большинство современных моделей имеют предел измеряемого напряжения на уровне 600 В, чего вполне достаточно.

Определенное влияние на цену прибора оказывает уровень защиты его корпуса от пробоя. При использовании в быту не имеет смысла приобретать изделие с высокой защитой, так как бытовое напряжение на уровне 220 В не обладает способностью пробивать значительный слой изоляции. Минимального уровня защиты, соблюдаемого при изготовлении таких приборов, будет вполне достаточно.

Единственное, на что необходимо обратить внимание в данном случае – не стоит брать изделия неизвестных производителей в небольших торговых точках. Работа с электричеством в любом случае содержит определенный риск для жизни и здоровья, поэтому приобретаемый прибор должен быть изготовлен с соблюдением технических норм.

Также необходимо остановиться на стремлении ряда энтузиастов, желающих сделать цифровой вольтметр своими руками. Самодельный цифровой вольтметр скорее всего не будет обладать необходимым уровнем защиты, что при использовании его для измерений в бытовой сети может представлять опасность для жизни. Поэтому перед тем, как сделать цифровой вольтметр, желательно обдумать необходимость таких действий, стоимость приобретения комплектующих и затраты времени. В большинстве случаев лучше приобрести готовое изделие.

О назначении и применении вольтметров в практических целях знает каждый, кто так или иначе сталкивался с починкой электроники и электрическими цепями в целом. Они служат для измерения величины напряжения или ЭДС цепи, а также могут содержать в себе дополнительные измерительные контуры (работать в режиме мультиметра).

По принципу действия вольтметры подразделяются на:

• электромеханические – исторически первый тип измерителей напряжения, морально устаревающий, дающий большие погрешности и постепенно выходящий из производства (касается некоторых разновидностей);
• электронные – аналоговые и цифровые вольтметры, обладающие высокой точностью измерений и широко применяемые в электротехнических сферах производства.

Поскольку измерительный прибор не представляет собой принципиально сложной конструкции, то его разработкой занимается огромное количество компаний по всему миру. С развитием китайской торговой площадки АлиЭкспресс у отечественных потребителей появилась хорошая возможность приобретать товары (в том числе и вольтметры), стоимость которых на порядок дешевле рыночной. В связи с этим мы составили рейтинг десяти самых лучших электронных вольтметров для измерения напряжения, представленных в ассортименте магазина АлиЭкспресс.

Лучшие цифровые вольтметры

Стандартные цифровые вольтметры применяются для определения напряжения в электрической цепи и диагностики электрических элементов. Преимуществом таких устройств над условными электромеханическими измерителями является высокая точность измерений и простота представления информации. Единственный недостаток электронных цифровых вольтметров заключается в заведомо более низкой степени надёжности – элементы схем очень чувствительны к высоким подаваемым нагрузкам, а также плохо переносят сильные механические удары.

4 Inpelanyu C1187

Лучшая цена
Цена на АлиЭкспресс: от 59 руб.
Рейтинг (2019): 4.8

Открывает наш рейтинг миниатюрный и компактный вольтметр от компании Inpelanyu. Девайс представляет собой небольшую плату с дисплеем (поставляется в трех вариантах расцветки), на который, соответственно, выводится значение измеряемого напряжения. Подобная конструкция может использоваться в самых разных целях (например, в качестве индикатора к зарядному устройству или для бортовой сети автомобиля), легко подключается и весьма достоверно измеряет (товар довольно популярен на АлиЭкспресс и поэтому его погрешность была многократно проверена покупателями). Кроме того, на плате имеется подстроечный резистор, что поможет добиться точности в каком-то конкретном диапазоне. Присутствует и своеобразная защита от неправильной установки – если вы перепутаете полярность проводов, дисплей просто не включится.

3 Diymore 100V 10A

Самая популярная модель
Цена на АлиЭкспресс: от 112 руб.
Рейтинг (2019): 4.8

По своему типу данный прибор похож на описанный выше вольтметр, но Diymore уже не так примитивен и умеет показывать не только напряжение, но и силу тока. В остальном различий практически нет, принцип работы и сфера применения счетчика идентичны. На точность измерений особых жалоб нет, однако многие пользователи отмечают сложность подключения вольтметра (никакой схемы либо инструкции в комплекте нет, и далеко не каждый сможет самостоятельно разобраться с распиновкой из 5 проводов).

