Вольтметр цифровой ldi 35

Вольтметры электромеханического типа.

Большая чувствительность, а значит и точность имеется у магнитоэлектрических вольтметров. Данные приборы используются чаще в лабораториях. Самыми распространенными вольтметрами являются электромагнитные.

Они недорогие, а их эксплуатация не вызовет затруднений. Хотя есть у них и недостатки – достаточно высокое энергопотребление, примерно 5-7 Вт, а также высокая индуктивность обмоток. Поэтому частота переменного напряжения ведет к существенному влиянию на показания вольтметра. Приборы данного вида оборудуются в распределительных щитках электростанций и производственных помещений, объектов.

Поверка

Поверка вольтметров универсальных В7-53М осуществляется по документу МП-310/447-2011 «Вольтметры универсальные В7-53М. Методика поверки», утвержденному ГЦИ СИ ФБУ «Ростест-Москва» 29 августа 2011 г.

Перечень основных средств, применяемых при поверке:

– калибратор универсальный FLUKE 5520A: диапазон воспроизведения напряжения постоянного тока: 0 – 1000 В; пределы допускаемой абсолютной погрешности (AU): ± (0,000011 – 0,000018) • U; диапазон воспроизведения напряжения переменного тока: 1 мВ -1020 В (10 Гц – 500 кГц); пределы допускаемой абсолютной погрешности (AU): ± (0,00015 -0,002) • U; диапазон воспроизведения силы постоянного тока: 0 – 20,5 А; пределы допускаемой абсолютной погрешности (AI): ± (0,0001 – 0,0005) • I; диапазон воспроизведения силы переменного тока: 29 мкА – 20,5 А (10 Гц – 30 кГц); пределы допускаемой абсолютной погрешности (AI): ± (0,0004 – 0,003) • I; диапазон воспроизведения частоты переменного тока:

0,01 Гц – 2 МГц; пределы допускаемой абсолютной погрешности (Af): ± (2,5 • 10-6) • f; диапазон воспроизведения электрического сопротивления: 0,0001 Ом – 1100 МОм; пределы допускаемой

абсолютной погрешности (AR): ± (0,000028 – 0,003) • R; диапазон воспроизведения электрической емкости: 0,19 нФ – 110 мФ; пределы допускаемой абсолютной погрешности (АС): ± (0,0025 – 0,011) • С; имитация сигнала термопары типа К: от минус 200 до 1372 °С; (ат): ± (0,16 – 0,4) °С.

Классификация вольтметров

По принципу действия измерительного модуля:

Оснащенные электромеханическим исполнительным механизмом. Процесс измерения построен на непосредственной линейной зависимости механического движения от измеряемой величины. Стрелка размещается на рамке-обмотке, которая на свободной оси размещена внутри постоянного магнитного поля.

Когда к рамке прикладывается напряжение – вокруг нее возникает электромагнитное поле. Головка проворачивается в магнитном поле постоянного магнита.

Оснащенные электронным измерительным инструментом. Специальный блок преобразует приложенное напряжение в импульсный или аналоговый код, который передается на блок отображения. Он в свою очередь может быть цифровым или аналоговым.

По назначению:

• Измерение напряжения (ЭДС) постоянного тока;
• Измерение напряжения (ЭДС) переменного тока;
• Приборы, способные измерять импульсное напряжение;
• Фазочувствительные. Измеряют квадратурную составляющую напряжения первой гармоники. Основное применение – звуковая аппаратура;
• Селективные. Измеряют напряжение в виде синусоиды, в узком диапазоне частот. Настройка измерительной головки на частоту способствует более точному измерению величины;
• Универсальные. Из названия следует, что ими можно измерять напряжение (ЭДС) в любых условиях. Как правило, оснащены наборами гасящих резисторов (шунтов).

По способу исполнения:

Переносные. Поскольку питание для работы прибора не требуется (за исключением электронных систем), эти вольтметры занимают мало места и имеют удобный корпус. Разновидностью прибора является мультиметр. Несмотря на компактные размеры, точность измерения достаточно высока.

Стационарные. Размещены в мощном корпусе, как правило, имеют крупную шкалу. Имеют возможность механической установки прибора как по горизонтали, так и предела измерения. Имеют более высокую стоимость, но хорошая точность позволяет применять такие приборы даже в лабораториях.

Щитовые. Выглядят, как переносные, устанавливаются в ниши контрольных шкафов.

Важно! Технология рабочей головки позволяет вольтметрам работать постоянно, в режиме 365/24. Для непрерывного мониторинга параметров электроустановок это очень удобно.

