El voltímetro es un dispositivo para medir voltaje. Medición de voltaje CC. Tipos de voltímetros digitales

Voltímetro- este es el dispositivo del que no puedes prescindir cuando trabajas con electricidad. Se utiliza cuando es necesario medir EMF: fuerza electromotriz, así como voltaje en circuitos eléctricos. El diagrama de conexión del dispositivo a la carga es paralelo.

Los voltímetros, como cualquier dispositivo eléctrico, deben comprobarse periódicamente para comprobar que cumplen con las especificaciones técnicas, repararse y mantenerse.

Determinación de características técnicas de un voltímetro, tipos de voltímetros.

para determinar especificaciones del voltímetro Se tienen en cuenta los siguientes indicadores:

• Resistencia interna. Es bueno que este indicador sea muy alto. Esto significa que se reduce la influencia del dispositivo sobre el circuito eléctrico conectado. Y en consecuencia, la medición con un voltímetro será más precisa.
• El rango de tensiones medidas también es la característica más importante a la hora de medir.

Voltímetro estándar Puede medir voltajes desde milivoltios hasta miles de voltios. Pero también se pueden utilizar voltímetros especiales.

Hay milivoltímetros y microvoltímetros que pueden medir los valores de voltaje más pequeños, pero mantienen una alta precisión, hasta millonésimas de voltio. Y hay kilovoltímetros, dispositivos para medir voltajes muy altos, hasta 1000 voltios.

Para trabajar con tales dispositivos se necesitan habilidades y experiencia especiales, permiso para operar instalaciones eléctricas con voltajes de más de 1000 voltios. Esto es necesario para evitar daños a los dispositivos al trabajar con milivoltímetros y microvoltímetros o lesiones al trabajar con kilovoltímetros.

Precisión de la medición (error). Con este parámetro, puede determinar posibles diferencias entre los datos del dispositivo y el voltaje actual en la red.

Voltímetros y su clasificación.

La clasificación de los voltímetros depende de su diseño, ámbito de aplicación y otros parámetros. Los voltímetros están divididos. según los siguientes principios:

1. Según el principio de funcionamiento, los voltímetros se dividen en electromecánicos (magnetoeléctricos y electromagnéticos) y electrónicos, por ejemplo, digitales, analógicos.

2. Para el fin previsto, por ejemplo, pulsados, teniendo en cuenta la corriente continua, alterna y otras.

3. Según el método de aplicación: inicialmente integrado (panel) y portátil.

Se dispone de gran sensibilidad y, por tanto, precisión. voltímetros magnetoeléctricos. Estos dispositivos se utilizan con mayor frecuencia en los laboratorios. Los voltímetros más comunes son electromagnéticos.

Son económicos y su funcionamiento no causará dificultades. Aunque también tienen desventajas: un consumo de energía bastante alto, aproximadamente 5-7 W, así como una alta inductancia de los devanados. Por lo tanto, la frecuencia de la tensión alterna influye significativamente en las lecturas del voltímetro. Los dispositivos de este tipo están equipados en paneles de distribución de centrales eléctricas y locales e instalaciones industriales.

Voltímetros electrónicos dividido en analógico y digital. Los instrumentos analógicos tienen una escala y una aguja que muestra el valor del voltaje alejándose de cero. Dichos dispositivos funcionan de la siguiente manera: el voltaje alterno de entrada se convierte en voltaje continuo, se aumenta y se envía al detector. Después de esto, la señal de salida provoca la desviación de la flecha. Cuanto más se desvía la aguja, más fuerte será el voltaje de entrada.

Al medir el voltaje voltímetros analógicos Es importante observar la polaridad al conectar el dispositivo. Con un voltaje negativo la aguja se moverá hacia la izquierda del cero, con un voltaje positivo se moverá hacia la derecha. Si la escala de su voltímetro no tiene la capacidad de desviar la aguja en dos direcciones, entonces debe usar la sonda roja para tocar el punto que previamente tocó la sonda blanca para medir el voltaje negativo. O viceversa (los colores de las sondas pueden ser diferentes).

EN voltímetros digitales Las lecturas de voltaje se muestran en una pantalla electrónica.

Gracias al circuito de voltímetros universales, es posible determinar tanto la tensión continua como la alterna, dependiendo de los interruptores de modo de funcionamiento instalados y de su posición.

Medidas c voltímetros digitales serán más precisos que los analógicos. La medición se realiza convirtiendo el voltaje de entrada analógico en un código digital, que se envía a un dispositivo de lectura digital y luego transforma el código binario resultante en un dígito decimal que aparece en la pantalla.

La exactitud de la medición de voltaje se debe a la discreción del convertidor analógico a digital incluido en el dispositivo.

Determinar el tipo de voltímetro por nombre.

Para conocer el tipo de voltímetro no es necesaria su documentación técnica. Así, la primera letra del nombre de un voltímetro contiene información sobre el tipo de dispositivo y el principio de su funcionamiento. La primera letra "D" del nombre significa voltímetro electrodinámico; “M” - magnetoeléctrico; “C” - electrostático, “T” - termoeléctrico; “F, Shch” - electrónico; “E” - electromagnético; “C” es un voltímetro de tipo rectificador.