2 Inpelanyu Q0621

Оптимальное решение для автомобиля
Цена на АлиЭкспресс: от 242 руб.
Рейтинг (2019): 4.9

Данный датчик позиционируется производителем как специально предназначенный для использования в машинах (мотоциклах). Подобная адаптированность прибора выражается в том, что для подключения вольтметра не придется ничего дополнительно паять и монтировать – достаточно просто вставить прибор в прикуриватель, после чего он в режиме реального времени будет информировать вас о текущем напряжении бортовой сети и температуре внутри автомобиля. Это является как основным достоинством, так и главным недостатком гаджета. Плюс заключается в том, что, как уже было сказано, подключить Q0621 сможет абсолютно любой пользователь в независимости от своих умений паять и т.п. – вольтметр нужно лишь поместить в отведенный разъем.

Минус кроется в следующем: гаджет будет занимать весьма полезный слот прикуривателя, а на его корпусе даже не предусмотрен usb-вход для зарядки. Естественно, что если автовладелец хотя бы чуть-чуть разбирается в технике, то он лучше потратит время и подключит более простой, но автономный вольтметр.

1 KETOTEK AC20A

Самый функциональный
Цена на АлиЭкспресс: от 610 руб.
Рейтинг (2019): 5.0

Прибор воплощает максимум того, что может содержать в себе компактный измерительный датчик. Небольшое по габаритам устройство сочетает множество функций и способно одновременно отображать напряжение, силу тока, энергию и ряд других не столь важных показателей. Имеются возможности для дополнительной ручной настройки под конкретные условия (например, установка предельной мощности). И если по точности измерений особых нареканий в отзывах замечено не было, то вот дисплей многим показался тускловатым (наиболее контрастным изображение получается при наблюдении под углом в 45 градусов снизу к плоскости экрана), а с определенных ракурсов так и вообще практически незаметным.

Лучшие портативные вольтметры

В данной категории речь пойдет о приборах, которые могут функционировать без непосредственного подключения к электрической цепи. Такого рода вольтметры используются в основном электриками для быстрого определения наличия напряжения на конкретном участке.

3 MESTEK MT898

Лучшая бесконтактная модель
Цена на АлиЭкспресс: от 468 руб.
Рейтинг (2019): 4.8

Хороший выбор для электриков и других специалистов, часто работающих с напряжением. В гаджете реализована бесконтактная технология, которая позволяет узнавать данные о наличии напряжения, не касаясь самих проводов и таким образом не нарушая их изоляцию. Модель имеет вид шариковой ручки со специальным зажимом (для лучшей фиксации в кармане), собрана из качественного пластика и снабжена двумя режимами чувствительности (первый определяет фазу/0, а второй предназначен для поиска скрытой проводки). Также можно настроить индикацию (звуковую либо световую), а при недостаточном освещении воспользоваться фонариком.

Работает прибор только от батареек типа AAA (подключить аккумуляторы не получится) и, как вам наверное уже стало понятно, непосредственно измерять напряжение не умеет (а лишь показывает его наличие).

2 UNI-T UT18D

Широкий диапазон измерений
Цена на АлиЭкспресс: от 2708 руб.
Рейтинг (2019): 4.9

Достоин упоминания и портативный вольтметр UNI-T UT18D, оригинальный как по своему исполнению, так и по эксплуатационным показателям. В сборном корпусе, состоящем из двух сегментов, расположены щупы для измерения напряжения на выводах электрических цепей. Каждый из сегментов выполнен в виде удобной рукоятки и окрашен в чёрный и красный цвета соответственно.

Судя по описанию от продавца, UNI-T UT18D предназначен для измерения напряжения в диапазоне от 12 до 690 В. Такой разброс значений придаёт прибору некой универсальности, однако точности при трёхзначном отображении результата будет явно маловато. Не впечатляют и требования к эксплуатации: корректная работа вольтметра гарантирована только при температурах от -12 до +40 градусов Цельсия. Несмотря на все ограничения и условности потребители дают модели исключительно высокие оценки. Возможно технические характеристики с эргономикой и являются решающими показателями, но они не в состоянии в одиночку оправдать запрашиваемую стоимость.

