Классификация вольтметров

Приборы различаются по принципу действия, бывают электромеханические и электронные.

По назначению, приборы – импульсные, измеряющие сеть постоянного и переменного тока.

Как подключить вольтметр

Вольтметр включают в цепь параллельно нагрузке и источнику напряжения, это делается для того чтобы высокое сопротивление, используемое в приборе не оказывало влияние на показания прибора. Величина тока протекающего через прибор должна быть минимальной.

Рис. №1. Схема подключения вольтметра в электрическую сеть.

Технические характеристики вольтметра

Нормальная работа вольтметра возможна при температуре воздуха не превышающая 25 – 30^оС с относительной влажностью воздуха до 80% при атмосферном давлении 630 – 800мм рт. ст. Частота питающей сети 50 Гц и с напряжением 220В (частотой до 400 Гц). На измерение большое влияние оказывает форма кривой переменного напряжения питающей сети – синусоида с коэффициентом гармоник не более 5%.

Возможности прибора оцениваются при помощи следующих показателей:

1. Сопротивление прибора.

2. Диапазон измеряемых величин напряжения.

3. Класс точности измерений.

4. Предельные границы частот напряжения переменной цепи.

Принцип действия прибора

В основу работы вольтметра заложен метод аналогово-цифрового преобразования с двухтактным интегрированием. Рассмотрим работу прибора на примере В7-35. Преобразователи установленные в конструкции, измеряя величины напряжения постоянного и переменного тока, силу тока, сопротивление, преобразуют в нормализованное напряжение и при использовании АЦП преобразуют в цифровой код.

Функциональная схема цифрового вольтметра работает на использовании 4 преобразователей это:

1. Масштабирующий преобразователь.

2. Низкочастотный прибор, преобразующий напряжение переменного тока в постоянный ток.

3. Преобразователь силы постоянного и переменного тока в напряжение.

4. Преобразователь сопротивления в напряжение.

Рис. №2.Схема цифрового вольтметра

Вольтметр переменного тока

Широкополосные электронные вольтметры, используемые в сетях переменного тока, имеют свои конструктивные особенности и свойственную только им градуировку. Степень воздействия на измеряемую цепь при исследовании зависит от входных параметров комплексное, это: входное активное сопротивление (Rв), при этом сопротивление должно быть наиболее высоким, емкость на входе (Cв), она должна быть как можно меньше и индуктивность (Lпр), она вместе с емкостью создает последовательный колебательный контур, отличающийся своей резонансной частотой.

Схема подключения высокочастотного вольтметра.

Измерение сопротивления вольтметром

Низкоомный вольтметр с сопротивлением не более 15 Ом пригоден для измерения сопротивлений и выполняется при помощи формулы:

Rx = Rи * (U1/U2 – 1)

Для формулы используются сопротивление вольтметра Rв, а также 1 и 2 показания вольтметра, точность измерения не всегда соответствует действительности, так как замер осуществляется без учета внутреннего сопротивления прибора. Более точный результат достигается при использовании формулы:

Rx = (Rв + r ) * (U1/U2 — 1), внутреннее сопротивление – r.

При замере каждое последующее сопротивление должно быть большим по сопротивлению вольтметра и выполнятся с фиксацией каждого замера.

Для того чтобы определить какое напряжение показывает вольтметр руководствуются шкалой вольтметра, при помощи цены деления прибора. Она определяется по верхнему пределу замеряемого значения, которое делится на количество делений шкалы.

Омметр

Принцип работы электронных омметров основан, как правило, на двух методах: методе стабилизированного тока в цепи делителя и методе преобразования измеряемого сопротивления в пропорциональное ему напряжение.

Схема омметра, построенная по методу стабилизированного тока в цепи делителя, представлена на рисунке.

Рис. 10.4 Схема измерения сопротивления методом стабилизированного тока в цепи делителя.

В данной схеме делитель напряжения питается от источника опорного напряжения. Падение напряжения на измеряемом резисторе усиливается и измеряется электромеханическим прибором. Для данной схемы справедливо следующее соотношение:

. (10.4)

Из формулы видно, что шкала таких приборов нелинейная. Приборы данного типа могут использоваться для измерения малых и больших сопротивлений в зависимости от схемы включения измеряемого и добавочного резистора. Для повышения точности весь диапазон измерений разбивается на поддиапазоны, каждому из которых соответствует свое значение добавочного резистора.

В схеме, реализующей метод преобразования сопротивления в напряжение, применяется операционный усилитель с отрицательной обратной связью.

Рис. 10.5 Схема омметра на операционном усилителе.

Такие схемы используют для измерения средних и больших сопротивлений. Напряжение на выходе ОУ будет пропорционально измеряемому сопротивлению.

, (10.5)

При большом значении коэффициента усиления уравнение шкалы такого прибора будет равномерным.

Мосты постоянного и переменного тока позволяют производить измерения сопротивлений с высокой точностью и в широком диапазоне от наноом ( ) до петаом ( ). Цифровые мосты обеспечивают измерение до тераом ( ).

При реализации цифровых измерителей параметров элементов электрических цепей получили метод дискретного счета и метод уравновешивающего преобразования.

