Селективный вольтметр ZETLAB, компонент SCADA системы

Для чего предназначен вольтметр 4

8.4 Цифровые вольтметры

По виду измеряемой величины цифровые вольтметры делятся на: вольт­метры постоянного тока, переменного тока (средневыпрямленного или сред­него квадратического значения), импульсные вольтметры — для измерения параметров видео- и радиоимпульсных сигналов и универсальные вольтмет­ры, предназначенные для измерения напряжения постоянного и переменного тока, а также ряда других электрических и неэлектрических величин (сопро­тивления, температуры и прочее).

Принцип работы цифровых измерительных приборов основан на дискретном и цифровом представлении непрерывных измеряемых величин. Упрощенная структурная схема цифрового вольтметра приведена на рис.8.10.Схема состоит из входного устройства, АЦП, цифрового отсчетного устройства и управляющего устройства.

Рис.8.10.Упрощенная структурная схема цифрового вольтметра.

Входное устройство содержит делитель напряжения; в вольтметрах пере­менного тока оно включает в себя также преобразователь переменного тока в постоянный.

АЦП преобразует аналоговый сигнал в цифровой, представляемый циф­ровом кодом. Процесс аналого-цифрового преобразования составляет сущ­ность любого цифрового прибора, в том числе и вольтметра. Использование в ацп цифровых вольтметров двоично-десятичного кода облегчает обратное преобразование цифрового кода в десятичное число, отражаемое цифровым отсчетным устройством.

Цифровое отсчетное устройство измерительного прибора регистрирует измеряемую величину. Управляющее устройство объединяет и управляет всеми узлами вольтметра.

По типу АЦП цифровые вольтметры могут быть разделены на четыре ос­новные группы:

• кодоимпульсные (с поразрядным уравновешиванием);

В настоящее время цифровые вольтметры строятся чаще на основе кодо-импульсного и времяимпульсного преобразования.

АЦП вольтметров преобразуют сигнал постоянного тока в цифровой код, поэтому и цифровые вольтметры также считаются приборами постоянного тока. Для измерения напряжения переменного тока на входе вольтметра ста­вится преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение, чаще всего это детектор средневыпрямленного значения.

Проанализируем основные технические характеристики среднестатисти­ческого цифрового вольтметра постоянного тока:

• диапазон измерения: 100 мВ, 1 В, 10 В, 100 В, 1000 В;

• порог чувствительности (уровень квантования амплитуды напряжения или единица дискретности) на диапазоне напряжения в 100 мВ может быть 1мВ, 10ОмкВ, 10мкВ;

• количество знаков (длина цифровой шкалы) — отношение максималь­ной измеряемой величины на этом диапазоне к минимальной; например:

диапазону измерения 100 мВ при уровне квантования 10 мкВ соответствует 104 знаков;

• входное сопротивление электрической схемы — очень высокое, обычно более 100 МОм;

• помехозащищенность — так как цифровые вольтметры обладают высо­кой чувствительностью, очень важно обеспечить хорошую помехозащищен­ность. Упрощенная структурная схема, поясняющая принцип возникновения по­мех на входе цифрового вольтметра показана на рис. 8,11.

Помеха общего вида возникает в электрической схеме из-за несовершенства источников питания на частотах 50 и 100 Гц, создает падение напряже­ния на сопротивлении r0 соединительного провода и переходит во входную цепь вольтметра, если сопротивление утечки Rут между клеммами и корпусом невелико. Если же одну из клемм прибора заземлить, то доля помехи общего вида, переходящая во входную цепь ,увеличится. Поэтому при измерении малых сигналов пользуются изолированным от земли (корпуса) входом вольтметра.

Рис.8.11. Схема возникновения помех на вход цифрового вольтметра

Здесь Ес — источнике сигнала; Енв — помеха, приложенная ко входу вольт­метра (помеха нормального вида, наводки); Еов — помеха общего вида, воз­никающая из-за разности потенциалов корпусов источника сигнала и вольт­метра; Ri — внутренне сопротивление источника сигнала; Rвх —входное сопротивление вольтметра.

