Прибор для измерения напряжения в электрической цепи: Мультиметры, тестеры (MULTIMETERS) – многофункциональные приборы для измерения постоянного и переменного тока, напряжения, сопротивления, емкости, проверки диодов и прозвонки цепи, а также многого другого.

как называется электрический прибор для измерения ЭДС

Ток, проходящий в проводнике, имеет определённую электродвижущую силу. Когда возникает необходимость определить её значение на отдельно выбранном участке цепи, используют измеритель напряжения. Единицей измерения принято считать вольт, а прибор получил название вольтметр. Этот аппарат широко применяется в промышленности, научных исследованиях и повседневном быте человека.

• Классификация и принцип действия
• Виды измерителей напряжения
  • Подключение и технические характеристики

Классификация и принцип действия

Чтобы лучше понять, каким прибором измеряется напряжение и почему он так называется, стоит обратиться к физике. По определению — это сила, которая действует на электроны и заставляет их перемещаться в одном или в разных направлениях. Единица измерения — вольт.

Вольтметры используются людьми в различных сферах деятельности. Существует множество разновидностей и модификаций этого устройства. В зависимости от конструктивных особенностей и области применения,

1. Принцип действия. Электромеханические и электронные.
2. Назначение. Постоянного и переменного тока, импульсные и фазочувствительные, а также селективные и универсальные.
3. Конструкция и применение. Стационарные, переносные и щитовые.

Принцип действия электромеханических вольтметров основывается на изменении магнитного поля. Ток проходит через обмотку, что приводит к возникновению электромагнитного поля. В результате этого стрелка, насаженная на ось с постоянным магнитом, отклоняется и показывает значение электродвижущей силы (ЭДС).

Электронные приборы также могут иметь стрелку. В корпусе находится преобразователь переменного тока в постоянный, а отклонение указателя происходит под действием детектора напряжения.

Цифровые измерители отображают информацию на жидкокристаллическом дисплее. Их работа основана на микросхеме и преобразователе сигнала.

Виды измерителей напряжения

Вольтметр для измерения напряжения в цепи постоянного тока имеет маркировку В2. Применяется в качестве тестера для проводки и электроприборов.

Если приходится иметь дело с переменным током, прибор маркируется В3. Он имеет компактный преобразователь для выпрямления и усилитель сигнала.

Импульсный (В4) разработан для измерения помех в электросети. Позволяет найти в цепи место со слабым контактом.

Фазовый (В5) определяет квадратурные составляющие первой гармоники. В быту не применяется из-за своей невостребованности.

Селективный (В6) отличается большими габаритами и напоминает радиоприёмник. Он может различать частоту сигнала.

Универсальный вольтметр (В7) — прибор для измерения напряжения в электросетях любого типа.

Переносные модели (тестер, мультиметр) — это небольшие автономные устройства, оснащённые электродами.

Стационарные вольтметры — это большие и тяжёлые приборы, часто встроенные в оборудование. Используются на производстве для контролирования работы электросистемы.

Щитовые аппараты более простые. Их интегрируют в бытовые электроприборы, а также используют на транспортных средствах в качестве датчиков.

Подключение и технические характеристики

Для проведения адекватного измерения вольтметр должен быть включён в необходимый участок цепи посредством последовательного соединения. Подключение переносных измерителей производится с помощью электродов или специальных прищепок. При снятии показаний от источника питания электроды подсоединяют прямо к клемам.

Перед подключением стоит определить:

• порядок величины напряжения;
• полярность;
• характер и тип тока;
• режим измерения (на универсальном вольтметре).

Прежде чем купить или начать использовать вольтметр, нелишним будет оценить его эффективность. Нужно определиться со своими потребностями и выбрать необходимый измеритель напряжения.

Оценка технических показателей проходит по таким параметрам:

1. Внутреннее сопротивление. Чем этот показатель выше, тем точнее он измеряет напряжение.
2. Диапазон. Как правило, приборы снабжаются универсальным диапазоном, которого с головой хватает любому рядовому потребителю. Однако в научных и узкоспециальных целях могут понадобиться устройства, предназначенные для точного измерения очень маленьких величин. На производстве приходится иметь дело с напряжением в сотни киловатт, что тоже требует высокоспециализированных вольтметров.
3. Погрешность показателей.
4. Частотный диапазон переменного тока.

Разобравшись с вопросом, каким прибором измеряют напряжение, стоит напомнить о мерах безопасности. Электрический ток может серьёзно травмировать и даже убить человека. Если проводится снятие показаний высокого напряжения, нельзя притрагиваться к проводам оголёнными участками тела. На руки необходимо надеть защитные перчатки.

