Безперебійна робота електроприладів багато в чому залежить від рівня напруги в мережі, правильності подачі струму, цілісності проводки. Провести вимір змінної напругиможна за допомогою мультиметра. Це незамінний помічник у своєчасному виявленні проблем в електромережі та забезпеченні безпечного використанняпобутових та професійних приладів.
Особливості, функції, види приладів
Цей пристрій – універсальний реєстратор безлічі електричних величин. Залежно від модельного рядута набору функцій, які вони виконують, мультиметри знайшли своє застосування як у побуті, так і в арсеналі професійних електриків.
Середній за вартістю мультиметр може виміряти:
- показник змінної напруги в мережі та постійна напруга акумулятора або батарейки;
- постійний та змінний струм (силу струму);
- рівень опору;
- працездатність діодів (режим продзвонювання);
- частоту струму;
- температуру;
- величину ємності конденсатора.
Пристрої нового зразка можуть мати низькочастотний генератор та звуковий пробник. Серед усього асортименту виробів варто виділити 2 основних типи приладів.
Електронний (цифровий) тип. Отримані показники відображаються на екрані, що оточений індикаторами із семи сегментів. Більшість з них працює в автоматичному режиміграничне значення величин мультиметр визначає самостійно, виходячи з отриманих даних. Потрібно просто вибрати вид виміру. Інші моделі можуть передавати дані безпосередньо до комп'ютера для їх подальшої обробки.
Стрілковий тип. Цей вид пристрою стане справжнім порятунком, коли сильні перешкоди порушують нормальне функціонування електронного мультиметра та повністю спотворюють інформацію.
У домашніх умовах достатньо проводити вимірювання струму мультиметром електронного типуіз розрядністю 3,5. Це прилади на зразок dt 831, 832 або новітньої модифікації dt 834.
Елементи корпусу
Так як все більшим попитом стали користуватися цифрові моделі, позначення та основні характеристики мультиметрів будуть розглянуті саме на їхньому прикладі.
Вони оснащені рідкокристалічним екраном, що видає вимірювані значення величин. Трохи нижче розташований перемикач, що обертається навколо своєї осі. Він вказує вибраний вигляд та межі вимірювань.
До гнізд на корпусі мультиметра приєднуються 2 щупи з проводами: червоний або позитивний, чорний або негативний.
До роз'єму підписаному, як «земля» чи «СОМ», завжди підключається негативний щуп. Позитивний приєднується до будь-якого іншого гнізда.
Слід зазначити, що рознімання може бути 2, 3 або 4. Їх кількість залежить від моделі і виробника. Однак і в таких мультиметрах може змінюватися гніздо для приєднання лише позитивного щупа, негативний залишається на колишньому місці.
Режими роботи тестера
Робота мультиметра та його режимів регулюється за допомогою перемикача. Його верхнє вертикальне положення говорить про те, що пристрій вимкнено.
Поворот у будь-який інший бік говорить про зміну режиму і позначається так:
Усі результати відображаються на екрані тестера за лічені секунди, з точністю до сотих, повідомляючи про величину обраного показника.
Позначення змінного струму будь-якому мультиметрі може бути зображено як символів АС (alternating current). Відповідно, АСА – сила змінного струму, ACV – напруга змінного струму. Це струм, який змінює напрямок руху величезну, але постійну кількість разів за 1 секунду. У домашніх мережах частота змін становить 50 Гц.
Послідовність підключення
Важливо зауважити, що приступаючи до вимірювання рівня змінного струму, дотримуватися полярності приєднання щупів зовсім необов'язково. Якщо її значення негативно, то на екрані перед цифрами просто відобразиться знак «мінус».
Перемикач мультиметра, що вимірює цей показник, ставимо у відповідне положення та встановлюємо діапазон вимірювань.
До вибору меж вимірів варто поставитися максимально відповідально. Якщо струм, що вимірюється, значно перевищить обраний діапазон, це може спровокувати перегорання запобіжника або, що ще гірше, - всього мультиметра.