El nombre de los voltímetros de medición por radio comienza con la letra "B". Le sigue un número que indica el tipo de dispositivo, y después de un guión hay dos números mediante los cuales puede configurar el modelo de voltímetro: B2, B3, B4: dispositivos de corriente continua, alterna o pulsada. B5 - voltímetros sensibles a fases, B6 - selectivos; B7 - universal.

Precauciones de seguridad al utilizar voltímetros.

Los requisitos de seguridad son los mismos para todos los aparatos eléctricos. Al medir voltaje, es importante configurar correctamente el tipo de voltaje que se mide en el dispositivo. Si configura el voltaje de CC incorrectamente, cuando se conecte a un circuito con voltaje de CA presente, este dispositivo podría romperse. Para evitar errores, necesita saber lo siguiente.

La tensión continua siempre viene con una señal de +27 V o -5 V. Además, la tensión alterna se puede indicar con una señal de onda de ~220 V. Antes de realizar las mediciones, es necesario determinar el rango de medición, esto es muy importante. Por ejemplo, si necesita investigar la presencia de un voltaje de +27 V, entonces debe configurar: voltaje constante, los límites de medición son mayores que el voltaje medido.

Si se desconoce el voltaje en el circuito, establezca el límite de medición máximo posible. Luego reduzca lentamente hasta que aparezcan indicaciones. Si hace lo contrario, el dispositivo fallará debido a una sobretensión.

Todo lo relacionado con la electricidad requiere un seguimiento periódico de las características técnicas, mantenimiento y reparación. En este trabajo no se puede prescindir de varios instrumentos con los que se pueden medir determinadas características. Uno de esos dispositivos es un voltímetro.

Propósito del dispositivo

Un voltímetro está diseñado para medir voltaje o fuerza electromotriz (EMF) en secciones de circuitos eléctricos.

El dispositivo está conectado a la carga en paralelo.

Principales características técnicas de los voltímetros.

Para evaluar las características técnicas de los instrumentos de medida, se acostumbra utilizar los siguientes indicadores:

1. Resistencia interna. Lo ideal sería que esta cifra fuera lo más alta posible. En este caso, se minimiza la influencia del dispositivo en el circuito al que está conectado. En otras palabras, cuanto mayor sea la resistencia interna del voltímetro, más precisa será la medición;
2. Rango de tensiones medidas. La mayoría de los voltímetros son universales y miden voltajes en el rango desde decenas de milivoltios hasta 1000 voltios. Estos límites son suficientes para la mayoría de las mediciones. Sin embargo, los especialistas utilizan ampliamente instrumentos especiales que permiten medir valores de voltaje muy pequeños con alta precisión: milímetros e incluso microvoltímetros (con una precisión de milésimas y millonésimas de voltio) y kilovoltímetros que miden voltajes altos del orden de miles de voltios. . Trabajar con estos dispositivos requiere algunos conocimientos, habilidades y permisos especiales para operar instalaciones eléctricas con voltajes superiores a 1000 V, para no dañar los dispositivos (milivoltímetros y microvoltímetros) o evitar lesiones eléctricas y la muerte del personal operativo (cuando se trabaja con kilovoltímetros );
3. Precisión de la medición (error). Este parámetro caracteriza posibles diferencias entre las lecturas del dispositivo y el voltaje real en el circuito;
4. Rango de frecuencia de la tensión alterna medida.

Clasificación de voltímetros.

Según su diseño, alcance de uso, precisión de las mediciones y otros indicadores, los voltímetros se clasifican de la siguiente manera.

1) Según el principio de funcionamiento, los voltímetros son electromecánicos (con mayor frecuencia magnetoeléctricos y electromagnéticos) y electrónicos (digitales y analógicos).

2) Por finalidad: corriente pulsada, continua y alterna y otras 3) Por método de aplicación: tablero (integrado) y portátil.

Voltímetros electromecánicos

Los voltímetros magnetoeléctricos tienen los mejores indicadores de precisión y sensibilidad en comparación con otros tipos de voltímetros. La gente común no encuentra tales dispositivos, ya que se utilizan principalmente para mediciones de laboratorio. Los voltímetros electromagnéticos están mucho más difundidos. Son de funcionamiento sencillo y fiable, económicos de fabricar, pero tienen dos inconvenientes principales: un alto consumo interno de energía (5-7 W) y una alta inductancia de los devanados, por lo que la frecuencia de la tensión alterna tiene un impacto significativo. en las lecturas del dispositivo. Los voltímetros de este tipo se instalan en paneles de distribución de centrales eléctricas e instalaciones de producción.

Voltímetros electrónicos

Hay dos tipos: analógicos y digitales. Es muy fácil distinguir uno del otro: en los instrumentos analógicos hay una escala y una flecha, cuya desviación de cero indica el valor del voltaje, y los voltímetros digitales muestran el valor del voltaje en una pantalla electrónica. El principio de funcionamiento de los voltímetros analógicos es el siguiente: el voltaje alterno de entrada se convierte en voltaje continuo, se amplifica y se suministra al detector, cuya señal de salida hace que la aguja se desvíe. Cuanto mayor es el voltaje de entrada, más se desvía la aguja.