Способы уменьшения влияния помех:

• использование экранированных проводов и изолированного входа вольтметра;

• применение-интегрирующих вольтметров; при этом период помехи Uпом(t)= Umпомsinωt кратен времени измерения и помеха устраняется по периоду согласно формуле:

Uпом = Umпомsinωtdt0;

• включение на входе вольтметра фильтра с большим коэффициентом по­давления помехи (60… 70 дБ).

В последнем случае коэффициент подавления помехи определяется сле­дующим образом: Кпод = 20lg (Uп вх/ Uп вых ), где Uп вх — амплитуда помехи на входе фильтра, Uп вых – амплитуда помехи на его выходе.

Точность цифровых вольтметров. Распределение погрешности по диапа­зону измерения напряжений определяется пределом допускаемой относи­тельной основной погрешности , характеризующей класс точности средства измерения:

Δ =

где и— измеряемое напряжение; Uк— конечное значение диапазона измере­ний; с, d — соответственно относительные приведенные суммарная и адди­тивная составляющие погрешности.

Читайте также:  Как правильно красить пластик салона авто

Быстродействие. Современные схемы АЦП, применяемые в цифровых вольтметрах, могут обеспечить очень большое быстродействие, однако из соображений точной регистрации полученного результата и усреднения сете­вой помехи у цифровых вольтметров оно уменьшается примерно до 20… 50 измерений в секунду.

Кодоимпульсные цифровые вольтметры

В кодоимпульсных цифровых вольтметрах (в вольтметрах с поразрядным уравновешиванием) реализуется принцип компенсационного метода измере­ния напряжения. Упрощенная структурная схема такого вольтметра пред­ставлена на рис. 8.12.

Измеряемое напряжение U‘x, полученное с входного устройства, сравнивается ,с компенсирующим напряжением Uк вырабатываемым прецизионным делителем и источником опорного напряжения. Компенсирующее напряже­ние имеет несколько уровней, квантованных в соответствии с двоично-десятичной системой счисления. Например, двухразрядный цифровой вольт­метр, предназначенный для измерения напряжений до 100 В, может включать следующие уровни напряжений: 80,40,20, 10, 8,4,2,1 В.

Сравнение, измеряемого U‘x и компенсирующего Uк напряжений произво­дится последовательно по командам управляющего устройства. Процесс сравнения напряжений показан на рис. 8.13. Управляющие импульсыUy че­рез определенные интервалы времени переключают сопротивления прецизи­ онного делителя таким образом, что на выходе делителя последовательно возникают значения напряжения: 80, 40, 20, 10, 8, 4, 2, 1 В; одновременно к соответствующему выходу прецизионного делителя подключается устрой­ство сравнения.

Если Uк > U’x, то с устройства сравнения поступает сигнал Uср на отклю­чение в делителе соответствующего звена, так, чтобы снять сигнал Uк . Если Uк U’x. Интегрирование опорного напряжения продолжается до тех пор, пока выходное напряжение интегратора снова не станет равным нулю (при этом T2 = t2 – t1). Поэтому в течение времени второго интервала на выходе интегратора формируется спадающее напряжение: Uи = – Uионdt. При этом длительность интервала интегрирования T2 тем больше, чем выше амплитуда измеряемого напряжения U’x .

В момент времени t = t2 напряжение Uи на выходе интегратора становится равным нулю и устройство сравнения (второй вход соединен с корпусом) выдает сигнал на триггер, возвращая его в исходное состояние. На его выхо­де формируется импульс U т длительностью T2, поступающий на вход схемы И. На другой ее вход подается сигнал Uгси с генератора счетных импульсов.По окончании импульса U т , поступающего с триггера, процесс измерения прекращается.

Преобразование временного интервала T2 в эквивалентное число импуль­сов N осуществляется так же, как и в предыдущем методе — путем заполне­ния интервала T2 импульсами генератора счетных импульсов и подсчета их числа счетчиком. На счетчике, а значит и на цифровом отсчетном устройстве записывается число импульсовN(Uсч), пропорциональное измеряемому напряжению Ux :

U’х dt Uионdt = 0

Это выражение приводит к следующим формулам:

Т1= Т0К; T2 = Т0 N; U’х Т1= Uион T2 .

