Ниже подробно описан способ получения и расшифровки всей этой информации с помощью довольно примитивного прибора. Прежде всего, необходимо выбрать вольтметр и установить его в своем автомобиле.
Вольтметр. Назначение, устройство, как пользоваться и подключать вольтметр, принцип работы
Вольтметр — это электроизмерительный прибор, который измеряет электрическое напряжение на полюсах источника тока или в части цепи. Это значение выражается в единицах вольт, отсюда и название «вольтметр». На практике электрическое напряжение измеряется в различных диапазонах, от микровольт (мкВ) до мегавольт (МВ).
Эти приборы коммерчески доступны как в аналоговом, так и в цифровом исполнении.
Многие вольтметры очень похожи на амперметры. Чтобы отличить вольтметр от других электроизмерительных приборов, его обозначают буквой V на шкале. На схемах вольтметр изображается в виде круга с буквой V (см. рис. 1).
Как подключать вольтметр и производить измерения?
Вольтметры всегда должны быть подключены параллельно электрическому устройству или компоненту, на котором измеряется напряжение (рис. 2).
Основная идея заключается в том, что клеммы вольтметра подключаются к тем точкам в цепи, между которыми измеряется напряжение.
Однако следует помнить, что при таком подключении часть тока IVпротекает через вольтметр, а не через проверяемый элемент R. Таким образом, мы имеем дело с ситуацией, когда измерение физической величины изменяет ее значение. Это не единственный подобный пример в физике.
Как видно из предыдущих рассуждений, для измерения действительного значения электрического напряжения на концах элемента цепи нам понадобится вольтметр с бесконечным сопротивлением. Тогда через него не будет протекать электрический ток, и измерение будет беспристрастным. На практике бесконечное электрическое сопротивление невозможно реализовать в вольтметре. Однако сегодня продаются вольтметры с чрезвычайно высоким внутренним сопротивлением — более 100 ТОМ.
Стоит отметить, что значение считанного напряжения всегда меньше фактического. Это пример систематической ошибки измерения.
Согласно закону Ома, фактическое значение напряжения на концах элемента R на рисунке 2 для участка цепи равно: U = I*R.
Однако, поскольку вольтметр имеет внутреннее сопротивление, он показывает значение: UV= IV* RV= IR* R .
После простого преобразования получается, что действительное значение электрического напряжения на концах рассматриваемой цепи R имеет значение: U = UV* (1 + R/RV)
Эта формула подтверждает наше предыдущее утверждение о том, что идеальный вольтметр должен иметь бесконечное внутреннее сопротивление. Поскольку коэффициент сопротивления в этой формуле стремится к бесконечности, измеренное значение UVстремится к истинному значению U. Поскольку в реальности не существует прибора, удовлетворяющего этому идеальному условию, вольтметр должен быть выбран для измерения таким образом, чтобы вызываемая им погрешность находилась в пределах ожидаемой погрешности измерения.
Вывод: Чем выше внутреннее сопротивление вольтметра, тем меньше погрешность измерения; поэтому вольтметры всегда имеют очень высокое электрическое сопротивление.
Как и амперметр, вольтметр также маркируется знаком «+» на клемме. Эта клемма всегда должна быть подключена к проводу, идущему от положительного полюса источника тока. В противном случае стрелка будет отклонена в противоположную сторону. Минусовая клемма подключается к проводу, идущему от минусового полюса источника тока.
Расширение диапазона измерения .
У аналоговых вольтметров диапазон измерения в принципе ограничен концом шкалы; если подать на измерительный прибор более высокое напряжение, то, с одной стороны, игла не сможет отклониться дальше, а с другой стороны, даже сам прибор может быть поврежден. Чтобы еще больше расширить диапазон измерений, необходимо использовать подходящую электрическую цепь, обеспечивающую подачу на вольтметр только части измеряемого напряжения.
Описание и назначение
Следует отметить, что данный прибор предназначен для измерения напряжения между двумя узлами в цепи. В аналоговых моделях стрелка перемещается в соответствии с напряжением на шкале. Цифровые модели показывают напряжение соответственно, так как имеют цифро-аналоговый преобразователь.
Стационарный вольтметр необходим для контроля генераторов или другого стационарного оборудования. Портативная модель также определяет ток и сопротивление благодаря встроенному мультиметру.
