Вольтметр

Вольтметр измеряет напряжение на том участке цепи, между которым он заключён. Например, в этом случае напряжение измеряется на выделенных резисторах.

Идеальный вольтметр должен обладать бесконечно большим внутренним сопротивлением. Поэтому, чем выше внутреннее сопротивление в реальном вольтметре, тем меньше влияния оказывает прибор на измеряемый объект и, следовательно, тем выше точность и разнообразнее области применения.

Резисторы, на которых измеряет напряжение вольтметр

• По принципу действия вольтметры разделяются на:
  • электромеханические — магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические, выпрямительные, термоэлектрические;
  • электронные — аналоговые и цифровые.
• По назначению:
  • постоянного тока;
  • переменного тока;
  • импульсные;
  • фазочувствительные;
  • селективные;
  • универсальные.
• По конструкции и способу применения:
  • щитовые;
  • переносные;
  • стационарные.

• Магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические и электростатические вольтметры представляют собой измерительные механизмы соответствующих типов с показывающими устройствами. Для увеличения предела измерений используются последовательно включённые добавочные сопротивления. Технические характеристики аналогового вольтметра во многом определяются чувствительностью магнитоэлектрического измерительного прибора. Чем меньше его ток полного отклонения, тем более можно дополнительно применять высокоомные добавочные резисторы. В этом случае входное сопротивление вольтметра будет более высоким. Тем не менее, даже при использовании микроамперметра с током полного отклонения 50 мкА (типичные значения 50..200 мкА), входное сопротивление вольтметра составляет всего 20 кОм/В (20 кОм на пределе измерения 1 В, 200 кОм на пределе 10 В). Это приводит к большим погрешностям измерения в высокоомных цепях (результаты получаются заниженными), например при измерении напряжений на выводах транзисторов и микросхем, и маломощных источников высокого напряжения.
  • Пример: М4265, М42305, Э4204, Э4205, Д151, Д5055, С502, С700М
• Выпрямительный вольтметр представляет собой сочетание измерительного прибора, чувствительного к постоянному току (обычно магнитоэлектрического), и выпрямительного устройства.
  • Пример: Ц215, Ц1611, Ц4204, Ц4281
• Термоэлектрический вольтметр — прибор, использующий ЭДС одной или более термопар, нагреваемых током входного сигнала.
  • Пример: Т16, Т218

Аналоговые электронные вольтметры содержат, помимо магнитоэлектрического измерительного прибора и добавочных сопротивлений, измерительный усилитель (постоянного или переменного тока), который позволяет иметь более низкие пределы измерения (до десятков — единиц милливольт и ниже), существенно повысить входное сопротивление прибора, получить линейную шкалу на малых пределах измерения переменного напряжения^[1].

В отличие от простых магнитоэлектрических систем, такие вольтметры дополнительно оснащаются измерительным усилителем, работающим на постоянном или переменном токе. Благодаря включению усилителя, прибор способен измерять значительно более низкие уровни напряжения — вплоть до единиц или даже долей милливольта.

Использование усилителя также позволяет существенно увеличить входное сопротивление устройства, что снижает нагрузку на исследуемую цепь и минимизирует искажение измеряемого сигнала. Это особенно важно при работе с высокоомными источниками сигнала. Ещё одним преимуществом аналоговых электронных вольтметров является возможность получения линейной шкалы даже на малых диапазонах измерения переменного напряжения, что упрощает визуальное считывание показаний и повышает точность работы прибора.

Принцип работы вольтметров дискретного действия состоит в преобразовании измеряемого постоянного или медленно меняющегося напряжения в электрический код с помощью аналого-цифрового преобразователя, который отображается на табло в цифровой форме.

Принцип действия диодно-компенсационных вольтметров состоит в сравнении с помощью вакуумного диода пикового значения измеряемого напряжения с эталонным напряжением постоянного тока с внутреннего регулируемого источника вольтметра. Преимущество такого метода состоит в очень широком рабочем диапазоне частот (от единиц герц до сотен мегагерц), с весьма хорошей точностью измерения, недостатком является высокая критичность к отклонению формы сигнала от синусоиды.

• Пример: В3-49, В3-63 (используется пробник 20 мм)

В настоящее время разработаны новые типы вольтметров, такие как В7-83 (пробник 20 мм) и ВК3-78 (пробник 12 мм), с характеристиками аналогичными диодно-компенсационным. Из иностранных аналогов можно выделить вольтметры серии URV фирмы Rohde&Schwarz с пробниками диаметром 9 мм.