El circuito de voltímetros universales le permite medir tensión tanto continua como alterna dependiendo de la posición de los interruptores de modo de funcionamiento. Una característica de medir voltaje CC con voltímetros analógicos es la necesidad de observar la polaridad de la conexión del dispositivo. Al medir un voltaje negativo, la flecha se desviará hacia la izquierda de cero, y al medir un voltaje positivo, se desviará hacia la derecha. Si la escala de su dispositivo no ofrece la posibilidad de desviar la flecha en dos direcciones, entonces para medir el voltaje negativo necesita, por ejemplo, con una sonda roja tocar el punto que previamente fue tocado con una sonda blanca y viceversa. (los colores de las sondas y cables pueden ser arbitrarios).

Voltímetros digitales

Este tipo de voltímetro mide la tensión con mayor precisión que los analógicos. El principio de funcionamiento se basa en convertir el voltaje de entrada analógico en un código digital, que se alimenta a un dispositivo de lectura digital, que convierte el código binario resultante en un dígito decimal que se muestra en la pantalla. La precisión de la medición de voltaje depende de la discreción del convertidor analógico a digital incluido en el dispositivo.

Marcado de voltímetros.

Para determinar el tipo de voltímetro, no es necesario estudiar su documentación técnica, ya que la primera letra mayúscula de su nombre contiene información sobre el tipo de dispositivo y el principio de su funcionamiento. Si el nombre del dispositivo comienza con la letra "D", es un voltímetro electrodinámico, "M" es magnetoeléctrico, "S" es electrostático, "T" es termoeléctrico, "F" y "Shch" son electrónicos, "E ”es electromagnético. Los voltímetros de tipo rectificador tienen la letra "C" en sus nombres.

Los voltímetros de medición por radio se designan de forma un poco diferente. El nombre comienza con la letra "B", seguida de un número que indica el tipo de dispositivo, luego dos números del modelo del dispositivo separados por un guión: B2, B3 y B4 - voltímetros de corriente continua, alterna y pulsada, respectivamente, B5 - Voltímetros sensibles a fases, B6 - voltímetros selectivos, V7 - voltímetros universales.

Cómo utilizar un voltímetro universal

Lo principal que debe comprender son los requisitos de seguridad. No nos detendremos en ellos en detalle, ya que son comunes a todos los aparatos eléctricos. Al medir voltaje, debe configurar correctamente el tipo de voltaje que se mide en el dispositivo. Si configura por error el voltaje en constante, conectar el dispositivo a un circuito de voltaje alterno puede dañarlo. ¿Cómo no cometer un error? La tensión CC siempre se indica con un signo (+27 V o -5 V). El voltaje CA a veces se escribe con una onda (~220 V). Otro matiz importante es que antes de tomar medidas es necesario configurar el rango de medición. Es decir, si desea verificar la presencia de un voltaje de +27 V, entonces debe configurar: voltaje constante, los límites de medición son mayores que el voltaje medido.

Si se desconoce el voltaje en el circuito, entonces debe establecer el límite de medición máximo posible y luego reducirlo gradualmente hasta que aparezcan lecturas legibles. Si hace lo contrario y el rango establecido es menor que el voltaje medido, el dispositivo fallará debido a una sobretensión. ¡Sigue las normas de seguridad!

Un voltímetro digital es un dispositivo bastante popular. Está destinado únicamente a determinar el voltaje que está presente en el circuito eléctrico. La conexión de un voltímetro digital se puede realizar de dos formas. En la primera opción se instala paralelo a la cadena. El segundo método consiste en conectar el dispositivo directamente a una fuente de electricidad. La peculiaridad de los voltímetros digitales es su facilidad de uso. Además, tienen una resistencia interna bastante alta. Esto es extremadamente importante, ya que este parámetro afecta la precisión del dispositivo.

¿Qué tipos hay?

Todos los voltímetros se pueden dividir según el tipo de valor medido. Los tipos principales son dispositivos de CC y CA. El primer tipo, a su vez, se divide en rectificadores y dispositivos cuadráticos. Además, existen voltímetros de pulso. Su característica distintiva es la medición de señales de pulsos de radio. Al mismo tiempo, pueden realizar mediciones de tensión tanto de corriente continua como de corriente alterna.

Circuito de voltímetro digital

Un circuito de voltímetro digital convencional se basa en cantidades discretas. El dispositivo de entrada juega un papel importante en ello. En este caso, el dispositivo de control interactúa con la unidad de lectura digital mediante números decimales. Una característica especial del dispositivo de entrada es un divisor de alto voltaje. Si el trabajo se reduce a determinar la corriente alterna, entonces funciona como un convertidor normal. En este caso, la salida es corriente constante.

En este momento, la unidad central está recibiendo la señal analógica. En este sistema se presenta en forma de código digital. El proceso de conversión es característico no sólo de los voltímetros, sino también de los multímetros. Algunos modelos de dispositivos utilizan código binario. En este caso, el proceso de recepción de una señal se simplifica enormemente y la conversión se produce mucho más rápido. Los modelos de voltímetro más antiguos trabajaban exclusivamente con números decimales. Al mismo tiempo se registró el valor de la medición. Además, el circuito del voltímetro digital tiene una unidad central, que es responsable de todos los componentes importantes del dispositivo.

Convertidores de voltímetros digitales

Hoy en día, existen muchos tipos diferentes de convertidores que se instalan en voltímetros. Los más comunes son los modelos de pulso de tiempo. Además, existen convertidores de códigos de impulsos.