Из последних соотношений получим U’х = Uион N/K

Из приведенных соотношений видно, что погрешность результата изме­рения зависит только от уровня образцового напряжения (а не от нескольких, как в кодоимпульсном приборе). Однако здесь также имеет место погреш­ность дискретности. Достоинство прибора — высокая помехозащищенность,

так как он интегрирующий. На основе схем с двойным интегрированием вы­пускают приборы с более высоким классом точности, чем приборы с ГЛИН. Вольтметры этого типа имеют погрешность измерения 0,005.. .0,02 %.

Цифровые вольтметры наивысшего класса точности создаются комбинированными: в схемах сочетаются методы поразрядного уравновешивания и времяимпульсного интегрирующего преобразования.

Большинство серийных цифровых вольтметров переменного тока строят с применением преобразователей переменного тока в постоянный (детекторов) средневыпрямленного и среднего квадратического значения. Свойства этих приборов будут во многом определяться детекторами.

Что измеряет вольтметр и как им пользоваться

Вольтметр является специальным измерительным прибором. Зачем применяют вольтметр, что измеряет данный аппарат? Его используют для замера напряжения, которое исчисляется в Вольтах, отсюда название прибора. Чувствительность прибора напрямую зависит от входного сопротивления вольтметра. Чем оно больше, тем выше чувствительность.

Классификация

Учитывая метод производства замеров, приборы можно разделить на те, которые сравнивают входные значения с какой-то величиной и те которые производят непосредственные замеры.

По механизму реализации они бывают:

  • Электромеханическими;
  • Электронно-аналоговыми;
  • Электронно-цифровыми.

Еще одно деление происходит по характеристикам замеряемого напряжения. По такой классификации приборы делят на:

  • Универсальные,
  • Селективные,
  • Импульсные,
  • Фазовые.

Аналоговые электромеханические

Это простые стрелочные устройства, в которых, чтобы увеличить пределы замеров, в схему встроены дополнительные сопротивления.

Несмотря на достаточно большое внутреннее сопротивление, погрешность у этого типа устройств высокая. Именно поэтому невозможно их использование в замерах, где нужна высокая точность, например, в лабораториях.

Важно! Как, используя вольтметр, определить его показания? Смотря на стрелку и помня о цене деления.

Аналоговые электронные вольтметры общего назначения

Схожи с электромеханическими аппаратами – такая же стрелочная методика индикации, однако имеют внутри себя измерительный усилитель. Его основной задачей является повышение внутреннего сопротивления, что, в свою очередь, позитивно сказывается на лимитах замеров. Для данных приборов эти пределы намного ниже.

Читайте также:  Алкопоп Значение, Определение, Предложения

Цифровые электронные вольтметры общего назначения

Принцип работы цифрового прибора реализован на АЦП. Он видоизменяет замеряемое напряжение в электронный сигнал, который затем показывается на дисплее в виде цифры. Качество и точность зависят от АЦП, установленного в нем.

Диодно-компенсационные вольтметры переменного тока

При помощи вакуумного диода происходит сверка напряжения, которое соизмеряется с образцовым величиной разности потенциалов, снимающейся с генератора внутри аппарата. Данный способ проведения замеров позволяет охватить очень большой диапазон частот: от низких до очень высоких. Этот способ гарантирует очень высокую точность замеров.

Импульсные

Импульсный вольтметр – это такой вид измерительных аппаратов, который применяют, чтобы измерить отклонения периодических и одиночных сигналов.

Фазочувствительные

Эти приборы необходимы для сбора информации о комплексном напряжении. На них устанавливают два дисплея. Они отображают две составные части комплексного напряжения.

Селективные

Они применяются, чтобы померить разности потенциалов основной частоты. Также с их помощью можно определить составляющие амплитуды сложной формы.

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.

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.

Основные нормируемые характеристики

Это:

  • Обхват замеряемого напряжения;
  • Класс точности прибора;
  • Обхват рабочих частот.

Принцип действия

Электромеханические устройства основаны на воздействии напряжения на магнитное поле. Стрелка прибора закреплена к оси с постоянным магнитом. Когда он подвергается воздействию магнитного поля, возникающего под действием напряжения, стрелка отклоняется. Чем выше разность потенциалов, тем больше магнитное поле, значит, больше сдвинется стрелка.

Электронные вольтметры как работают

Аналоговые электронные устройства также имеют стрелку со шкалой в роли индикатора. Однако входящий сигнал сначала попадает на электронный детектор, преобразуется, при необходимости усиливается и затем отклоняет стрелку. Нужно быть внимательным к тому, что показывает прибор, ведь у вольтметров разная цена деления шкалы.