Зверніть увагу на вибір гнізда. Під ним має стояти максимальне значеннясили струму ви хочете виміряти. 10 А означає, що вимірюється струм до 10 А (досить великий).
Щоб врегулювати процес вимірювань, спочатку перемикач встановлюється на гранично допустимий діапазон значень, вставляють штекери щупів у гнізда. Далі при необхідності знижують рівень.
Щоб виміряти силу змінного чи постійного струму, мультиметр треба включити в ланцюг послідовно з навантаженням (ліхтарик, світильник, кулер, радіосхема тощо). Це основне правила всім вимірювальних електроприладів. Тобто для вимірювання струму мультиметр включають "у розрив" ланцюга.
Як визначити значення змінної напруги в мережі
Важливим моментом при визначенні змінної напруги є той факт, що щупи мультиметра підключаються до пристрою паралельно. Це з тим, що напруга саме собою – різниця потенціалів між двома точками.
Можна скористатися тим самим принципом, що у випадку зі змінним струмом. Діапазон величини регулювати від максимального до мінімального, не забуваючи про положення щупів.
Як приклад для вимірювання змінної напруги можна скористатися стандартною батареєю. Перемикач ставиться на відповідний режим, встановлюється діапазон. При цьому щупи стосуються батареї паралельно один одному з обох боків. І відразу видно, як екран відображає величину напруги досліджуваного елемента.
З постійною напругою ситуація та сама, тільки потрібно не забувати переставляти перемикач на правильний режим.
Незалежно від моделі та специфіки роботи мультиметра важливо дотримуватись інструкції з техніки пожежної безпеки, правильно поводитися з електричними приладами, не ризикуючи своє здоров'я.
Під змінною напругою розуміється напруга, що періодично змінюється, основними параметрами її є період (або частота як величина, зворотна періоду), амплітуда U mта миттєве значення сигналу U(t).
Крім амплітудного та миттєвого значень періодичного сигналу часто використовують:
1. Середнє значення (7.1)
2. Середньовипрямлене значення 
(7.2)
3. Чинне значення 
(7.3)
Знаючи форму сигналу, можна обчислити співвідношення між амплітудним, діючим та середньовипрямленим значеннями:
- Коефіцієнт форми;
- Коефіцієнт амплітуди.
Таблиця 7.1
Комбіновані вольтметри відображають діюче значення вимірюваної величини. Перехід від миттєвого значення до чинного може бути реалізований трьома способами: визначення середнього значення і множення його на коефіцієнт форми; визначення амплітудного значення та поділ його на коефіцієнт амплітуди; розрахунок чинного значення за формулою (7.2). Відповідно, існують три типи вхідних детекторів вимірювальних приладів змінного струму: детектори середньовипрямленого значення, амплітудного значення, діючого (середньоквадратичного) значення.
Найбільш часто на практиці використовують синусоїдальні сигнали, тому в приладах з детекторами середньовипрямленого значення та амплітудного значення проводиться відповідно множення та поділ на коефіцієнти форми та амплітуди для синусоїдального сигналу. Таким чином, при вимірюванні сигналів форми, відмінної від синусоїдальної, виникатиме методична похибка.
2. Принцип дії вольтметрів із детектором
середньовипрямленого значення
Напруга змінного струму може бути виміряна вольтметрами електромагнітної, електро- та феродинамічної або електростатичної систем. Але найбільш широко у вимірювальній практиці використовуються вольтметри, що мають вимірювальний механізм магнітоелектричної системи та перетворювач вимірюваного параметра змінної напруги в постійний струм. Вимірювальні механізми магнітоелектричної системи реагують на середнє значення струму, що протікає по рамці. Тому, якщо пропускати через рамку струм із нульовим середнім значенням (наприклад, синусоїду, меандр тощо), то рухлива система не відхилятиметься. Для вимірювання змінних струмів та напруг необхідно сигнал попередньо перетворити на постійний струм або напругу. Основні типи таких перетворювачів наведені у .