Su característica distintiva de otros dispositivos es la capacidad de realizar un equilibrio bit a bit. En este momento, los modelos de frecuencia de pulso están privados de tal privilegio. Sin embargo, se pueden utilizar para realizar codificación espacial, lo que puede ser extremadamente importante en algunos estudios. Esto es especialmente cierto para mediciones de voltaje en circuitos eléctricos cerrados.

Voltímetros caseros

Puedes hacer un voltímetro (digital) con tus propias manos. En primer lugar, se selecciona un detector diseñado para determinar el valor medio rectificado. En este caso, suele instalarse junto al convertidor de CA. El detector de voltaje mínimo se determina a partir de 100 MV, sin embargo, algunos modelos son capaces de reconocer intensidades de corriente de hasta 1000 MV. Además, para hacer un voltímetro (digital) con sus propias manos, necesitará un transistor, que afecta la sensibilidad del dispositivo, es decir, su umbral. Está asociado con el nivel de amplitud del voltaje cuántico. La sensibilidad del dispositivo también se ve afectada por la discreción del dispositivo. Si el voltaje es inferior a 100 MV, entonces el nivel de resistencia ciertamente aumentará y, en última instancia, puede alcanzar los 10 ohmios.

Resistencia del circuito

La resistencia que se forma en el sistema depende del número de señales en el circuito. En este caso, debe entenderse que las escalas de los voltímetros pueden variar mucho. La relación de la cantidad medida es directamente proporcional al voltaje. Además, es necesario tener en cuenta la inmunidad al ruido, que también afecta a la resistencia del dispositivo. Cabe señalar aquí que es el voltímetro digital incorporado el que tiene grandes amplitudes.

En este caso, esto tiene una gran influencia en la aparición de interferencias en el circuito. Se considera que la causa más común de una sobretensión repentina es el funcionamiento inadecuado de la fuente de alimentación. En este caso, la frecuencia media del dispositivo puede verse alterada. Así, había, por ejemplo, 50 Hz en la entrada del circuito y 10 Hz en la salida. Como resultado, se genera resistencia en el cable de conexión. Poco a poco esto conduce a una fuga, y esto ocurre en el lugar donde se encuentran los terminales. En este caso, el problema se puede solucionar poniendo a tierra esta zona. Como resultado, la interferencia pasa al circuito de entrada y la frecuencia en el dispositivo se estabiliza.

Errores de medición

El error de medición de un voltímetro está directamente relacionado con. En este caso, se debe tener en cuenta la tensión de captación en la salida. Muy a menudo, la interferencia general cambia los parámetros de resistencia. Como resultado, esta cifra puede disminuir significativamente. Hoy en día, existen tres formas comprobadas de combatir varios tipos de interferencias en los voltímetros. La primera técnica consiste en utilizar cables blindados. En este caso, es muy importante aislar la entrada del circuito eléctrico del equipo.

La segunda forma es tener un elemento integrador. De este modo se puede reducir considerablemente el período de interferencia. Finalmente, se considera que el último truco es la instalación de filtros especiales en los voltímetros. Su tarea principal es aumentar la resistencia en el circuito eléctrico. Como resultado, la amplitud del ruido en la salida después del bloque se reduce significativamente. También cabe señalar que muchos sistemas de transductores pueden aumentar significativamente la velocidad de medición. Sin embargo, a medida que aumenta el rendimiento, disminuye la precisión del registro de datos. Como resultado, estos convertidores pueden provocar mucho ruido en el circuito eléctrico.

Voltímetros de código de pulso

El voltímetro de CA digital con código de impulsos funciona según el principio de equilibrio bit a bit. En este caso, el método de medición del voltaje de compensación es aplicable a estos dispositivos. El proceso de cálculo, a su vez, se realiza mediante un divisor de precisión. Además, se calcula la tensión de referencia en el circuito eléctrico.

En general, la corriente compensada tiene varios niveles. Según la teoría cuántica, los cálculos se realizan en el sistema binario-decimal. Si utiliza un voltímetro digital de dos dígitos para un automóvil, el voltaje se reconoce hasta 100 V. Todo el proceso se lleva a cabo según comandos. La comparación de voltajes merece especial atención en este trabajo. Se basa en el principio de impulsos de control y ocurren en el sistema en ciertos intervalos de tiempo. En este caso, es posible cambiar la resistencia de un divisor.

Como resultado, la frecuencia de salida cambia. Al mismo tiempo, es posible conectar un dispositivo separado para comparar indicadores. Lo principal es no olvidarse de tener en cuenta el tamaño del divisor en el enlace. En este caso, es posible que no se reciba la señal del dispositivo. Como resultado, los datos se pueden comparar por posiciones clave. Básicamente, son un código que se lee mediante un voltímetro.

Circuito simplificado de un voltímetro-amperímetro de código de impulsos.

Un voltímetro-amperímetro digital de CC se puede representar esquemáticamente como elementos que interactúan de un circuito eléctrico. El más importante es el dispositivo de entrada, que actúa como referencia de voltaje. De este modo, el divisor de precisión está conectado a un dispositivo de comparación.