Если мы хотим измерить напряжение, мы должны убедиться, что ток не протекает через само измерительное устройство. Для этого его подключают параллельно. Цепь продолжает работать, а измерительный прибор используется для измерения напряжения в этот момент. Хорошо, если резистор подключен последовательно. Это гарантирует, что измерения будут максимально точными.
Все вольтметры имеют шкалу, чтобы вы могли видеть результат измерения. Чем выше напряжение в цепи, тем больше отклонение стрелки. Как уже говорилось ранее, аналоговые модели представляют собой шакал, а цифровые — специальное индикаторное табло. Следует отметить, что каждая модель имеет предел измерения, причем стационарные модели, как правило, имеют более высокий предел, чем переносные.
Классификация
В последние годы появилось множество различных типов вольтметров. Учитывая достаточно большое количество видов и классификационных категорий этих приборов, целесообразно подумать о том, какими они могут быть по принципу действия, назначению, конструкции и типу механизма.
По принципу действия
Если говорить об этом критерии, то рассматриваемые устройства можно разделить на 2 типа:
Рассмотрим один тип и другой по отдельности. Электронные вольтметры — это приборы прямого преобразования. Измеряемая ими величина напрямую преобразуется в показания, которые отображаются на шкале прибора. Это делается для того, чтобы пользователь мог визуально оценить измеренное напряжение в цепи. В приборах этого типа шкала состоит из ряда числовых сигналов и также является неподвижной. Расстояние между сигналами является градуировкой. Шкалы могут быть нелинейными, линейными, двунаправленными или однонаправленными.
Подвижная часть вольтметра состоит из рамки, расположенной между полюсами постоянного магнита. По обмотке рамки течет ток. Она также соединена со стрелкой, по углу отклонения которой можно определить значение интересующего параметра. Этот угол зависит от тока, протекающего через обмотку рамки. Другими словами, он является значением напряжения.
Такой стрелочный прибор используется для определения напряжения магнитоэлектрическим методом. Чаще всего он используется в электромеханических устройствах для измерения различных величин. В последние годы такие приборы становятся все более редкими. Обычно они являются неотъемлемой частью более сложных устройств.
Существует 2 типа электронных моделей: аналоговые и цифровые. Они отличаются способом отображения данных измерений. Аналоговый прибор имеет стрелку со шкалой, цифровой прибор имеет специальный экран для отображения данных. Аналоговые приборы работают по принципу преобразования входящего переменного напряжения в постоянное. Затем оно усиливается, и сигнал передается на детектор, который осуществляет перемещение стрелки. Чем выше входящее напряжение, тем больше отклонение стрелки.
В цифровых моделях точность гораздо выше. Суть их работы заключается в преобразовании входящего аналогового сигнала в цифровой. Затем закодированный цифровой сигнал передается на устройство, которое преобразует двоичный код в цифры, отображаемые на экране. Точность измерений этих приборов напрямую зависит от точности устройства, преобразующего сигнал из аналогового в цифровой.
По назначению
Если рассматривать категории устройств в зависимости от их назначения, то они могут быть:
- для тока переменного типа;
- для тока постоянного характера;
- универсальными;
- импульсными;
- фазочувствительными;
- селективными.
Давайте теперь разберем каждую категорию как можно более подробно.
- Отличительной особенностью моделей постоянного тока является наличие маркировки В2. Используется такой тип устройств в качестве тестера различного рода оборудования и автомобильной проводки.
- Характерной чертой устройств переменного тока будет наличие маркировки М3. Используется подобный прибор в сетях соответствующего типа. Он осуществляет трансформацию переменных потоков в постоянные, на выходе усиливает сигнал, который идет на измерительный механизм. По сути, устройство для переменных сетей соответствует варианту постоянного тока. Единственная разница будет в наличии спецмеханизма трансформации.
- Импульсные аналоги имеют маркировку В4. Их применяют, чтобы получить показания коротких напряжений импульсного типа. Особенно ценны подобные приборы для поиска и выявления импульсных помех. То есть при помощи такого вольтметра можно найти, где именно в электроцепи имеется слабый контакт. Поэтому импульсные устройства используют при тестировании микросхем, электрической проводки машин и так далее.