Мал. 7.1. Випрямлювальні вольтметри
У випрямлювальних вольтметрах зазвичай застосовують схеми одно- або двонапівперіодного випрямлення (див. рис. 7.1).
Недоліком найпростішої схеми(рис. 7.1а) є мала чутливість, велика зворотна напруга, прикладена до діода, і, крім того, несиметричність навантаження для джерела сигналу різні напівхвилі сигналу. У схемі на рис. 7.1б використані два діоди, що дозволяє вирівняти ( R=Rр) струми напівхвиль та захистити діод Д1 від пробою. Часто використовують схеми двонапівперіодного випрямлення (рис. 7.1в).
В усіх цих схемах вимірювальний механізм реагує середньовипрямлений струм, тобто. відхилення стрілки пропорційно до середньовипрямленої напруги Uсв вимірюваного сигналу
.
У більшості ж технічних додатків необхідно знати чинне (середньоквадратичне) значення U. Звичайно, якщо виміряно Uсв, то Uможна визначити, використовуючи коефіцієнт форми. Наприклад, для синусоїдального сигналу U= 1,11× Uсв. Для зручності застосування приладу це примноження на коефіцієнт 1,11 проводиться при градуюванні:
;
;
.
В результаті таким вольтметром зручно користуватися при вимірі синусоїдальних сигналів. Якщо ж коефіцієнт форми вимірюваного сигналу відрізняється від 1,11, виникає так звана похибка форми кривої.
(7.4)
Наприклад, для меандру ( Доф = 1,00):
,
тобто. методична похибка за рахунок відхилення форми кривої від синусоїди може суттєво (у кілька разів) перевищувати інструментальну, яка визначається класом точності приладу. Якщо відомий коефіцієнт форми сигналу, що вимірюється, то можна обчислити вимірюване діюче значення Uх за формулою
(7.5)
де Uп - показання вольтметра випрямляючої системи.
Таким чином, при вимірюванні напруги змінного струму випрямляючим вольтметром слід враховувати дві методичні похибки (за рахунок вхідного опору та за рахунок форми кривої) та інструментальну похибку самого вольтметра.
3. Принцип дії вольтметрів із детектором
амплітудного значення
Вольтамперні характеристики реальних діодів мають нульову зону (відсутність струму у прямому напрямку) до 0,3-0,7 В. Тому випрямні вольтметри не можна використовувати при вимірі малої напруги. Потрібне попереднє посилення вхідного сигналу, що здійснюється в електронних вольтметрах. На рис. 7.2 наведено схеми електронних вольтметрів із лінійними детекторами на операційних підсилювачах.
а б
Мал. 7.2. Схеми електричних вольтметрів.
При вимірі високочастотної напруги часто використовуються електронні вольтметри з амплітудними детекторами. На рис. 7.3 наведена схема вольтметра, що складається з:
вимірювального механізму магнітоелектричної системи (ІМ);
Підсилювач постійного струму (УПТ);
Дільників у вхідних ланцюгах;
Пробника, що є амплітудним детектором із закритим входом.
Його вихідний сигнал визначається амплітудою змінної складової вхідного сигналу.
У комбінованих вольтметрах шкала градуюється так, щоб одразу визначити середньоквадратичне значення.
; 
; 
,
де До УПТ- Коефіцієнт, що залежить від характеристик підсилювача постійного струму.
Мал. 7.3. Функціональна схемавольтметра В7-15
Градуювання комбінованих електронних вольтметрів здійснюють для вхідного синусоїдального сигналу
Якщо коефіцієнт амплітуди відрізняється від К А=1,41, виникає методична похибка:
Наприклад, якщо вхідний сигнал має форму меандру ( К А=1,00), то відносна методична похибка:
Знак мінус свідчить про те, що показання вольтметра менше, ніж значення вхідного сигналу, що діє. Якщо відомий коефіцієнт амплітуди вхідного сигналу, то значення, що діє, дорівнює:
де Uп – показання електронного вольтметра.