Прибор имеет очень малое внутреннее сопротивление. Причем независимо от конструкции: механический или электронный

Во время измерения неважно, как работает вольтметр, и на каком участке измеряется напряжение. На цепь не будет оказано никакого влияния

Расчёт основных параметров цифрового вольтметра.

К основным техническим
характеристикам цифрового вольтметра постоянного тока относят: диапазон
измерения, чувствительность, разрешающую способность, входное сопротивление,
погрешность измерения, быстродействие и помехоустойчивость.

Диапазон измерений – область значений
измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности прибора.

Под порогом чувствительности
цифрового вольтметра понимается наименьшее изменение измеряемой величины,
вызывающее изменение показания прибора. На разных диапазонах цифровой вольтметр
имеет различную чувствительность. Чувствительность цифрового вольтметра выбирается
из условия , где k=1, 2, 3; m=1, 2, 3…

Разрешающая способность цифрового
вольтметра – значение (цена) одной единицы младшего разряда отсчётного
устройства.

Входное сопротивление цифрового
вольтметра характеризует его потребление мощности от источника измеряемого
напряжения. Чтобы влияние вольтметра на результат было минимальным, его входное
сопротивление делают по возможности большим.

Погрешность измерения цифрового
вольтметра относится к числу важнейших технических характеристик.

В зависимости от причины
возникновения погрешности разделяют на методические, инструментальные, энергетические
и субъективные.

Соответственно по условиям применения
различают основную погрешность, возникающую при нормальных условиях
эксплуатации, и дополнительную, зависящую от отклонения влияющих факторов от
нормы. По законам проявления погрешности делятся на систематические и случайные.

Пределы допускаемых основной и
дополнительной погрешностей выражают в форме приведённых , относительных и
абсолютных погрешностей.

Напряжения в момент уравновешивания
связаны соотношением

              (1)

где DX_k
– шаг квантования компенсационного
напряжения (напряжение, соответствующее единице младшего разряда);
n – число разрядов кода; a_i–
коэффициент, равный 1 и 0 в зависимости от результата сравнения в каждом такте;
U_п – порог
чувствительности схемы сравнения.

Измеряемое напряжение

Подбором K=10b,
где b=0, ±1, ±2, … , добиваются, чтобы значение компенсационного напряжения
соответствовало измеряемому напряжению с учётом постоянного множителя, т.е.

Оценить
погрешность ЦВ данного типа можно из выражения (1).

Абсолютная погрешность результата
измерений

где DX_k,
DU_п, DK – абсолютные ошибки, равные соответственно шагу
квантования, порогу чувствительности и ошибке коэффициента усиления входной
цепи, образованной входным делителем и усилителем.

Относительную погрешность измерения
можно рассчитать по формуле:

Из формулы

, где U_n=0В, U_x=1000В,

получаем:

В.

Таким образом, точность измерений
увеличивается в 4 раза.

    (2.1)

Найдём необходимое число разрядов ЦАПа
из формулы (2.1):

n=10.

Исходя из времени измерения определим
необходимую частоту генератора:

,

где t_изм–
время, в течение которого вольтметр
должен производить измерение величины напряжение, n_циклов–
число циклов измерения, которое
необходимо для достижения цифрового кода, соответствующего величине измеряемого
напряжения. Число n_циклов определяется в зависимости от метода получения кода. В
нашем случае n_циклов=11, т.к. выдача
результата на индикаторы произойдёт через 1 цикл после окончания измерения –
при появлении на счётчике сигнала переполнения – числа 11₁₀. Таким
образом,

Гц.

Необходимая частота генератора 110
Гц. Схема способна работать с большей частотой. Поэтому примем частоту
следования синхроимпульсов Кгц.
Этим определяется время измерения схемы t_изм=0,0011c. t_изм

Цифровые преобразователи вольтметров

На сегодняшний день существует множество различных типов преобразователей, которые устанавливаются в вольтметры. Наиболее распространенными считаются времяимпульсные модели. Дополнительно существуют кодоимпульсные преобразователи.

Отличительной их особенностью от прочих устройств является возможность заниматься поразрядным уравновешиванием. В это время частотно-импульсные модели такой привилегии лишены. Однако с их помощью можно проводить пространственное кодирование, а это в некоторых исследованиях может быть крайне важным. Особенно это касается замеров напряжения в закрытых цепях электричества.

Как пользоваться вольтметром?

Казалось бы, чего проще – подключай и меряй. На самом деле есть несколько правил, которые мы рекомендуем выполнять.