Ремонт (амперметра, вольтметра, омметра)

При необходимости регулировку показаний электромагнитных амперметров или вольтметров осуществляют одним или несколькими способами: изменением активного сопротивления в последовательных и параллельных электрических цепях прибора; изменением рабочего магнитного поля в зоне перемещения ферромагнитного сердечника; изменением противодействующего момента посредством замены спиральной пружинки; изменением числа витков неподвижной катушки, создающей магнитное поле. В общем случае вначале подключают регулируемый прибор к поверочной установке и, если это амперметр, плавно поднимают ток до номинального значения, а если регулируемый прибор является вольтметром, то плавно увеличивают напряжение до номинального, после чего вольтметр прогревают током в течение 15...30 мин. Затем определяют погрешности регулируемого прибора на всех числовых отметках при обратном и прямом перемещениях стрелки вдоль шкалы и выясняют, что требуется для того, чтобы показания прибора соответствовали его классу точности, нуждается ли прибор в перечерчивании шкалы, обновлении циферблата и т.д.

Регулировку электромагнитных приборов выполняют при питании переменным током промышленной частоты или той, которая обозначена на циферблате прибора. Характер регулировок устанавливают в зависимости от конструкции и назначения прибора.

По назначению и конструкции электромагнитные приборы делятся на следующие основные группы:

• амперметры с плоской катушкой;

• вольтметры с плоской катушкой;

• амперметры и вольтметры с круглой катушкой;

• астатические амперметры и вольтметры.

Регулировка амперметров с плоской катушкой.

Амперметр подключают к поверочной установке и плавно доводят ток до номинального значения. При незначительном переходе указателя до номинальной отметки конец железной пластинки, расположенной сбоку плоской катушки (боковой магнитный шунт), приближают к щели катушки, а при излишнем отклонении - отодвигают от щели. Более значительное влияние на отклонение указателя оказывает перемещение другой железной пластинки (внутреннего магнитного шунта), которую можно смещать по направляющим кулисным прорезям: вдвигание этого шунта внутрь катушки увеличивает показания регулируемого амперметра, а выдвигание-уменьшает их. Может оказаться, что смещение шунтов не даст нужного положительного результата. Тогда уменьшают или увеличивают число витков катушки или же прибегают к замене спиральной пружинки. При неполном отклонении подвижной части и номинальном токе увеличивают число витков провода, намотанного на плоскую катушку, или, наоборот, уменьшают число витков при излишнем отклонении указателя прибора. Катушку после изменения числа витков устанавливают на место и окончательно регулируют отклонение указателя, пользуясь магнитными шунтами, которые затем надежно закрепляют стопорными винтами.

Замену спиральной пружинки производят в основном при ремонте амперметров непосредственного включения, измеряющих большие токи, когда число витков провода на катушке невелико и затруднена регулировка изменением их числа. В этом случае при недоходе указателя до верхнего предела показаний и номинальном токе заменяют спиральную пружинку на пружинку с меньшим моментом.

При регулировке обращают внимание на получение возможно более равномерной шкалы в пределах требований: шкала считается равномерной, если отношение длины наибольшего деления к длине наименьшего деления при одинаковой их цене не превышает значения 1,3. Регулировка будет тем более успешной, чем ближе к единице окажется это отношение. Неравномерность шкалы, свойственная электромагнитным приборам, зависит от правильности сборки, т. е. от степени достижения наилучшего взаимного расположения деталей. Поэтому если будет отмечено возрастание неравномерности перемещения указателя вдоль шкалы по сравнению с тем, которое было до ремонта прибора, то необходимо внести коррективы в расположение деталей измерительной части. При индивидуальном ремонте приборов всегда нужно стремиться к улучшению их качества по сравнению с достигнутым при массовом выпуске на заводе-изготовитель.

Регулировка вольтметров

Различают регулировку вольтметров, внутреннее сопротивление которых зафиксировано на циферблате в качестве номинального и не может быть изменено, как, например, у лабораторных приборов, и регулировку вольтметров, внутреннее сопротивление которых не указано на циферблате, поэтому не является номинальным, и может быть изменено, но в допустимых пределах по потреблению тока, чтобы исключить перегревание измерительной части вольтметра.

При регулировке вольтметра с зафиксированным номинальным сопротивлением сначала, пользуясь измерительным мостом с высоким классом точности, подгоняют сопротивление вольтметра к номинальному значению, затем регулируемый вольтметр подключают к поверочной установке и, ориентируясь на показания образцового прибора, плавно увеличивают напряжение до номинального, дают выдержку 15...30 мин, после чего перемещением бокового магнитного шунта добиваются соответствия показания регулируемого вольтметра номинальному напряжению. При регулировке вольтметра с не указанным на циферблате внутренним сопротивлением прибор подключают к поверочной установке, напряжение плавно доводят до номинального, делают выдержку 15...30 мин для прогрева измерительной части,после чего при незначительном отклонении стрелки регулируемого прибора от номинального значения регулировку ведут изменением положения бокового магнитного шунта; при значительном расхождении показаний регулируемого и образцового приборов регулировку производят путем изменения добавочного сопротивления с учетом необходимой температурной компенсации и потребляемой мощности.