Что такое вольтметр?
Вольтметр — это специальный электроизмерительный прибор, предназначенный для определения напряжения в электрической цепи. Результаты измерений отображаются в единицах напряжения: вольтах (В), а также в производных единицах — киловольтах (кВ), милливольтах (мВ) и микровольтах (мкВ), что позволяет работать с сигналами разной величины.
Основные типы вольтметров
По принципу отображения информации вольтметры принято делить на два основных класса: аналоговые (стрелочные) и цифровые. Цифровые приборы, как правило, обеспечивают более высокую точность измерений и удобство считывания показаний по сравнению с классическими аналоговыми моделями.
Ключевой элемент: преобразователь
Сердцем любого вольтметра является преобразователь, который во многом определяет метрологические характеристики всего устройства. Выходной сигнал этого преобразователя может быть пропорционален различным параметрам входного напряжения: его амплитудному (пиковому) значению, средневыпрямленному или действующему (эффективному) значению. Именно эта зависимость и определяет, какое именно напряжение — амплитудное, средневыпрямленное или эффективное — измеряет конкретная модель вольтметра.
Принцип действия и точность
Аналоговые вольтметры измеряют напряжение с помощью магнитоэлектрического механизма, который отклоняет стрелку по калиброванной шкале. Погрешность таких приборов обычно находится в диапазоне от 1% до 3%.
Цифровые вольтметры работают по двум основным схемам. Первая — схема прямого преобразования, где напряжение измеряется напрямую. Вторая, более точная — схема уравновешивания (или сравнения). В этом случае измеряемое напряжение автоматически сравнивается с высокостабильным, дискретно изменяющимся образцовым (эталонным) напряжением.
- Цифровые вольтметры прямого преобразования имеют основную погрешность от 0,1% до 1%.
- Вольтметры, работающие по принципу уравновешивающего преобразования, отличаются повышенной точностью, их погрешность может достигать впечатляющих значений от 0,01% до 0,05% от измеряемой величины.
Разнообразие измерительных систем
В зависимости от физического принципа, лежащего в основе измерения, вольтметры бывают различных систем: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, тепловые, индукционные, детекторные, термоэлектрические, электронные и электростатические. Каждая система имеет свою область применения:
- Магнитоэлектрические системы предназначены для измерения постоянного тока.
- Индукционные системы используются для измерений в цепях переменного тока.
- Остальные перечисленные системы являются универсальными и могут измерять как постоянное, так и переменное напряжение.
Расширение пределов измерения
Для увеличения диапазона измеряемых напряжений в конструкцию вольтметра вводятся дополнительные (вспомогательные) элементы. К ним относятся добавочные резисторы (сопротивления), повышающие предел измерения по напряжению, а также трансформаторы напряжения или измерительные конденсаторы, которые позволяют безопасно измерять высокие напряжения в цепях переменного тока.