Принцип действия цифровых вольтметров основан на АЦП, который преобразует входящее значение в сигнал, поступающий на экран.

Как подключать вольтметр, правила пользования

Как пользоваться вольтметром? Для подключения всегда применяют параллельный метод. Чтобы данные, получаемые с прибора, были максимально точны, его сопротивление обязано быть как можно больше. Иначе он будет забирать на себя ток, увеличивая нагрузку. Если его подключить последовательно, то он просто оборвет цепь.

Из правил техники безопасности стоит выделить следующие:

  • Не применять вольтметр для измерения напряжения, выходящего за лимиты.
  • Не применять в неподходящих условиях эксплуатации. Например, экстремальные температуры и влажность могут негативно сказаться на работе устройства.
  • Не работать в недостаточно освещённом месте.

Технические характеристики

Различные, в зависимости от модели. Помимо упомянутых нормируемых характеристик, могут быть мобильными или стендовыми, иметь стрелочную индикацию или на дисплее, быть различными по весу и размерам. Также условия эксплуатации могут отличаться. Температура, влажность и давление атмосферы для каждой модели индивидуальны.

Видео

Что такое вольтметр, принцип работы, типы и применение

В этом посте вы узнаете, что такое вольтметр, его принцип работы, чувствительность к напряжению, различные типы вольтметров и их применение.

С момента своего изобретения вольтметр всегда был основой измерений силовых цепей. Чтобы убедиться, что ваша схема была спроектирована и собрана правильно, вам понадобятся измерительные приборы на основе измерителя напряжения для ее проверки.

Что такое вольтметр

Вольтметр — это измерительный прибор, который измеряет напряжение между двумя узлами в электрической цепи. В аналоговых вольтметрах указатель перемещается по шкале пропорционально напряжению цепи. Цифровые вольтметры имеют цифровое отображение напряжения с использованием аналого-цифрового преобразователя.

Постоянно установленные вольтметры используются для контроля генераторов или других стационарных устройств. Портативные приборы оснащены мультиметром для измерения тока и сопротивления. Это стандартные измерительные приборы, используемые в электротехнике и электронике. Купить вольтметр можно на Алиэкспресс:

Читайте также:  Токопроводящая смазка для контактов своими руками, проводит ли ток эпоксидный клей

Принцип работы вольтметра

Его работа основана на принципе закона Ома. Закон Ома гласит: «Напряжение на сопротивлении прямо пропорционально току, проходящему через него». Любой базовый счетчик имеет разность потенциалов на своих клеммах, когда через него протекает полномасштабный ток. Символом для обозначения вольтметра является круг с вложенной буквой V.

Вольтметр всегда подключается параллельно к нагрузке в цепи, для которой должно измеряться напряжение. Вольтметр постоянного тока имеет знаки полярности. Поэтому необходимо подключить клемму плюса (+) вольтметра к верхней точке потенциала, а клемму минуса (-) к нижней точке потенциала, чтобы получить отклонение вольтметра.

В вольтметре переменного тока нет знаков полярности, и его можно подключить в любом случае. Однако в этом случае также вольтметр все еще подключен параллельно к нагрузке, для которого измеряется напряжение. Вольтметр с диапазоном высокого напряжения создается путем последовательного соединения сопротивления с измерительным механизмом, который имеет полную шкалу напряжения, как показано на рисунке ниже.

Рис. 3 — Полная шкала напряжения

Типы вольтметров

Аналоговые вольтметры

Включает отклоняющий тип индикаторных измерителей напряжения. Аналоговый вольтметр можно разделить на три категории.

  • Инструменты с подвижной катушкой
  • Движущиеся железно
  • Электростатический вольтметр

Инструменты с подвижной катушкой

Тип измерительных приборов с подвижной катушкой Аналоговые вольтметры доступны в двух типах. Они есть:

  • Инструменты с подвижной катушкой с постоянным магнитом
  • Инструменты с подвижной катушкой

Инструменты с подвижной катушкой с постоянным магнитом

Инструменты с постоянными магнитами с подвижной катушкой реагируют только на постоянный ток. Эти инструменты имеют постоянный магнит для создания магнитного поля. Катушка намотана на кусок мягкого железа и вращается вокруг собственной вертикальной оси. Когда ток течет через катушку, отклоняющий крутящий момент генерируется в соответствии с уравнением силы Лоренца.