- Устройства, что относятся к фазовым, имеют маркировку В5. Их применяют для получения квадратурных составляющих первой гармоники. Суть работы таких приборов заключается в наличии двух особо чувствительных зон. Здесь осуществляется снятие сразу двух показаний и параметров. Первоначальная фаза воспринимается как нуль. Трехфазный вольтметр мало где применяется.
- Селективный вольтметр будет иметь на корпусе обозначение В6. Такой прибор очень громоздкий. Зато он может находить гармонические элементы сложных сигналов. По конструкционному строению подобные устройства очень схожи с радиоприемниками, которые тоже ловят частоты разных сигналов.
- Последняя категория по указанному критерию – универсальный. Любой универсальный прибор такого типа имеет маркировку В7. Обычно в комплекте с ним поставляются шунты для осуществления безопасного подключения. Универсальные приборы имеют немалое количество разнообразных функций и возможностей. Они потребляют мало энергии и могут осуществлять определение напряжения (что в аналоговом, что цифровом виде). Их используют в технике, исследованиях, а также на производстве.
Что такое напряжение
Чтобы понять, как именно работает вольтметр и что он показывает, необходимо знать, что является объектом его измерения. Важно понимать, что такое напряжение и от чего зависит его величина.
Как известно из школьных уроков физики, его величина рассчитывается по формуле U=IR, где:
- U — это собственно и есть напряжение;
- I — сила тока;
- R — сопротивление на участке цепи.
Чтобы определить напряжение в сети, нужно умножить силу тока на сопротивление. Прежде чем это сделать, необходимо знать, каковы последние две величины. Например, если сила тока составляет 5 ампер, а сопротивление — 2 Ом, то в результате получится напряжение 10 вольт.
Хотя приведенная выше формула максимально проста, она не говорит вам, что такое напряжение и зачем его вообще нужно измерять. В конце концов, это просто цифры, не более того. К сожалению, сам ток не виден, как и заряженные мелкие частицы.
Для простоты мы можем сравнить электрический ток в проводнике с объектами, которые мы часто наблюдаем в повседневной жизни. Особенно полезно сравнение с движением воды в реках и водопадах, т.е. перетеканием с высокого уровня на низкий. Здесь тенденция соответствует высоте: разнице в уровне. Другими словами, напряжение в сети — это то же самое, что напор воды в реке. Если нет напряжения в сети, то нет и тока. Даже в водоеме, где уровень воды везде одинаков, например, в озере или пруду, нет тока.
На шкале прибора обычно имеется буква «V». Это позволяет легче отличить его от других электроизмерительных приборов, например, амперметра, который показывает силу тока. В действительности эти приборы очень похожи.
Диапазон измерения вольтметра может быть различным. Приборы, предназначенные для подключения к слабой электросети, показывают максимум 5 вольт. Существуют также приборы с более широким диапазоном, например, 10 или 25 вольт. Более мощные приборы могут показывать до тысячи вольт. Конечно, это зависит от предполагаемого использования вольтметра.
Самодельные устройства
Как собрать вольтметр самому, для чего он нужен, как устроен, как подключить вольтметр, как пользоваться вольтметром — вот неполный перечень вопросов, которые задают начинающие радиолюбители и обычные пользователи. Работа вольтметра или принцип работы вольтметра уже обсуждался при рассмотрении различных типов и видов вольтметров.
Вольтметр можно собрать самостоятельно без особых усилий. Основным компонентом вольтметра является измерительная шкала. Напряжение на шкале обозначается латинской буквой «V». Конечно, желательно иметь вольтметр с нужным диапазоном измерения. В левой части шкалы должна быть буква «о», а в правой — цифра, обозначающая предел измеряемого данным прибором напряжения.
Как пользоваться вольтметром
Вольтметр всегда подключается параллельно к части цепи, так как такое подключение уменьшает силу тока. Прибор может измерять напряжение только на определенном участке цепи. При использовании прибора необходимо всегда соблюдать полярность. Кабели вкручиваются в винты и гайки. На приборах, рассчитанных на постоянное напряжение, контакты имеют маркировку «плюс» и «минус». Это относится и к вольтметру со стрелкой. С электронными моделями все гораздо проще: там нет никаких проводов. Подробнее о том, как работает вольтметр, вы можете узнать из видео.