A su vez, los mecanismos de lectura digital muestran la resistencia del circuito eléctrico. Además, los dispositivos de control pueden interactuar directamente con el dispositivo de entrada y comparar indicadores de voltaje de la red. El proceso de medición se puede representar de forma más sencilla mediante escalas. Al mismo tiempo, a menudo se producen fallos en el sistema. Están conectados en gran parte debido a una comparación incorrecta.

Precisión de medición

La precisión de la medición de un voltímetro-amperímetro está directamente relacionada con la estabilidad del voltaje de referencia. Además, se debe tener en cuenta el umbral del divisor de precisión en el dispositivo de entrada. También se tiene en cuenta la protección contra interferencias en la cadena. Para ello, al comienzo del circuito eléctrico se encuentra un filtro. De este modo se puede mejorar significativamente la calidad del trabajo de laboratorio.

Voltímetros con convertidores de tipo tiempo-pulso.

Estos tipos de voltímetros utilizan convertidores especiales que miden el voltaje sólo en ciertos intervalos de tiempo. En este caso, se tienen en cuenta las oscilaciones de impulsos en el circuito eléctrico. Además, se calcula la frecuencia de voltaje promedio en el sistema. Para estabilizarlo, por regla general, se utiliza una señal discreta, que se envía desde la salida del convertidor.

En este caso se pueden reducir considerablemente los impulsos de contaje. El error de medición de los voltímetros está influenciado por muchos factores. En primer lugar, se trata del muestreo de señales. El problema también puede ser la inestabilidad de la frecuencia. Está relacionado con el umbral de sensibilidad del circuito eléctrico. Como resultado, la comparación de voltaje del dispositivo no es lineal.

Un circuito simple de un voltímetro-amperímetro con un convertidor.

Un voltímetro-amperímetro digital con convertidor de frecuencia incluye necesariamente un generador que monitorea los cambios de voltaje en el circuito eléctrico. En este caso, la medición se realiza por etapas a intervalos. El generador del circuito eléctrico es de tipo lineal. Para comparar los datos recibidos, el dispositivo tiene un disparador. A su vez, para calcular la frecuencia es importante utilizar un contador que reciba una señal discreta. Esto sucede en la salida del convertidor voltímetro-amperímetro. En este caso, se tiene en cuenta la magnitud de la tensión límite.

La información va directamente a la entrada del voltímetro-amperímetro. En esta etapa se realiza el proceso de comparación, y cuando ocurre un impulso, el sistema registra el nivel cero. La señal en el voltímetro-amperímetro va directamente al gatillo y, como resultado, se obtiene un voltaje positivo en la salida. El pulso vuelve a su posición original sólo después de que el dispositivo realiza una comparación. En este caso, se tienen en cuenta los cambios en la frecuencia límite que se hayan formado en un período de tiempo determinado. También se tiene en cuenta el factor de conversión. Se calcula en función del indicador de intensidad de la señal.

Además, la fórmula contiene un pulso de conteo que aparece en la salida del generador. Como resultado, el voltaje solo se puede mostrar cuando se producen ciertas fluctuaciones en el circuito eléctrico. En última instancia, la señal debe llegar a la salida del disparador y contarse allí. En este caso, el número de pulsos se registra en un voltímetro-amperímetro. Como resultado, se activa un indicador que le notifica la presencia de voltaje.

Voltímetros de doble integración.

El voltímetro digital de CC de doble integración funciona según el principio de repetición periódica. En este caso, la devolución del código fuente a la cadena se realiza de forma automática. Este sistema funciona exclusivamente con corriente continua. En este caso, la frecuencia se rectifica previamente y se suministra al dispositivo de salida.

Los errores de muestreo no se tienen en cuenta en los voltímetros. Por tanto, pueden producirse momentos de desajuste de los impulsos de conteo. Como resultado, un parámetro puede ser muy diferente al principio y al final del intervalo. Sin embargo, como regla general, el error no es crítico debido al funcionamiento del convertidor.

Un problema particular es la interferencia del ruido. Como resultado, esto puede distorsionar significativamente el indicador de voltaje. En última instancia, esto se refleja en la magnitud del pulso, es decir, en su duración. Por tanto, estos tipos no son muy populares entre los voltímetros digitales.

Inicialmente, los voltímetros y amperímetros eran solo mecánicos, y solo muchos años después, con el desarrollo de la microelectrónica, comenzaron a producirse voltímetros y amperímetros digitales. Sin embargo, incluso ahora los instrumentos de medición mecánicos son populares. Ellos, en comparación con los digitales, son resistentes a las interferencias y dan una idea más clara de la dinámica del valor medido. Sus mecanismos internos siguen siendo prácticamente los mismos que los mecanismos magnetoeléctricos canónicos de los primeros voltímetros y amperímetros.

En este artículo veremos el diseño de un instrumento puntero típico para que cada principiante pueda comprender los principios básicos de funcionamiento de voltímetros y amperímetros.

En su funcionamiento, el dispositivo de medición de puntero utiliza el principio magnetoeléctrico. Un imán permanente con piezas polares pronunciadas se fija de forma inmóvil. Entre estos polos se encuentra un núcleo de acero estacionario, de modo que en el aire se forma una ranura anular entre el núcleo y las piezas polares del imán.