Импульсные вольтметры — это специализированные электронные приборы, используемые для измерения амплитуд импульсных сигналов, как повторяющихся, так и одиночных. Они предназначены для измерения амплитуд периодических импульсных сигналов с большой скважностью и амплитуд одиночных импульсов. Основная задача таких вольтметров заключается в точной фиксации максимального значения напряжения, которое может длиться крайне короткое время, зачастую микросекунды или наносекунды.

Эти устройства эффективны при работе с сигналами большой скважности, то есть в тех случаях, когда длительность импульса значительно меньше интервала между импульсами. Импульсные вольтметры находят применение в радиотехнике, импульсной электронике, телеметрии, а также в системах контроля и диагностики высокочастотных процессов.

К особенностям таких приборов относятся высокая скорость срабатывания, малая инерционность измерительной части и возможность работы с короткими фронтами импульсов. В зависимости от принципа действия импульсные вольтметры могут быть построены на базе диодных схем, выборочных детекторов или схем с памятью, позволяющих «захватывать» пиковое значение импульса и удерживать его достаточно долго для последующего отображения^[2].

Фазочувствительные вольтметры (векторметры) служат для измерения квадратурных составляющих комплексных напряжений первой гармоники. Их снабжают двумя индикаторами для отсчёта действительной и мнимой составляющих комплексного напряжения. Таким образом, фазочувствительный вольтметр даёт возможность определить комплексное напряжение, а также его составляющие, принимая за нуль начальную фазу некоторого опорного напряжения. Фазочувствительные вольтметры очень удобны для исследования амплитудно-фазовых характеристик четырёхполюсников, например усилителей.

Селективный вольтметр способен выделять отдельные гармонические составляющие сигнала сложной формы и определять среднеквадратичное значение их напряжения. По устройству и принципу действия этот вольтметр аналогичен супергетеродинному радиоприёмнику без системы АРУ, в качестве низкочастотных цепей которого используется электронный вольтметр постоянного тока. В комплекте с измерительными антеннами селективный вольтметр можно применять как измерительный приёмник.

• Пример: В6-4, В6-6, В6-9, В6-10, SMV 8.5, SMV 11, UNIPAN 233 (237), Селективный нановольтметр «СМАРТ»

• Нановольтметр — вольтметр с возможностью измерения очень малых напряжений (менее 1мкВ)
• Микровольтметр — вольтметр с возможностью измерения очень малых напряжений (менее 1мВ)
• Милливольтметр — вольтметр для измерения малых напряжений (единицы — сотни милливольт)
• Киловольтметр — вольтметр для измерения больших напряжений (более 1 кВ)
• Векторметр — фазочувствительный вольтметр

• Электроизмерительные вольтметры обозначаются в зависимости от их принципа действия
  • Дxx — электродинамические вольтметры
  • Мxx — магнитоэлектрические вольтметры
  • Сxx — электростатические вольтметры
  • Тxx — термоэлектрические вольтметры
  • Фxx, Щxx — электронные вольтметры
  • Цxx — вольтметры выпрямительного типа
  • Эxx — электромагнитные вольтметры
• Радиоизмерительные вольтметры обозначаются в зависимости от их функционального назначения по ГОСТ 15094
  • В2-xx — вольтметры постоянного тока
  • В3-xx — вольтметры переменного тока
  • В4-xx — вольтметры импульсного тока
  • В5-xx — вольтметры фазочувствительные
  • В6-xx — вольтметры селективные
  • В7-xx — вольтметры универсальные

• Диапазон измерения напряжений
• Допустимая погрешность или класс точности
• Диапазон рабочих частот

• Для измерения абсолютного значения:
  • Потенциометр — точные измерения компенсационным методом
  • Мультиметр (тестер) — комбинированный прибор для измерения напряжения, силы тока и сопротивления
  • Осциллограф — измерение мгновенных значений напряжения сигнала, изменяющегося во времени; в режиме измерения «с открытым входом» можно измерять и постоянное напряжение.
  • Электрометр — прибор, служащий для измерения электрического потенциала
• Для измерения относительного значения:
  • Измерители отношений напряжений
  • Измерители нестабильности напряжений
• Преобразователи:
  • Электронные преобразователи напряжений
  • измерительные трансформаторы напряжения
• Меры:
  • Нормальный элемент — однозначная мера
    • Источник опорного напряжения — электронное устройство, современный имитатор НЭ
  • Калибраторы напряжения — многозначные меры