Как работать вольтметром
Прежде чем проводить измерения, необходимо проверить, подходит ли для этого прибор. В первую очередь необходимо найти максимально допустимое показание для данного вольтметра. Для этого достаточно найти наибольшее числовое значение на шкале вольтметра. Далее необходимо определить, в каких единицах измеряет вольтметр. Это могут быть вольты, микровольты или милливольты. Если этот момент не соблюсти, то прибор может начать мерцать после подключения к сети с напряжением, во много раз превышающим допустимое значение.
Если напряжение в цепи уже известно и превышает шестьдесят вольт, следует использовать специальные диэлектрические перчатки и хорошо изолированные зажимы. Безопасное напряжение для человека составляет около 42 вольт при нормальных условиях и около 11 вольт при неблагоприятных условиях (высокая влажность, высокая температура, железные предметы рядом и т.д.).
Вольтметр и автомобиль
В автомобиле это устройство служит двум основным целям: следить за зарядом аккумулятора и контролировать падение напряжения в автомобиле. Для полного контроля падения напряжения можно установить два вольтметра: один подключить к аккумулятору, а другой — к клеммам усилителя.
Это позволит вам измерить ток сети автомобиля. Корпус заряжен отрицательно (знак -), т.е. клемма подключена к отрицательному полюсу. Положительная клемма подключается к «плюсу» генератора. Так измеряется напряжение в автомобиле. Обычно оно составляет около четырнадцати вольт. Для соединения лучше использовать толстые провода: Они уменьшают погрешность измерения. Основные стандарты напряжения:
- Для заглушенного двигателя 12,2 – 12,6 вольт
- Для заведенного двигателя 13,6 – 14,4 вольт
Как подключить вольтметр в машине?
Как уже говорилось, самый простой вольтметр с точки зрения подключения — это тот, который вставляется в гнездо прикуривателя. Вы просто вставляете его в прикуриватель, и все готово. Вы также можете использовать удлинитель или розетку для того же гнезда. Это удобно, если вы используете гнездо прикуривателя для других целей — для питания приборной панели, зарядки смартфона или других вещей.
С проводными моделями все придется делать самому. Для начала возьмите вольтметр, у которого всего два провода. Обычно они всегда доступны в двух разных цветах, например, красном и черном. Если только купленный вами вольтметр не является полной подделкой, красный провод — это «плюс», а черный — «минус» или «земля».
Любой вольтметр в автомобиле подключается непосредственно к аккумулятору. Лучше всего, если он подключен к предохранителю. Почти все гнезда прикуривателя подключаются таким образом — непосредственно к аккумулятору через сиккатив. Лучше всего самостоятельно протянуть соответствующие провода для подключения вольтметра к аккумулятору. В качестве альтернативы можно попытаться найти положительный и отрицательный провода под обшивкой приборной панели или в месте подключения автомобильного радиоприемника. Но опять же, лучше всего проложить два отдельных провода непосредственно к аккумулятору и предохранить положительный провод.
Что делать, если оба провода, выходящие из купленного вами вольтметра, одинакового цвета? Какой из них следует подключить? Это довольно просто. Чтобы определить, какой провод является «плюсом», а какой — «минусом», попробуйте с помощью вольтметра измерить напряжение стандартной 9-вольтовой батарейки, которую обычно называют «кроной». Если провода подключены правильно, на дисплее появится правильное напряжение, без символа «минус» или других ошибок. Все, что вам нужно сделать, это пометить провода в соответствии с полярностью батареи и вставить их в батарею в том же порядке.
Во многих автомобильных вольтметрах невозможно определить полярность проводов при использовании аккумулятора с клеммой. Измеритель просто не реагирует на его подключение. Это происходит потому, что сам вольтметр питается от источника, напряжение которого он измеряет. А для этого обычно требуется напряжение не менее 3-5 вольт, чего у батарейки с зажимом просто нет (у нее всего 1,5 В).