Надо знать диапазон измерений. Вольтметр – достаточно чувствительный прибор, при перегрузке обмотка рамки или электронная схема моментально выйдет из строя. Если у вас милливольтметр – не следует совать проверочные провода в розетку бытовой сети 220 вольт; Механические приборы должны быть размещены в соответствие с инструкцией

На корпусе есть обозначение вертикального или горизонтального положения корпуса; Включается в цепь вольтметр независимо от наличия нагрузки или рабочего напряжения;
Внимание! Если вы измеряете напряжение более 60 вольт – пользуйтесь проводами с увеличенным изолирующим покрытием. По возможности используйте диэлектрические перчатки, особенно при измерении величин от 400 вольт и выше

Прибор в целом достаточно примитивный. При наличии старой базы деталей, доставшейся от СССР, можно изготовить неплохой вольтметр своими руками.

Как сделать вольтметр из подручных материалов?

Прежде всего, необходима головка прибора и набор резисторов и радиодеталей.

Для установления различного диапазона измерений необходим магазин резисторов. Их подключают последовательно с прибором. На каждом будет гаситься напряжение до приемлемой величины.

Диоды нужны для измерения переменного и постоянного напряжения с помощью одного и того же прибора. Вы создаете как бы переключатель диапазонов измерения.

Подготовьте нагрузку с изменяемой величиной. Убедитесь в том, что при повороте реостата, стрелка равномерно движется от начала шкалы до ее границы.

Подключите параллельно новый прибор, и юстировочный. Меняя нагрузку, добейтесь максимально точных значений контрольного прибора. В нужном диапазоне фиксируйте нагрузку, и наносите разметку на шкалу новодела. После калибровки прибор готов к работе.

Обратите внимание
Если вы хотите получать точные измерения постоянно – проверяйте прибор не реже чем один раз в полгода.

Посмотрите видео о вольтметре. Подробно о простом. Как пользоваться вольтметром, что им измеряют и как подключить к прибору.

Схема цифрового вольтметра

Обычная схема цифрового вольтметра основана на дискретных величинах. Важную роль в ней играет входное устройство. При этом управляющий прибор взаимодействует с цифровым отсчетным блоком через десятичные числа. Особенность входного устройства заключается в высоком делителе напряжения. Если работа сводится к определению переменного тока, то оно работает как обычный преобразователь. При этом на выходе получается постоянный ток.

В это время центральный блок занимается аналоговым сигналом. В данной системе он представлен в виде цифрового кода. Процесс преобразования свойственен не только вольтметрам, но и мультиметрам. В некоторых моделях устройств применяется двоичный код. В таком случае процесс получения сигнала значительно упрощается, и преобразование происходит значительно быстрее. Старые модели вольтметров работали исключительно с десятичными числами. При этом проводилась регистрация измерительной величины. Дополнительно схема цифрового вольтметра имеет в себе центральный блок, который отвечает за все важные узлы прибора.

Сведения о методах измерений

Методы измерений с помощью вольтметров универсальных В7-53М указаны в документе «Вольтметры универсальные В7-53М. Руководство по эксплуатации».

Нормативные и технические документы, устанавливающие требования к вольтметрам универсальным В7-53М

1.    ГОСТ 8.027-2001 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений постоянного электрического напряжения и электродвижущей силы.

2.    ГОСТ 8.028-86 ГСИ Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений электрического сопротивления.

3.    ГОСТ 22261-94 «Средства измерения электрических и магнитных величин. Общие технические условия».

4.    МИ 1940-88 ГСИ Государственная поверочная схема для средств измерений силы

8 8 переменного электрического тока от 1е” до 25 А в диапазоне частот 20 – 1.7e Гц.

5.    МИ 1935-88 ГСИ Государственная поверочная схема для средств измерений

2 9

электрического напряжения до 1000 В в диапазоне частот 1е” – 3е Гц.

6.    «Вольтметры универсальные В7-53М. Технические условия» ТУ 4237-154-66145830-2012.

7.    Техническая документация ЗАО «ПрофКИП».

Самодельные вольтметры

Вольтметр (цифровой) своими руками сделать можно. В первую очередь подбирают детектор, который предназначен для определения средневыпрямленного значения. При этом устанавливается он, как правило, рядом с преобразователем переменного тока. Минимум-напряжение детектором определяется от 100 МВ, однако некоторые модели способны распознавать силу тока до 1000 МВ. Дополнительно, для того чтобы сделать вольтметр (цифровой) своими руками, потребуется транзистор, который влияет на чувствительность устройства, а именно его порог. Связан он с уровнем квантовой амплитуды напряжения. Еще на чувствительность влияет дискретность прибора. Если напряжение составляет менее 100 МВ, то уровень сопротивления непременно растет и может составить, в конечном счете, 10 Ом.