1 OOTDTY 1A10388-BK

Выбор профессионалов
Цена на АлиЭкспресс: от 271 руб.
Рейтинг (2019): 4.9

Классический мультиметр, отлично подходящий как для домашних, так и для профессиональных целей. В одном устройстве сконцентрировано множество разных функций (вольтметр, амперметр, тестер сопротивления), причем все они работают на различных частотах и диапазонах. Предусмотрены защита от перегрузок и тестовые провода для безопасного подключения, а сам гаджет, хоть и произведен в Китае, по своей конструкции и дизайну сильно напоминает детище советской электроники (которая для многих является чуть ли не эталоном надежности и качества).

Несмотря на то, что принцип работы OOTDTY не очень сложен и явно не вызовет затруднений у опытных пользователей, для новичков прибор рискует показаться чересчур мудреным и небезопасным (этому способствует и отсутствие русскоязычной инструкции). Однако в сети полно подробных руководств и советов, так что разобраться сможет практически каждый.

Лучшие вольтметры для USB-портов

Вольтметры для USB-портов представляют собой миниатюрные проводниковые устройства, в основе которых лежат те же принципы, что и у стандартных электронных моделей. Они применяются для диагностирования состояния интерфейсов USB-подключения, выводя информацию об измерениях на миниатюрный дисплей. Говорить о достоинствах и недостатках таких приборов нет смысла, поскольку USB-вольтметры не имеют аналогов, выполняющих схожую функцию.

3 JUANJUAN USB Tester

Лучшая цена за USB-тестер
Цена на АлиЭкспресс: от 223 руб.
Рейтинг (2019): 4.8

Ирония судьбы бюджетного вольтметра от компании JUANJUAN заключается в двойственности впечатлений от высказываний пользователей и того, какими техническими характеристиками наделили его разработчики. Во-первых, примечателен узкий диапазон измерения напряжения – от 5 до 20 В соответственно. Во-вторых, погрешность измерений (в самом лучшем случае) составляет порядка одного процента от результата – в некоторых системах такой показатель точности недопустим, и может привести к ошибочной отбраковке или пресловутому пропуску явного дефекта. Этих факторов вполне достаточно для того, чтобы перестать рассматривать вольтметр в качестве одного из самых лучших, однако у покупателей на этот счёт имеется собственное мнение.

Собственно, оценивается не столько качество работы JUANJUAN USB Tester, сколько сам факт его функционирования. Большую роль в популяризации сыграл и продавец: скорость доставки также оставляет приятное впечатление. Но главным плюсом вольтметра является уровень стоимости: найти работающий аналог по схожей сумме практически невозможно.

2 ATORCH 12 in 1

Лучшее соотношение цены и качества
Цена на АлиЭкспресс: от 392 руб.
Рейтинг (2019): 4.9

Данный USB-тестер отличается в первую очередь высокой точностью измерений, многократно проверенной покупателями со всех уголков света. На экран устройства выводится стандартная информация о напряжении, силе тока, сопротивлении, емкости батареи, текущей температуре и времени зарядки, а сам дисплей имеет несколько режимов подсветки. Несмотря на то, что девайс позиционируется как супермногофункциональное (маркировка 12 in 1 многим напомнит времена Тетриса и картриджей для Dendi, где количество игр считалось схожим малопонятным образом), каких-то необычных и интересных возможностей замечено не было. Зато ATORCH обладает внутренней памятью (то есть даже будучи отключенным от сети, устройство запоминает информацию о последнем подключенном аппарате, что очень удобно, например, при тестировании повербанков).