Тільки якщо градуювання шкали збігається з типом детектора, прилади показують той параметр сигналу, для якого проведено градуювання шкали.
З огляду на великий вхідний активний опір електронних вольтметрів на промислових частотах (до 1 кГц) часто можна знехтувати методичною похибкою за рахунок споживання енергії від вхідного сигналу і загальна похибка вимірювання напруги має дві складові: методичну похибку форми кривої та інструментальну похибку самого електронного вольтметра.
Відмінною характеристикою вакуумних діодів, які часто використовуються в амплітудних детекторах електронних вольтметрів (див. рис. 7.3), є відсутність нульової зони, і навіть наявність невеликого струму через діод при нульовому вхідному сигналі. Нестабільність цього нульового струму діода вимагає проведення перед вимірюванням електронним вольтметром додаткової операції "установки нуля змінної напруги", під час якої підлаштовується величина спеціального сигналу, що компенсує. Таким чином, при вимірюванні електронним вольтметром напруги змінного струму необхідно провести два регулювання: балансування УПТ і компенсацію нульового струму вакуумного діода.
Сучасні електронні та цифрові вольтметри зазвичай побудовані за схемою широкосмугового підсилювача - перетворювача середньовипрямленого значення - вимірювального механізму. Крім того, як окремий конструктивний елемент є амплітудний детектор із закритим входом (пробник). Пробник підключається у разі вимірювання високочастотних сигналів до входу вольтметра, що працює в цьому випадку в режимі вимірювання постійної напруги, що надходить з виходу пробника. Для збереження градуювання шкали в пробнику передбачено дільник ( До=1), так що вихідний сигнал пробника дорівнює діючому значенню при синусоїдальної вимірюваній напрузі.
У цифрових вольтметрах також передбачається два варіанти вимірювання напруги змінного струму: при підключенні сигналу до клем використовується лінійний детектор (див. рис. 7.2), а для вимірювання високочастотних сигналів до приладів додається пробник (амплітудний детектор). У деяких вольтметрах застосовуються квадратичні детектори, вихідний сигнал яких пропорційний діючому значенню напруги вимірювання і похибка форми кривої відсутня.
Принцип роботи електронного вольтметра змінної напруги полягає у перетворенні змінної напруги на постійне, прямо пропорційне відповідному значенню змінної напруги, та вимірюванні постійної напруги електромеханічним вимірювальним приладом або цифровим вольтметром.
Вимірюване електронним вольтметром значення змінної напруги визначається типом вимірювального перетворювача змінної напруги, що застосовується в постійне. Розглянемо пристрій електронних вольтметрів змінної напруги, вимоги до окремих елементів, особливості побудови та їх метрологічні характеристики.
Вольтметри амплітудних значень
Відхилення покажчика амплітудного вольтметра прямо пропорційно амплітудного (пікового) значення змінної напруги, незалежно від форми кривої напруги. Такою властивістю не має жодна із систем електромеханічних вимірювальних приладів. В електронних вольтметрах амплітудного значення використовуються пікові детектори з відкритим та закритим входом.
Необхідна чутливість (нижня межа вимірюваної напруги – одиниці мілівольт) досягається застосуванням після детектора УПТ з великим коефіцієнтом посилення.
Нарис. 2 показано спрощену структурна схемаамплітудного вольтметра із закритим входом, побудованого за схемою врівноважує перетворення.
Вимірювана напруга U xподається через вхідний пристрій на вхід пікового детектора із закритим входом (VD1, С1, R1).На ідентичний детектор (VD2, С2, R2)подається компенсуюча напруга з частотою близько 100 кГц, сформована в ланцюзі зворотнього зв'язку. Постійна напруга, що дорівнює амплітудним значенням вимірюваного сигналу і компенсуючої напруги порівнюються на резисторах R1, R2.Слід зазначити, що за малих напруг детектори працюватимуть у квадратичному режимі, що призведе до похибки вольтметра амплітудного значення.