3 Схемотехника узлов вольтметра

3.1 Входное устройство

Входное устройство состоит из делителя входного напряжения,
защиты от перенапряжения, защиты от обратной полярности и операционного
усилителя.

Делитель напряжения выполнен на
резисторах R1 – R2. Этот делитель
напряжения обеспечивает два предела измерения –1000…0В и –100…0В. Пределы
измерения переключаются с помощью тумблера SA1.1,
контактные пары SA1.2 входящие в тумблер отвечают за
включение запятой на цифровом индикаторе при пределе измерения –100…0. Выходное
напряжение делителя при максимальном значении входного сигнала равно –10В.

Делитель напряжения предназначен деления входного
напряжения –1000В или –100В в –10В на выходе. Для расчета R2 и R1
надо принять R3 равное 100 кОм. Расчет номинала резистора R1 и R2
производится по формуле:

Устройство
защиты от перенапряжения предназначено для защиты электронных элементов схемы
цифрового вольтметра от попадания на их входы измеряемого напряжения,
превышающего предельно допустимые значения, причем устройство работает по обеим
полярностям. Устройство защиты состоит из резистора R8, диода VD1
и стабилитронов VD2 и VD3. Стабилитроны – Д814Г. Напряжение стабилизации лежит
в пределах от 10 В до 12 В (номинальное значение равно 11 В), что не приведет к
выходу вольтметра из строя от перенапряжения. Резистор R4 ограничивает ток
через диод. При подаче напряжения обратной полярности, напряжение
стабилизируется диодом VD3. Ток стабилизации стабилитрона имеет номинальное
значение 5 мА (пределы – от 3 мА до 29 мА). Тогда резистор R4 будет равен:

=2 кОм.

Будем
использовать резистор С5-60.

Так
как сопротивление резистора R4 значительно меньше, чем входное сопротивление
последующего каскада, то его влиянием на измеряемую величину можно пренебречь.

Устройство
индикации перенапряжения прямой полярности состоит из светодиода АЛ341 (VD4).
При превышении входным напряжением критической величины открывается стабилитрон
VD2. Через него начинает протекать ток стабилизации, который зажигает светодиод
VD4.

Устройство
индикации перенапряжения обратной полярности состоит из светодиода VD6 и диода VD5.

Так
как при подаче напряжения правильной полярности и не превышающего максимального
значения для выбранного диапазона сопротивление стабилитрона составляет около 2
МОм, то мы пренебрегаем влиянием устройства защиты на измеряемый сигнал.

Повторитель
напряжения необходим для уменьшения влияния входной цепи на последующие
каскады, а также для увеличения входного сопротивления вольтметра. Повторитель
построим на операционном усилителе, замкнув его выход с инвертирующим входом,
т.е. обеспечив стопроцентную отрицательную обратную связь. Используем  для этих
целей операционный усилитель К544УД2, обладающий высоким входным сопротивлением
(около 1 ГОм) и малым выходным.

Рисунок 3 – Входное устройство

Схема входного устройства изброжена на рисунке 3.

Определение технических характеристик вольтметра, виды вольтметров.

Чтобы определить технические характеристики вольтметра учитываются следующие показатели:

• Внутреннее сопротивление. Хорошо, если такой показатель очень высокий. Значит, влияние прибора к подключенной электрической цепи уменьшается. А соответственно, измерение вольтметром будет точнее.
• Диапазон измеряемых напряжений- также является важнейшей характеристикой при измерении.

Стандартный вольтметр может измерять напряжение от милливольт до тысячи вольт. Но могут использоваться и специальные вольтметры.

Существуют миливольтметры и микровольтметры, которые могут измерить самые маленькие значения напряжения, но сохраняют высокую точность- до миллионных частей вольта. А есть киловольтметры- приборы, для измерения очень высокого напряжения, до 1000 вольт.

Чтобы работать с такими приборами нужны специальные навыки и опыт, допуск к эксплуатации электрических установок с напряжением более 1000 вольт. Это необходимо для избежания поломок приборов, работая с милли- и микровольтметрами или травм при работе с киловольтметрами.

Точность измерения (погрешность). С помощью этого параметра можно установить возможные отличия данных прибора от действующего напряжения в сети.