§101. Измерение тока и напряжения

Измерение тока.

Для измерения тока в цепи амперметр 2 (рис. 332, а) или миллиамперметр включают в электрическую цепь последовательно с приемником 3 электрической энергии.

Для того чтобы включение амперметра не оказывало влияния на работу электрических установок и он не создавал больших потерь энергии, амперметры выполняют с малым внутренним сопротивлением. Поэтому практически сопротивление его можно считать равным нулю и пренебрегать вызываемым им падением напряжения.

Амперметр можно включать в цепь только последовательно с нагрузкой. Если амперметр подключить непосредственно к источнику 1, то через катушку прибора пойдет очень большой ток (сопротивление амперметра мало) и она сгорит.

Рис. 332. Схемы для измерения тока (а, б) и напряжения (в, г)

Для расширения пределов измерения амперметров, предназначенных для работы в цепях постоянного тока, их включают в цепь параллельно шунту 4 (рис. 332,б). При этом через прибор проходит только часть I_А измеряемого тока I, обратно пропорциональная его сопротивлению R_А. Большая часть I_ш этого тока проходит через шунт.

Прибор измеряет падение напряжения на шунте, зависящее от проходящего через шунт тока, т. е. используется в качестве милливольтметра. Шкала прибора градуируется в амперах. Зная сопротивления прибора R_A и шунта R_ш можно по току I_А, фиксируемому прибором, определить измеряемый ток:

I = I_А (R_А+R_ш)/R_ш = I_Аn (105)

где n = I/I_А = (R_A + R_ш)/R_ш — коэффициент шунтирования. Его обычно выбирают равным или кратным 10. Сопротивление шунта, необходимое для измерения тока I, в n раз большего, чем ток прибора I_А,

R_ш = R_A/(n-1) (106)

Конструктивно шунты либо монтируют в корпус прибора (шунты на токи до 50 А), либо устанавливают вне его и соединяют с прибором проводами.

Если прибор предназначен для постоянной работы с шунтом, то шкала его градуируется сразу в значениях измеряемого тока с учетом коэффициента шунтирования и никаких расчетов для определения тока выполнять не требуется. В случае применения наружных (отдельных от приборов) шунтов на них указывают номинальный ток, на который они рассчитаны, и номинальное напряжение на зажимах (калиброванные шунты).

Согласно стандартам это напряжение может быть равно 45, 75, 100 и 150 мВ. Шунты подбирают к приборам так, чтобы при номинальном напряжении на зажимах шунта стрелка прибора отклонялась на всю шкалу.

Следовательно, номинальные напряжения прибора и шунта должны быть одинаковыми. Имеются также индивидуальные шунты, предназначенные для работы с определенным прибором. Шунты делят на пять классов точности (0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5). Обозначение класса соответствует допустимой погрешности в процентах.

Для того чтобы повышение температуры шунта при прохождении по нему тока не оказывало влияния на показания прибора, шунты изготовляют из материалов с большим удельным сопротивлением и малым температурным коэффициентом (константан, манганин, никелин и пр.).

Для уменьшения влияния температуры на показания амперметра последовательно с катушкой прибора в некоторых случаях включают добавочный резистор из констан-тана или другого подобного материала.

Измерение напряжения.

Для измерения напряжения U, действующего между какими-либо двумя точками электрической цепи, вольтметр 2 (рис. 332, в) присоединяют к этим точкам, т. е. параллельно источнику 1 электрической энергии или приемнику 3.

Для того чтобы включение вольтметра не оказывало влияния на работу электрических установок и он не создавал больших потерь энергии, вольтметры выполняют с большим сопротивлением. Поэтому практически можно пренебрегать проходящим по вольтметру током.

Для расширения пределов измерения вольтметров последовательно с обмоткой прибора включают добавочный резистор 4 (R_д) (рис. 332,г). При этом на прибор приходится лишь часть U_v измеряемого напряжения U, пропорциональная сопротивлению прибора R_v.

Зная сопротивление добавочного резистора и вольтметра, можно по значению напряжения U_v, фиксируемого вольтметром, определить напряжение, действующее в цепи:

U = (R_v+R_д)/R_v * U_v = nU_v (107)

Величина n = U/U_v=(R_v+R_д)/R_v показывает, во сколько раз измеряемое напряжение U больше напряжения U_v, приходящегося на прибор, т. е. во сколько раз увеличивается предел измерения напряжения вольтметром при применении добавочного резистора.

Сопротивление добавочного резистора, необходимое для измерения напряжения U, в п раз большего напряжения прибора Uv, определяется по формуле R_д=(n— 1) R_v.