Как же подключить вольтметр к автомобилю, из которого выходят три провода? Сначала нужно определить два основных провода — плюс и минус. Вы можете либо ориентироваться на цветовую маркировку, либо (что более надежно) измерить напряжение на короне. Третий оставшийся провод — сигнальный. Когда он подключен к соответствующему проводу в автомобиле, вольтметр будет автоматически выключаться и включаться при повороте ключа зажигания. По такому же принципу сигнальный провод подключается к автомобильному радиоприемнику. Кстати, его можно подключить и там. Он обозначается буквами ACC.
Аналоговые вольтметры подключаются таким же образом. Сначала определяется полярность проводов, а затем они подключаются к соответствующим клеммам аккумулятора. Также следует использовать предохранитель. Если с устройством что-то случится, предохранитель защитит ваш автомобиль от возгорания.
Как пользоваться вольтметром в автомобиле?
Теперь наступает самое интересное: как использовать простые цифры на вольтметре для получения всей информации, упомянутой в начале статьи? Пойдем по порядку
На сколько % заряжена аккумуляторная батарея?
Зарядную емкость аккумулятора можно определить по тому, сколько вольт он выдает в состоянии покоя. Последнее является очень важным условием, которое должно быть выполнено. Поэтому с него мы и начнем. Как привести аккумулятор в состояние покоя? Для этого нужно просто оставить его в бездействии на 8-12 часов. Обычно аккумулятор находится в таком состоянии утром, когда автомобилем вчера пользовались, а не оставляли на ночь. За ночь аккумулятор «успокоился», напряжение нормализовалось, и по нему можно определить, сколько осталось заряда.
Как это сделать? Полностью исправный автомобильный аккумулятор в состоянии покоя должен выдавать от 11,7 В до 12,7 В. Однако если вольтметр показывает 12,7 В, аккумулятор заряжен на 100%. Помните: аккумулятор должен находиться в состоянии покоя, и в момент измерения не должно быть включено никаких нагрузок (музыки, света, приборов и т.д.).
Прелесть этого метода в том, что вы также можете определить промежуточные значения в процентах на основе напряжения батареи в состоянии покоя и без нагрузки. Для этого просто сравните десятые доли вольта с десятыми долями процента. Например, если напряжение батареи составляет 12,6 В, вычтите 10 % из 100 % и получите заряд батареи 90 %. 12,5 В равно 70 %, и так далее до полной разрядки аккумулятора.
Перед использованием этого метода рекомендуется проверить ток утечки, когда автомобиль стоит на месте и все приборы выключены. Когда некоторые нагрузки находятся в режиме простоя, они могут потреблять довольно большой ток от аккумулятора. Это вызывает падение напряжения, и данные, полученные таким образом, будут неточными. Наиболее точные значения % можно получить только при полном отключении аккумулятора от электросети автомобиля. Когда ток утечки в норме (50-100 мА), процент заряда очень точен.
Как АКБ держит нагрузку во время запуска двигателя?
При работе стартерного двигателя батарея испытывает самую высокую нагрузку, несравнимую с другими потребителями автомобиля. Токи здесь достигают сотен ампер, вызывая очень значительное падение напряжения даже на новой и полностью заряженной батарее.
Вот и все. Если вы следите за вольтметром при запуске двигателя, вы можете увидеть, насколько хорошо ваш аккумулятор выдерживает большую нагрузку. Если аккумулятор полностью ремонтопригоден и не слишком изношен, падение напряжения не должно превышать 2-3 десятых вольта. Это означает, что если утром вы садитесь в машину, и напряжение составляет 12,5 вольт, а при запуске двигателя оно падает до 12,3 вольт, это означает, что аккумулятор хорошо выдерживает нагрузку.
Кстати, с помощью этого метода можно определить не только состояние аккумулятора, но и состояние самого стартера. Например, если вы установили совершенно новый (или относительно свежий) аккумулятор, которому доверяете, но падение напряжения при запуске все равно очень большое (падает до 11-10 В и менее), то, очевидно, проблемы с двигателем стартера. Либо он заклинил, либо щетки изношены, либо обмотки закорочены. Плохой контакт на клеммах стартера также может быть причиной определенного падения напряжения.
Нормально ли заряжается АКБ от генератора?
При запуске и работе двигателя генератор должен вырабатывать ток, часть которого поступает обратно в аккумулятор для его зарядки. Чтобы определить, действительно ли аккумулятор заряжается, можно использовать измерительный прибор, описанный здесь.