En el hueco se inserta un marco de aluminio móvil, sobre el cual se enrolla una bobina con un alambre muy fino. El bastidor está fijado sobre semiejes y puede girar junto con el carrete. El puntero del instrumento está fijado al marco mediante resortes en espiral. La corriente se suministra a la bobina a través de los resortes.

Cuando una corriente I pasa a través del alambre de la bobina, entonces, dado que la bobina está colocada en un campo magnético y la corriente en sus conductores fluye perpendicular a las líneas del campo magnético en el espacio, actuará sobre ella una fuerza giratoria desde el campo magnético. La fuerza electromagnética creará un par M y la bobina, junto con el marco y la flecha, comenzarán a girar un cierto ángulo α.

Dado que la inducción del campo magnético en el espacio es constante (el imán es constante), el par siempre será proporcional a la corriente en la bobina, y su valor dependerá de la corriente y de los parámetros de diseño constantes de este dispositivo en particular (c1 ). Este momento será igual a:

El contrapar que impide que el marco gire, surgido por la presencia de resortes, será proporcional al ángulo de torsión de los resortes, es decir, el ángulo de rotación de la flecha asociada a la parte móvil:

Por lo tanto, la rotación continuará hasta que el momento M creado por la corriente en el marco sea igual al momento de reacción Mpr de los resortes, es decir, hasta que se produzca el equilibrio. En este momento la flecha se detendrá:

Obviamente, el ángulo de torsión de los resortes será proporcional a la corriente del cuadro (y a la corriente medida), por esta razón los dispositivos del sistema magnetoeléctrico tienen una escala uniforme. El coeficiente de proporcionalidad k entre el ángulo de rotación de la aguja y la unidad de corriente medida se llama sensibilidad del dispositivo.

El valor recíproco se llama precio de división o constante del dispositivo. El valor de la cantidad medida se determina como el producto del precio de división por .

Para evitar vibraciones molestas del marco móvil cuando la flecha se mueve de una posición a otra, estos dispositivos utilizan inducción magnética o amortiguadores de aire.

Un amortiguador de inducción magnética es una placa de aluminio que está montada en el eje giratorio del dispositivo y siempre se mueve con el puntero en el campo de un imán permanente. Las corrientes parásitas resultantes ralentizan la bobina. La cuestión es que, según la regla de Lenz, las corrientes parásitas en la placa, al interactuar con el campo magnético del imán permanente que las genera, impiden que la placa se mueva y las oscilaciones de la aguja se extinguen rápidamente. La función de dicho amortiguador de inducción magnética la desempeña el marco de aluminio en el que está enrollada la bobina.

Cuando se gira el marco, el flujo magnético del imán permanente que penetra en el marco de aluminio cambia, lo que significa que se inducen corrientes parásitas en el marco de aluminio que, al interactuar con el campo magnético del imán permanente, tienen un efecto de frenado, y las oscilaciones del tope de la aguja.

Las compuertas de aire de los dispositivos magnetoeléctricos son cámaras cilíndricas con pistones colocados en su interior, conectados a los sistemas móviles de los dispositivos. Cuando la parte móvil comienza a moverse, el pistón en forma de ala se frena en la cámara y se amortiguan las oscilaciones de la aguja.

Para lograr la precisión de medición requerida, el dispositivo no debe verse influenciado por la gravedad durante el proceso de medición, y la desviación de la aguja debe estar asociada solo con el par que se produce cuando la corriente de la bobina interactúa con el campo magnético del imán permanente y con el frenado del marco por resortes.

Para eliminar la influencia nociva de la gravedad y evitar errores asociados con ella, se añaden contrapesos en forma de pesos que se mueven sobre varillas a la parte móvil del dispositivo.

Para reducir la fricción, las puntas de acero están hechas de acero pulido resistente al desgaste o de una aleación de tungsteno-molibdeno, y los cojinetes están hechos de minerales duros (ágata, corindón, rubí, etc.). El espacio entre la punta y el cojinete de empuje se ajusta mediante un tornillo de bloqueo.

Para colocar con precisión la aguja en la posición inicial cero, el dispositivo está equipado con un corrector. El corrector en el dispositivo puntero es un tornillo que se saca hacia afuera y se conecta mediante un destornillador a un resorte. Con la ayuda de un tornillo, puede mover ligeramente la espiral a lo largo del eje, ajustando así la posición inicial de la flecha.

La mayoría de los dispositivos modernos tienen una parte móvil suspendida de un par de tirantes en forma de tiras metálicas elásticas que sirven para suministrar corriente a la bobina y crear un par de contrapeso. Las extensiones están conectadas a un par de resortes planos ubicados mutuamente perpendiculares.

Para ser justos, observamos que además del mecanismo clásico discutido anteriormente, también existen dispositivos con imanes no solo en forma de U, sino también con imanes cilíndricos, y con imanes en forma de prismas, e incluso con imanes dentro del marco. , que a su vez pueden ser móviles.

Para medir corriente o voltaje, se conecta un dispositivo magnetoeléctrico a un circuito de corriente continua según un circuito de amperímetro o voltímetro, la única diferencia está en la resistencia de la bobina y en el circuito de conexión del dispositivo al circuito; Por supuesto, toda la corriente medida no debe pasar a través de la bobina del dispositivo al medir la corriente, y no se deben consumir grandes cantidades de energía al medir el voltaje. Para crear las condiciones adecuadas, se utiliza una resistencia adicional integrada en el cuerpo del dispositivo de medición.