Добавочный резистор может встраиваться в прибор и одновременно использоваться для уменьшения влияния температуры окружающей среды на показания прибора. Для этой цели резистор выполняется из материала, имеющего малый температурный коэффициент, и его сопротивление значительно превышает сопротивление катушки, вследствие чего общее сопротивление прибора становится почти независимым от изменения температуры.

По точности добавочные резисторы подразделяются на те же классы точности, что и шунты.

Делители напряжения.

Для расширения пределов измерения вольтметров применяют также делители напряжения. Они позволяют уменьшить подлежащее измерению напряжение до значения, соответствующего номинальному напряжению данного вольтметра (предельного напряжения на его шкале).

Отношение входного напряжения делителя U₁ к выходному U₂ (рис. 333, а) называется коэффициентом деления. При холостом ходе U₁/U₂ = (R₁+R₂)/R2 = 1 + R₁/R₂. В делителях напряжения это отношение может быть выбрано равным 10, 100, 500 и т. д. в зависимости от того, к каким

Рис. 333. Схемы включения делителей напряжения

выводам делителя подключен вольтметр (рис. 333,б).

Делитель напряжения вносит малую погрешность в измерения только в том случае, если сопротивление вольтметра R_v достаточно велико (ток, проходящий через делитель, мал), а сопротивление источника, к которому подключен делитель, мало.

Измерительные трансформаторы.

Для включения электроизмерительных приборов в цепи переменного тока служат измерительные трансформаторы, обеспечивающие безопасность обслуживающего персонала при выполнении электрических измерений в цепях высокого напряжения.

Включение электроизмерительных приборов в эти цепи без таких трансформаторов запрещается правилами техники безопасности. Кроме того, измерительные трансформаторы расширяют пределы измерения приборов, т. е. позволяют измерять большие токи и напряжения с помощью несложных приборов, рассчитанных для измерения малых токов и напряжений.

Измерительные трансформаторы подразделяют на трансформаторы напряжения и трансформаторы тока. Трансформатор напряжения 1 (рис. 334, а) служит для подключения вольтметров и других приборов, которые должны реагировать на напряжение.

Его выполняют, как обычный двухобмоточный понижающий трансформатор: первичную обмотку подключают к двум точкам, между которыми требуется измерить напряжение, а вторичную — к вольтметру 2.

На схемах измерительный трансформатор напряжения изображают как обычный трансформатор (на рис. 334, а показано в круге).

Рис. 334. Включение электроизмерительных приборов посредством измерительных трансформаторов напряжения (а) и тока (б)

Так как сопротивление обмотки вольтметра, подключаемого к трансформатору напряжения, велико, трансформатор практически работает в режиме холостого хода, и можно с достаточной степенью точности считать, что напряжения U₁ и U₂ на первичной и вторичной обмотках будут прямо пропорциональны числу витков N₁ и N₂ обеих обмоток трансформатора, т. е.

U₁/U₂ = N₁/N₂ = n (108)

Таким образом, подобрав соответствующее число витков N₁ и N₂ обмоток трансформатора, можно измерять высокие напряжения, подавая на электроизмерительный прибор небольшие напряжения.

Напряжение U₁ может быть определено умножением измеренного вторичного напряжения U₂ на коэффициент трансформации трансформатора n.

Вольтметры, предназначенные для постоянной работы с трансформаторами напряжения, градуируют на заводе с учетом коэффициента трансформации, и значения измеряемого напряжения могут быть непосредственно отсчитаны по шкале прибора.

Для предотвращения опасности поражения обслуживающего персонала электрическим током в случае повреждения изоляции трансформатора один выэод его вторичной обмотки и стальной кожух трансформатора должны быть заземлены.

Трансформатор тока 3 (рис. 334,б) служит для подключения амперметров и других приборов, которые должны реагировать на протекающий по цепи переменный ток.

Его выполняют в виде обычного двухобмоточного повышающего трансформатора; первичную обмотку включают последовательно в цепь измеряемого тока, к вторичной обмотке подключают амперметр 4.

Схемное обозначение измерительных трансформаторов тока показано на рис. 334, б в круге.

Так как сопротивление обмотки амперметра, подключаемого к трансформатору тока, обычно мало, трансформатор практически работает в режиме короткого замыкания, и с достаточной степенью точности можно считать, что токи I₁ и I₂, проходящие по его обмоткам, будут обратно пропорциональны числу витков N₁ и N₂ этих обмоток, т.е.