1 HIDANCE 2USB-A1

Самый надежный
Цена на АлиЭкспресс: от 529 руб.
Рейтинг (2019): 5.0

HIDANCE 2USB-A1 – это один из самых популярных USB-вольтметров, представленных на сайте АлиЭкспресс. Обладает широким диапазоном измерения напряжения (от 3.6 до 32.5 В), а также силы тока (от 0 до 5 А), температуры элемента и мощности (до 300 Вт). Погрешности измерений при таких показателях составляют порядка одной сотой от результата, однако для активной мощности этот показатель находится на уровне тысячных долей. Безусловным плюсом HIDANCE 2USB-A1 являются и адекватные условия для эксплуатации: значение температуры не должно опускаться ниже -10 и не превышать отметки в +60 градусов Цельсия.

За несколько лет активных продаж устройство купили более десяти тысяч человек, что является наглядным доказательством его надёжности. Учитывая уровень стоимости, запрашиваемой дистрибьютером, и складывая воедино все вышеописанные показатели, получаем безоговорочно лучший USB-вольтметр в своей категории.

Изначально вольтметры и амперметры были только механическими, и лишь спустя многие годы, с развитием микроэлектроники, начали выпускаться цифровые вольтметры и амперметры. Тем не менее, даже сейчас механические измерительные приборы пользуются популярностью. Они, по сравнению с цифровыми, устойчивы к помехам и дают более наглядное представление о динамике измеряемой величины. Их внутренние механизмы остаются практически теми же, что и канонические магнитоэлектрические механизмы первых вольтметров и амперметров.

В данной статье мы рассмотрим устройство типичного стрелочного прибора, чтобы каждый новичок мог бы понимать основные принципы работы вольтметров и амперметров.

В своей работе стрелочный измерительный прибор использует магнитоэлектрический принцип. Постоянный магнит с выраженными полюсными наконечниками закреплен неподвижно. Между этими полюсами расположен неподвижный стальной сердечник так, что в воздушном кольцеобразном зазоре между сердечником и полюсными наконечниками магнита формируется .

В зазор вставлена подвижная алюминиевая рамка, на которую очень тонким проводом намотана катушка. Рамка закреплена на полуосях, и может поворачиваться вместе с катушкой. К рамке спиральными пружинами прикреплена стрелка прибора. Через пружины к катушке подводится ток.

Когда по проводу катушки проходит ток I, то, поскольку катушка помещена в магнитное поле, и ток в ее проводниках течет пересекая перпендикулярно магнитные силовые линии в зазоре, на нее будет действовать вращающая сила со стороны магнитного поля. Электромагнитная сила создаст вращающий момент М, и катушка вместе с рамкой и стрелкой станет поворачиваться на некоторый угол α.

Поскольку индукция магнитного поля в зазоре неизменна (магнит постоянный), то вращающий момент будет всегда пропорционален именно току в катушке, и величина его будет зависеть от тока и от неизменных конструктивных параметров данного конкретного прибора (с1). Этот момент будет равен:

Препятствующий повороту рамки момент противодействия, возникающий из-за наличия пружин, окажется пропорционален углу закручивания пружин, то есть углу поворота стрелки, связанной с подвижной частью:

Таким образом, поворот будет продолжаться до тех пор, пока момент М, создаваемый током в рамке не окажется равным моменту противодействия Мпр от пружин, то есть пока не наступит равновесие. В этот момент стрелка остановится:

Очевидно, угол закручивания пружин будет пропорционален току рамки (и измеряемому току), по этой причине приборы магнитоэлектрической системы обладают равномерной шкалой. Коэффициент пропорциональности k между углом поворота стрелки и единицей измеряемого тока называется чувствительностью прибора.

Обратная величина именуется ценой деления или постоянной прибора. Значение измеренной величины определяется как произведение цены деления на .

Чтобы избежать мешающих колебаний подвижной рамки при переходах стрелки от одного ее положения к другому, в данных приборах применяют магнитно-индукционные или воздушные демпферы.

Магнитно-индукционный демпфер представляет собой пластину из алюминия, которая закреплена на поворотной оси прибора, и всегда движется вместе со стрелкой в поле постоянного магнита. Возникающие вихревые токи тормозят катушку. Суть в том, что по правилу Ленца, вихревые токи а пластине, взаимодействуя с порождающим их магнитным полем постоянного магнита, препятствуют движению пластины, и колебания стрелки быстро затухают. Роль такого магнитно-индукционного демпфера и выполняет алюминиевый каркас, на который намотана катушка.