La resistencia de la resistencia adicional en el circuito del voltímetro es muchas veces mayor que la resistencia de la bobina, y esta resistencia está hecha de un metal extremadamente pequeño como manganina o constante. Una resistencia conectada en paralelo con la bobina de un amperímetro se llama derivación.

La resistencia de la derivación, por el contrario, es muchas veces menor que la resistencia de la bobina de trabajo de medición, por lo que solo una pequeña fracción de la corriente medida pasa a través del cable de la bobina, mientras que la corriente principal fluye a través de la derivación. Una resistencia y una derivación adicionales le permiten ampliar los límites de medición del dispositivo.

La dirección de desviación de la flecha del dispositivo depende de la dirección de la corriente a través de la bobina de medición, por lo que al conectar el dispositivo al circuito, es importante mantener la polaridad correcta, de lo contrario la flecha se moverá en la otra dirección. En consecuencia, los dispositivos magnetoeléctricos en su forma canónica no son adecuados para su inclusión en un circuito de corriente alterna, ya que la aguja simplemente vibrará mientras permanece en un solo lugar.

Sin embargo, las ventajas de los instrumentos magnetoeléctricos (amperímetros, voltímetros) incluyen alta precisión, uniformidad de escala y resistencia a las interferencias generadas por campos magnéticos externos. Las desventajas son la imposibilidad de medir corriente alterna (para medir corriente alterna, primero deberá rectificarla), el requisito de mantener la polaridad y la vulnerabilidad del cable delgado de la bobina de medición a la sobrecarga.

Las responsabilidades de un personal de mantenimiento del hogar incluyen una lista enorme de diferentes tipos de trabajos: desde reparaciones de plomería hasta diagnósticos de sistemas eléctricos domésticos y automotrices. Además de las herramientas necesarias para realizar dicho trabajo (por ejemplo, destornilladores aislados, cortadores laterales, etc.), el arsenal de un artesano del hogar debe contener un conjunto mínimo de instrumentos de diagnóstico que pueden ser necesarios al reparar diversos electrodomésticos y diagnosticar electrodomésticos. alambrado. Uno de esos dispositivos es un voltímetro electrónico digital.

Este tipo de instrumentos de medición se caracteriza por una alta precisión en la determinación de los parámetros de medición, así como por la velocidad de respuesta a los cambios en los parámetros actuales.

Dado que los dispositivos fabricados difieren en funcionalidad, para elegir un producto adecuado, primero debe decidir los fines de su uso. Por ejemplo, recientemente se ha vuelto cada vez más popular un voltímetro digital incorporado en miniatura instalado en los paneles eléctricos domésticos. Un dispositivo de este tipo le permitirá conocer el voltaje actual en la red en cualquier momento.

Además, para seleccionar con éxito un dispositivo que se adapte de manera óptima a sus tareas, es recomendable tener una idea de las características de los dispositivos que se producen actualmente.

Tipos de voltímetros digitales

Los modelos existentes de estos dispositivos se pueden dividir en varios grupos según su funcionalidad.

Dependiendo del tipo de corriente que se mida, existen:

• voltímetro digital de CC
• voltímetro digital de CA

Como sugiere el nombre, la diferencia radica en la capacidad del dispositivo para medir corriente continua o alterna. Para uso doméstico, es necesario adquirir modelos exclusivamente universales capaces de realizar ambos tipos de mediciones, ya que si surge la necesidad, digamos, de un voltímetro digital para un automóvil, un modelo que mida solo corriente alterna no será adecuado.

Según el número de medidas de fase, se distinguen:

• voltímetro digital trifásico
• voltímetro digital monofásico

La primera opción se utiliza principalmente en el cable entrante en edificios de apartamentos o cuando se conecta una casa privada a un cable trifásico. En la mayoría de los casos, esta funcionalidad no es necesaria, ya que el suministro de energía a los apartamentos se realiza mediante un cable monofásico.

Por tipo de cantidades medidas:

• dispositivos con la capacidad de medir solo indicadores de voltaje
• Dispositivos que brindan la capacidad de medir muchos parámetros del flujo de corriente en la red.

El primer tipo incluye dispositivos que le permiten medir solo las características de voltaje y frecuencia (para corriente alterna).

Hoy en día, los dispositivos más comunes son aquellos que permiten medir otras cantidades además del voltaje. Básicamente, estos productos son capaces de medir corriente y resistencia. Los modelos más caros tienen la capacidad de medir los parámetros de capacitancia de dispositivos de almacenamiento eléctrico (condensadores), valores de inductancia, etc.

Teniendo en cuenta que para uso doméstico no se necesita tal cantidad de parámetros medidos, es recomendable elegir un dispositivo que le permita medir voltaje y corriente, así como la resistencia del conductor.

Por área de aplicación podemos distinguir:

• voltímetro universal
• voltímetro digital estruendo
• voltímetro digital para coche

La primera opción enumerada es un dispositivo móvil para medir parámetros actuales en varias redes. La conexión a la red medida se realiza mediante un conjunto de sondas, que le permitirán conectarse a cualquier posible almohadilla de contacto en la red medida.