I₁/I₂ = N₁/N₂ = n (109)

Следовательно, подобрав соответствующим образом число витков N₁ и N₂ обмоток трансформатора, можно измерять большие токи I₁, пропуская через электроизмерительный прибор малые токи I₂. Ток I₁ может быть при этом определен умножением измеренного вторичного тока I₂ на величину n.

Амперметры, предназначенные для постоянной работы совместно с трансформаторами тока, градуируют на заводе с учетом коэффициента трансформации, и значения измеряемого тока I₁ могут быть непосредственно отсчитаны по шкале прибора.

Для предотвращения опасности поражения обслуживающего персонала электрическим током в случае повреждения изоляции трансформатора один из зажимов вторичной обмотки и кожух трансформатора заземляют.

На э. п. с. применяют так называемые проходные трансформаторы тока (рис. 335). В таком трансформаторе магнитопровод 3 и вторичная обмотка 2 смонтированы на проходном изоляторе 4, служащем для ввода высокого напряжения в кузов, а роль первичной обмотки трансформатора выполняет медный стержень 1, проходящий внутри изолятора.

Рис. 335. Проходной измерительный трансформатор тока

Условия работы трансформаторов тока отличаются от обычных. Например, размыкание вторичной обмотки трансформатора тока при включенной первичной обмотке недопустимо, так как это вызовет значительное увеличение магнитного потока и, как следствие, температуры сердечника и обмотки трансформатора, т. е. выход его из строя.

Кроме того, в разомкнутой вторичной обмотке трансформатора может индуцироваться большая э. д. с, опасная для персонала, производящего измерения.

При включении приборов посредством измерительных трансформаторов возникают погрешности двух видов: погрешность в коэффициенте трансформации и угловая погрешность (при изменениях напряжения или тока отношенияU₁/U₂ и I₁/I₂ несколько изменяются и угол сдвига фаз между первичным и вторичным напряжениями и токами отклоняется от 180°).

Эти погрешности возрастают при нагрузке трансформатора свыше номинальной. Угловая погрешность оказывает влияние на результаты измерений приборами, показания которых зависят от угла сдвига фаз между напряжением и током (например, ваттметров, счетчиков электрической энергии и пр.).

В зависимости от допускаемых погрешностей измерительные трансформаторы подразделяют по классам точности. Класс точности (0,2; 0,5; 1 и т. д.) соответствует наибольшей допускаемой погрешности в коэффициенте трансформации в процентах от его номинального значения.

Вольтметр | Типы, определение и факты

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Этот день в истории
• Викторины
• Подкасты
• Словарь
• Биографии
• Резюме
• Популярные вопросы
• Обзор недели
• Инфографика
• Демистификация
• Списки
• #WTFact
• Товарищи
• Галереи изображений
• Прожектор
• Форум
• Один хороший факт

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Britannica объясняет
  В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
• Britannica Classics
  Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
• #WTFact Видео
  В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
• На этот раз в истории
  В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.
• Demystified Videos
  В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.

• Студенческий портал
  Britannica — лучший ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
• Портал COVID-19
  Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
• 100 женщин
  Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.
• Britannica Beyond
  Мы создали новое место, где вопросы находятся в центре обучения. Вперед, продолжать. Просить. Мы не будем возражать.
• Спасение Земли
  Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать!
• SpaceNext50
  Britannica представляет SpaceNext50. От полёта на Луну до управления космосом — мы исследуем широкий спектр тем, которые подпитывают наше любопытство к космосу!

Содержание

• Введение

Краткие факты

• Связанный контент

Викторины

• Интересные факты об измерениях и математике

Как измерить ток и напряжение

07. 07.2022 | General, Knowledge

Ток и напряжение являются наиболее фундаментальными характеристиками электрической цепи. Без знания этих величин было бы невозможно производить смартфоны, телевизоры и даже холодильники. Именно по этой причине мы хотим вернуться к основам электротехники и объяснить вам, как производить измерения тока и напряжения.

Основы – параллельное и последовательное соединение

В электротехнике различают два типа цепей: Параллельное и последовательное соединения. Вы можете увидеть эти два типа цепей здесь:

Параллельное (слева) и последовательное (справа) соединение

Конечно, вы сейчас спросите: В чем разница между параллельными и последовательными цепями и почему это важно для измерения тока и напряжения?

В последовательной схеме два компонента (в нашем случае две лампы) последовательно подключаются к источнику питания. Характеристика последовательного соединения заключается в том, что везде присутствует один и тот же ток, независимо от того, в какой точке вы измеряете. Это можно представить себе как водопроводную трубу: если вода втекает в трубу с одного конца, такое же количество воды должно выйти с другого конца. Такой же поток воды преобладает и везде в трубе.