Наименования и обозначения

Видовые наименования

• 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

Обозначения

• 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

Вольтметры двойного интегрирования

Цифровой вольтметр постоянного тока двойного интегрирования работает по принципу периодического повторения. При этом возврат исходного кода в цепи осуществляется автоматически. Работает данная система исключительно с постоянным током. При этом частота предварительно выпрямляется и подается на выходное устройство.

Погрешности дискретизации в вольтметрах не учитываются. Таким образом, могут возникнуть моменты несовпадений счетных импульсов. В результате на начало и конец интервала один параметр может сильно отличаться. Однако, как правило, погрешность не является критичной из-за работы преобразователя.

Особая проблема состоит именно в шумовой помехе. В результате она способна значительно искривить показатель напряжения. В конечном счете, это находит свое отображение в величине импульса, а именно его длительности. Таким образом, среди цифровых вольтметров данные типы не пользуются большой популярностью.

Вольтметры электронного типа.

Электронные вольтметры подразделяют на аналоговые и цифровые. В аналоговых приборах есть шкала и стрелка, которая показывает величину напряжения, отдаляясь от нуля. Такие приборы работают следующим образом: входное переменное напряжение переводится в постоянное, увеличивается и направляется на детектор. После этого выходной сигнал и приводит к отклонению стрелки. Чем сильнее отклоняется стрелка, тем сильнее входное напряжение.

При измерении напряжения аналоговыми вольтметрами важно соблюдать полярность подключения прибора. При отрицательном напряжении стрелка будет двигаться в левую сторону от нуля, при положительном – в правую

Если шкала вашего вольтметра не имеет возможности отклонения стрелки в двух направлениях, тогда необходимо красным щупом коснуться точки, которую касалась до этого белым щупом- для измерения отрицательного напряжения. Либо наоборот (цвета щупов могут быть различными).

В цифровых вольтметрах показания о значении напряжения выносятся на электронное табло.

Благодаря схеме универсальных вольтметров можно определять и постоянное и переменное напряжение, в зависимости от установленных переключателей режимов работы и их положения.

Погрешности измерений

Погрешность измерений вольтметра напрямую связана с источником питания. При этом следует учитывать напряжение наводки на выходе. Чаще всего помехи общего вида изменяют параметры сопротивления. В результате данный показатель может значительно уменьшиться. На сегодняшний день имеется три проверенных способа борьбы с разного рода помехами в вольтметрах. Первый прием заключается в применении проводов экранированного типа

При этом вход электрической цепи очень важно изолировать от оборудования

Второй способ заключается в наличие интегрирующего элемента. В результате период помехи можно значительно уменьшить. Наконец, последним приемом принято считать установку специальных фильтров на вольтметры. Основной их задачей является повышение сопротивления в электрической цепи. В результате амплитуда помехи на выходе после блока значительно уменьшается. Также следует отметить, что многие системы преобразователей способны значительно увеличить скорость измерений. Однако при повышении производительности снижается точность регистрации данных. В итоге такие преобразователи могут быть причиной больших помех в электрической цепи.

Простая схема вольтметра-амперметра с преобразователем

Цифровой вольтметр-амперметр с частотным преобразователем включает в обязательном порядке генератор, который следит за изменениями напряжения в электрической цепи. При этом измерение осуществляется поэтапно с интервалами. Генератор в электрической цепи используется линейного типа. Для сравнения полученных данных в устройстве имеется триггер

В свою очередь, для расчета частоты важно использовать счетчик, который принимает дискретный сигнал. Происходит это на выходе преобразователя вольтметра-амперметра

При этом учитывается величина предельного напряжения.

Непосредственно информация поступает на вход вольтметра-амперметра. На этом этапе осуществляется процесс сравнения, а когда возникает импульс, то система фиксирует нулевой уровень. Непосредственно сигнал в вольтметре-амперметре попадает на триггер, и в результате на выходе получается положительное напряжение. Возвращается импульс в исходное положение только после проведения устройством сравнения. При этом учитываются любые изменения предельной частоты, которые сформировались в данном промежутке времени

Также принимается во внимание коэффициент преобразования. Рассчитывается он исходя из показателя силы сигнала

Дополнительно в формуле имеется счетный импульс, который появляется на выходе генератора. В результате напряжение может отображаться только при наличии определенных колебаний, которые возникают в электрической цепи. В конечном счете, сигнал должен дойти до выхода триггера и там считаться. При этом количество импульсов фиксируется в вольтметре-амперметре. Как результат, срабатывает индикатор, который оповещает о наличии напряжения.

Список источников

• www.syl.ru
• www.calc.ru
• wiki.sc
• vunivere.ru
• obinstrumente.ru
• all-pribors.ru