При повороте рамки, магнитный поток от постоянного магнита, пронизывающий алюминиевый каркас, изменяется, а значит в алюминиевом каркасе индуцируются вихревые токи, которые при взаимодействии с магнитным полем постоянного магнита оказывают тормозящее действие, и колебания стрелки прекращаются.

Воздушные демпферы магнитоэлектрических приборов представляют собой цилиндрические камеры с помещенными внутри поршнями, связанными с подвижными системами приборов. Когда подвижная часть приходит в движение, поршень в форме крыла тормозится в камере, и колебания стрелки затухают.

Для достижения нужной точности измерений, прибор не должен быть подвержен влиянию силы тяжести в процессе измерения, а отклонение стрелки должно быть связано лишь с вращающим моментом, возникающим при взаимодействии тока катушки с магнитным полем постоянного магнита и с торможением рамки пружинами.

Чтобы исключить вредное влияние силы тяжести и избежать связанных с ним погрешностей, к подвижной части прибора добавляют противовесы в виде грузиков, перемещающихся на стержнях.

Для снижения трения стальные наконечники выполняются из отполированной износостойкой стали или из вольфрамо-молибденового сплава, а подпятники изготавливают из твердого минерала (агат, корунд, рубин и т. д.). Зазор между наконечником и подпятником настраивают при помощи стопорного винта.

Для точной установки стрелки в нулевое исходное положение, прибор оснащается корректором. Корректором в стрелочном приборе служит винт, выведенный наружу, и соединенный поводком с пружиной. При помощи винта можно передвигать немного спираль на оси, регулируя таким образом исходное положение стрелки.

Большинство современных приборов имеют подвижную часть, подвешенную на паре растяжек в виде упругих металлических лент, служащих для подачи тока на катушку, и создающих противодействующий момент. Растяжки соединены с парой плоских пружин, расположенных взаимно перпендикулярно.

Справедливости ради отметим, что кроме классического механизма, рассмотренного выше, встречаются также и приборы с магнитами не только п-образной формы, но и с цилиндрическими магнитами, и с магнитами в форме призм, и даже с внутрирамочными магнитами, которые сами могут быть подвижными.

Для измерения тока или напряжения, магнитоэлектрический прибор включают в цепь постоянного тока по схеме амперметра или вольтметра, разница лишь в сопротивлении катушки и в схеме включения прибора в цепь. Разумеется через катушку прибора не должен проходить весь измеряемый ток при измерении тока, и не должна потребляться большая мощность при измерении напряжения. Для создания надлежащих условий служит добавочный резистор, встроенный в корпус измерительного прибора.

Сопротивление добавочного резистора в схеме вольтметра превосходит сопротивление катушки во много раз, и этот резистор изготовлен из металла с чрезвычайно малым , такого как манганин или константан. Резистор, включаемый параллельно катушке в амперметре, называется шунтом.

Сопротивление шунта напротив во много раз меньше сопротивления измерительной рабочей катушки, поэтому через провод катушки проходит только мизерная доля измеряемого тока, в то время как основной ток течет через шунт. Добавочный резистор и шунт позволяют расширить пределы измерения прибора.

Направление отклонения стрелки прибора зависит от направления тока через измерительную катушку, поэтому при включении прибора в цепь важно правильно соблюсти полярность, иначе стрелка будет двигаться в другую сторону. Соответственно, магнитоэлектрические приборы в каноническом виде непригодны для включения в цепь переменного тока, поскольку стрелка будет просто вибрировать оставаясь на одном месте.

Тем не менее, к достоинствам магнитоэлектрических приборов (амперметров, вольтметров) относятся высокая точность, равномерность шкалы и устойчивость к помехам, порождаемым внешними магнитными полями. К недостаткам - непригодность к измерению переменного тока (чтобы измерить переменный ток, нужно будет его сначала выпрямить), требование к соблюдению полярности и уязвимость тонкой проволоки измерительной катушки к перегрузкам.