Однако электрическое напряжение не везде одинаково в последовательной цепи. Часть напряжения теряется на первой лампе (это называется падением напряжения), а еще часть напряжения теряется на второй лампе. Чем больше компонентов вы соедините последовательно, тем меньше напряжения останется для последнего компонента.

Напротив, в параллельной цепи падение напряжения одинаково для всех компонентов. Причиной этого является расположение компонентов: они расположены рядом друг с другом, а не непосредственно друг за другом. Но это также означает, что ток во всей цепи неодинаков. Здесь снова уместна аналогия с водопроводной трубой. Если водопроводная труба делится на две меньшие трубы, через каждую трубу протекает только часть первоначального общего тока.

Но теперь мы уже достаточно утомили вас основами. Так как же работает измерение тока и напряжения?

Измерение тока

Для измерения тока и напряжения используются так называемые амперметры и вольтметры. Устройства, которые могут измерять ток, а также напряжение (и, как правило, другие величины), называются мультиметрами или анализаторами мощности.

Если вы хотите измерить ток, вы подключаете амперметр последовательно к компонентам. Почему в сериале? Потому что только тогда, как объяснялось выше, через амперметр и компонент протекает один и тот же ток. Если бы амперметр был подключен параллельно компоненту, измерялся бы другой ток.

При этом амперметр должен иметь очень низкое внутреннее сопротивление. Благодаря этому низкому внутреннему сопротивлению измерительное устройство почти не влияет на цепь. Если бы внутреннее сопротивление было большим, то (согласно закону Ома) в цепи протекал бы и меньший ток. В этом случае измерение повлияет на систему. Из-за этого низкого внутреннего сопротивления использовать параллельно амперметр снова очень плохая идея. В этом случае через амперметр может протекать большой ток. Этот сверхток вызовет срабатывание внутренней защиты от перегрузки по току и, как минимум, перегорит предохранитель. Затем амперметр перестанет работать, пока не будет заменен предохранитель.

Амперметр в электрической цепи

Однако не всегда возможно разомкнуть цепь для установки амперметра. В этих случаях предпочтительнее косвенное измерение тока. Это означает, что вы измеряете не сам ток, а сопутствующие эффекты течения тока. Отсюда можно рассчитать электрический ток. Примером устройства косвенного измерения тока являются токоизмерительные клещи. Он измеряет магнитное поле, создаваемое током, и, таким образом, делает вывод о протекании тока в проводнике. Вы можете найти сообщение в блоге о текущих зажимах здесь.

Измерение напряжения

Измерение напряжения работает в противоположном направлении от измерения тока. Измеритель напряжения (вольтметр) подключается параллельно компоненту, падение напряжения которого необходимо измерить. Параллельно потому, что в параллельной цепи в обеих ветвях преобладает одинаковое напряжение. Вы также можете подумать о том, что произойдет, если вы установите счетчик неправильно, т.е. в последовательном соединении. В этом случае на самом счетчике упадет напряжение, и результат измерения будет неправильным.

Для точного измерения напряжения вольтметр должен иметь очень высокое внутреннее сопротивление. Желательно, чтобы это сопротивление было намного выше, чем сопротивление компонента, на котором вы хотите измерить падение напряжения. Это необходимо, потому что в противном случае изменился бы ток в цепи и, следовательно, падение напряжения на компоненте. Таким образом, в этом случае вольтметр будет иметь прямое влияние на ток в цепи.

Вольтметр в электрической цепи

Косвенное измерение тока возможно и очень распространено, но косвенное измерение напряжения невозможно. Однако возможно бесконтактное измерение напряжения с помощью электрометров и подобных измерительных приборов. Однако в области электротехники эти методы используются редко.

Измерение тока и напряжения с высочайшей точностью – DEWETRON

Нет идеальных амперметров, вольтметров или мультиметров. Каждое из этих измерительных устройств имеет погрешность измерения, которая может варьироваться в зависимости от области применения и типа устройства. Погрешность измерения зависит, например, от частоты переменного напряжения или от разрешающей способности (указывается в битах) прибора. Величина напряжения и тока также может вызывать проблемы. Многие измерительные устройства имеют ограниченный диапазон измерений и теряют точность уже на краю этого диапазона измерений.

DEWETRON — производитель высокоточных измерительных приборов со штаб-квартирой в Австрии и занимается именно такими проблемами. Мы производим ряд измерительных приборов, которые выделяются своей превосходной точностью. Например, наш анализатор мощности смешанных сигналов имеет погрешность измерения менее 0,03%. В сочетании с разрешением до 18 бит и частотой дискретизации 10 000 кГц/с этот анализатор мощности идеально подходит для точного анализа тока и напряжения.