Приборы с подвижной катушкой типа «Динамо» состоят из двух катушек. Одна катушка зафиксирована, а другая катушка вращается вокруг нее. Взаимодействие двух полей создает отклоняющий момент.

Инструменты с подвижным железом

Инструменты с подвижным железом используются в цепях переменного тока и подразделяются на инструменты с простым подвижным железом, типом динамометра и индукционным. Он состоит из мягкого железа, содержащего подвижные и неподвижные катушки.

Взаимодействие потоков, создаваемых этими элементами, создает отклоняющий момент. Диапазоны расширены за счет удержания резисторов последовательно с катушкой.

Электростатический вольтметр

Он работает по электростатическому принципу, когда отталкивание между двумя зарядовыми пластинами отклоняется от указателя, прикрепленного к пружине.

Эти приборы используются для измерений переменного и постоянного тока высокого напряжения. Это высокочувствительные приборы, способные измерять минимальное напряжение заряда, а также напряжение высокого диапазона почти 200 кВ.

Вакуумный ламповый вольтметр

Эти типы инструментов могут работать как с переменным / постоянным напряжением, так и с измерениями сопротивления. Эти устройства используют электронный усилитель между входом и счетчиком.

Если это устройство использует вакуумную лампу в усилителе, то это называется вакуумным ламповым вольтметром (VTVM). VTVM используются в измерениях переменного тока высокой мощности.

Полевой транзистор (FET) — это транзистор, который использует электрическое поле для управления электрическим поведением устройства. Они также известны как униполярные транзисторы. Вольтметр на основе полевых транзисторов использует это свойство полевых транзисторов при измерении напряжения.

Цифровой вольтметр (DVM)

DVM отображает напряжение с помощью светодиодов или ЖК-дисплеев для отображения результата. Прибор должен содержать аналого-цифровой преобразователь. Устройство содержит запрограммированный микроконтроллер, АЦП и ЖК-дисплей для обеспечения точного цифрового отображения аналоговых значений от 0 до 15 вольт постоянного тока.

Они используются из-за таких свойств, как точность, долговечность и уменьшают ошибки параллакса.

Применения вольтметра

Приложения вольтметра включают в себя:

  • Это очень полезно для определения напряжения устройства накопления заряда, например, для проверки напряжения батареи. Например, новая ячейка ААА будет иметь около 1,6 В. Свинцово-кислотный автомобильный аккумулятор 12 В будет показывать 12,5 В при полной зарядке или 14 В при зарядке от генератора в автомобиле. Если он показывает 10 В, значит, с генератором что-то не так.
  • Его можно использовать просто для того, чтобы узнать, есть ли в цепи питание или нет, например, в сетевой розетке.
  • Убедитесь, что питание включено или выключено на приборах.
  • Мы можем рассчитать ток путем измерения напряжения на известном сопротивлении. Это полезно, когда у вас нет амперметра.
  • Они используются для построения проверки непрерывности с последовательным аккумулятором.
  • Они используются для построения омметра с помощью делителя напряжения с неизвестным резистором.
  • Они используются для построения амперметра путем измерения напряжения на шунтирующем резисторе.
Ссылка на основную публикацию
Свобода передвижений и выбора места жительства в России миф или реальность 7strannik — ЖЖ
Нарушение права на свободу передвижения Jus naturale Согласно статье 27 Конституции РФ, физические лица, законно находящиеся на территории Российской Федерации,...
Сверло для титана — Все промышленные производители — Видеоролики
Продажа спиральных сверел Ruko по доступной цене Отображаются все 3 результата Отображаются все 3 результата Операция создания отверстий требует высокопрочных,...
Светодиодная лампа светится после выключения — что делать
Почему светодиодная лампа тускло горит после выключения Нередко из отзывов покупателей можно услышать жалобы на то, что при выключении света...
Свои настройки для датчиков давления в шинах Tiguan 2
Датчик давления в шинах Фольксваген Тигуан установка, проверка Концерн VW славится обстоятельным подходом к обеспечению комфортного и безопасного вождения своих...
Adblock detector