Різнисна напруга подається на УПТ A1 звисоким коефіцієнтом посилення. Якщо напруга на виході УПТ має позитивну полярність, що свідчить про перевищення напруги сигналу над компенсуючим або про відсутність останнього, запускається раніше замкнений генератор-модулятор, і напруга, що компенсує, надходить через дільник зворотного зв'язку на детектор VD2, R2, С2.Генератор-модулятор являє собою генератор, зібраний за ємнісною триточковою схемою, підсилювач та емітерний повторювач.
Перевищення компенсуючої напруги над вимірюваним призводить до замикання генератора-модулятора. Вихідна напруга з амплітудою, пропорційною амплітуді вимірюваної напруги та частотою 100 кГц, подається на детектор середньовипрямленої напруги U1та вимірюється магнітоелектричним вольтметром PV1.
Важливою вимогою є ідентичність передавальних характеристик детекторів сигналу та напруги, що компенсує. Тільки за однакових характеристик рівність вихідних напруг детекторів свідчить про рівність вхідних напруг.
У режимі, що встановився, на резисторах R1 та R2утворюється деяка різниця напруг і дорівнює
(1)
де Дота β – коефіцієнти передачі ланцюга прямого перетворення та зворотного зв'язку.
У цій схемі ланцюг прямого перетворення входять УПТ, генератор-модулятор, ланцюг зворотного - дільник в ланцюгу зворотного зв'язку і детектор компенсуючого сигналу. Таким чином, для забезпечення високої точності врівноваження коефіцієнт посилення УПТ і генератора-модулятора має бути досить високим.
Складовими похибки є: похибка зразкових засобів під час градуювання, випадкова похибка вимірювання постійної напруги магнітоелектричним приладом, похибка, обумовлена нестабільністю коефіцієнта передачі ланцюга зворотного зв'язку та коефіцієнта передачі детектора середньовипрямленого значення, неідентичність характеристик детекторів, неврівноваженість схем.
За подібною схемою працюють серійні амплітудні мілівольтметри В3–6, В3–43, що випускаються промисловістю. Основна похибка на частотах до 30 МГц становить 4...6%, частотах до 1 ГГц – 25%. Шкали амплітудних вольтметрів градує у середньоквадратичних значеннях синусоїдальної напруги. Недоліком є велика похибка при вимірі напруги з великим рівнем гармонійних складових.
Майже кожному з нас рано чи пізно доводилося (або ще доведеться) зіткнутися із завданням виміряти електричну напругу.
Це може знадобитися вам в одній з безлічі побутових ситуацій, і добре заздалегідь знати, як і за допомогою чого це можна зробити.
Для вимірювання напруги вам знадобиться лише один прилад під назвою "мультиметр"та джерело електроенергії. Виміряти напругу батареї, що завалялася, блока живлення для ноутбука, оголених проводів у квартирі - це одні з найчастіших застосувань.
У цій статті ми на прикладі розглянемо як вимірювати електричну напругуенергії з допомогою побутового мультиметра.
Як приклад, навіщо це потрібно знати кожному, можна навести кілька побутових ситуацій: заміривши напругу на батарейці можна зрозуміти, наскільки вона " здорова " , чи можливо її можна викидати; лампа в люстрі не горить, хоча лампочка нова - варто перевірити, чи можливо проблема в проводці; при відключенні електрики на щитку в під'їзді не зайвим буде переконатися, чи справді ви знеструмили всю квартиру. Загалом, застосування маса.
З завданнями розібралися, тепер варто розповісти про те, що вам знадобиться для вимірювань. У 99% побутових ситуацій вам буде потрібне лише джерело змінного або постійного струму і "мультиметр" - прилад, що вимірює напругу,також званий "тестером",та інші електричні показники, саме одна з його функцій - вольтметр. Для домашніх вимірів підійде сама проста модель, що можна знайти в магазині за ціною від 200 рублів.
І зовсім небагато про струм. Напруга електричного струмувимірюється в вольтах (V). Сам струм може бути постійним (DCV)або змінним (ACV). У розетці та домашній проводці струм завжди змінний, а у всього, де є "+" і "-" (батарейок, акумуляторів тощо) постійний. Насамперед визначте, який струм ви зібралися вимірювати і виберіть на мультиметрі відповідне положення перемикача: DCV - постійний струм, ACV - змінний струм.
Цифрові значення на мультиметрі - це максимальні показники, що вимірюваються. Якщо ви навіть приблизно не знаєте, яку напругу ви маєте виміряти, почніть з установки на найвище значення.
Варто врахувати, що багато сучасних мультиметрів вміють самі визначати який струм на них подається - постійний або змінний. Якщо ваш мультиметр із таких, то замість положень перемикача DCV та ACV у вас буде одне положення – V. У такому разі просто виставте його.
Як підключити дроти мультиметра
У багатьох новачків після покупки часто виникає питання – куди вставляти дроти (а якщо бути точним, то вони називаються щупи) мультиметра і як це правильно зробити.
Більшість мультиметрів мають три роз'єми для підключення проводів і два дроти - чорний та червоний. Чорнийпровід вставляється у гніздо з написом COM, червонийа в гніздо, де серед символів є позначення V.
Третє гніздо служить для виміру високих струмів і для вимірювання напруги воно нам не знадобиться, а взагалі в нього при необхідності перетикається червоний провід, а чорний завжди залишається в одному гнізді.
Як виміряти напругу в розетці
Однією з найчастіших завдань є вимірювання напруги в розетціабо у квартирній проводці. За допомогою мультиметр це зробити дуже просто. Як ми вже писали вище, у розетках тече змінний струм, тому для його вимірювання потрібно виставити перемикач на мультиметрі в зону ACV.
Ми знаємо, що напруга має бути приблизно 220 вольт, тому якщо у вас мультиметр як на прикладі з фотографії вище – виставте перемикач на позначку більше передбачуваного значення, в даному випадку на 750 у діапазоні ACV.
Налаштувавши пристрій саме час засунути пальці щупи в розетку. Немає різниці який провід в який отвір розетки вставляти. Загалом тут боятися нема чого, головне триматися за ізольовану частину щупів і не торкатися металевої їх частини (хоча зробити це досить складно навіть за великого бажання), а також не допускати їх торкання один одного, поки вони вставлені в розетку, інакше можна влаштувати коротке замикання .
Якщо ви все зробили правильно, на екрані вашого мультиметра буде показано поточну напругу в розетці та вашій внутрішньоквартирній проводці.
У нашому випадку це 235.8 вольт – у межах норми. Рівно 220V на екрані ви ніколи не побачите, так що похибка +-20 - це нормально.
Як виміряти напругу акумулятора або батареї
Різні батареї та різні акумулятори, загалом все, де ви бачите "+" і "-" - все це джерела постійного електричного струму. Виміряти постійну напругу не складніше, ніж змінне.
Для цього візьміть, наприклад, звичайнісіньку пальчикову батарейку. З'єднайте червонийпровід мультиметра з "+" - вим контактом батарейки, а чорнийз "-" - ви м. Якщо ви з'єднаєте їх навпаки - нічого страшного не станеться, просто на екрані мультиметра показання відображатимуться зі знаком мінус, приблизно ось так.
Зазвичай напруга на акумуляторах маленька, тому можна не боятися і притискати щупи пальцями. До 20 вольт ви швидше за все нічого не відчуєте. У разі батарейки типу AAA – її максимальна напруга 1.5 вольта, що зовсім не страшно для людини.
Як бачимо зі показань мультиметра, напруга у нашій батарейці 1.351 вольта, отже батарейка ще цілком заряджена і може використовуватися.
Аналогічно можна перевіряти будь-які інші елементи живлення та вимірювати їх вольтаж, і як ви тепер знаєте, нічого складного в цьому немає.