La segunda opción es un voltímetro digital en miniatura que se utiliza para instalación permanente en un panel eléctrico doméstico. Estos dispositivos se utilizan para controlar el voltaje en la red doméstica. En la mayoría de los casos, sólo pueden proporcionar información sobre el nivel de voltaje.

Para controlar el nivel de voltaje en la red de a bordo del vehículo, se utiliza un voltímetro digital instalado en el encendedor. Un producto de este tipo, mediante una pantalla digital o un conjunto de indicadores LED, proporciona información sobre el nivel de voltaje en la red del vehículo. El uso de dichos dispositivos puede evitar la posibilidad de que la batería se descargue debido al bajo nivel de corriente generada por el generador.

Vale la pena señalar que el uso de estos dispositivos es común principalmente entre los propietarios de automóviles nacionales. En la mayoría de los casos, instalar un voltímetro digital en un automóvil moderno de fabricación extranjera no tiene sentido, ya que el sistema de monitoreo de carga de la batería y un generador eficiente que ya está disponible en dichos automóviles son capaces de mantener el nivel de carga de la batería en el nivel requerido.

También uno de los parámetros de diferencia es el rango de voltajes medidos. En este caso, también es necesario partir del ámbito de uso previsto del dispositivo. Por ejemplo, para el uso diario, es recomendable elegir un voltímetro digital con un rango de medición de hasta 220 voltios. La elección óptima sería un dispositivo con cierto margen en el rango de medición (por ejemplo, hasta 300 V) para poder registrar un aumento de voltaje.

Un voltímetro digital de 12 voltios es adecuado para un automóvil. Si desea controlar el aumento del nivel de voltaje por encima del umbral permitido, puede comprar un voltímetro digital de 24 V.

Cómo elegir un voltímetro

Para seleccionar un dispositivo que pueda realizar las mediciones necesarias, pero que al mismo tiempo no tenga funciones innecesarias que aumenten innecesariamente el precio del dispositivo, primero debe decidir el propósito de la aplicación.

En el caso de que el consumidor no planee diagnosticar electrodomésticos y la única función requerida del voltímetro comprado sea medir el voltaje en la red doméstica, la opción óptima sería un mini voltímetro digital instalado en el panel eléctrico de la casa.

Dicho dispositivo le permitirá obtener información en cualquier momento sobre el nivel de voltaje en la red doméstica sin la necesidad de realizar manipulaciones adicionales (por ejemplo, no es necesario conectar sondas al tomacorriente cada vez).

Para controlar el nivel de voltaje actual en la red de a bordo del vehículo, es adecuado un voltímetro de CC digital incorporado. La mayoría de estos productos están diseñados para conectarse a la toma del encendedor de cigarrillos para simplificar la instalación. El límite permitido de voltaje medido en la mayoría de los productos le permite detectar tanto subtensión como sobretensión. Teniendo en cuenta el bajo nivel de tensión de la corriente medida, así como la conexión al encendedor de cigarrillos, que está protegida por un fusible, el riesgo al utilizar un dispositivo de este tipo es mínimo. Teniendo en cuenta estos hechos, no existen requisitos especiales al elegir dicho producto. La mejor opción sería un producto con indicador de voltaje digital.

Si necesita diagnosticar aparatos eléctricos, así como varios componentes de la red eléctrica doméstica, deberá adquirir un dispositivo móvil con un conjunto de sondas. En este caso, es necesario prestar atención a la funcionalidad del dispositivo y las características de su fabricación.

En este caso, lo más probable es que un simple voltímetro digital no proporcione la funcionalidad requerida. Para garantizar el diagnóstico de aparatos eléctricos, también es deseable poder medir la corriente y la resistencia de los conductores.

Es recomendable elegir un producto capaz de medir tanto corriente continua como alterna, lo que ampliará la gama de tareas para las que se puede utilizar este dispositivo.

No tiene sentido comprar modelos profesionales con la capacidad de medir parámetros de corriente trifásica para uso doméstico. Estos dispositivos son bastante caros y, dado que la red eléctrica doméstica funciona con corriente monofásica, la gran mayoría de las capacidades de estos costosos dispositivos quedarán sin reclamar.

Además, las capacidades de muchos voltímetros digitales para medir los parámetros de una sinusoide de corriente alterna, calcular los valores de voltaje promedio durante un cierto período de tiempo y cosas similares no son absolutamente necesarias para un maestro doméstico.

Vale la pena prestar atención al rango de voltajes medidos. Un voltímetro digital de 220 V permitirá realizar las mediciones necesarias, pero para tener una idea más precisa de los parámetros actuales en la red, es recomendable elegir un dispositivo con un cierto margen en cuanto al nivel de valores medidos. ​​(por ejemplo, con un límite de voltaje medido de 300 V). La mayoría de los modelos modernos tienen un límite de voltaje medido de 600 V, que es suficiente.

El nivel de protección de su carcasa contra averías tiene cierta influencia en el precio del dispositivo. Cuando se usa en casa, no tiene sentido comprar un producto con alta protección, ya que el voltaje doméstico de 220 V no tiene la capacidad de atravesar una capa significativa de aislamiento. El nivel mínimo de protección observado durante la fabricación de dichos dispositivos será suficiente.

Lo único a lo que debe prestar atención en este caso es que no debe comprar productos de fabricantes desconocidos en pequeños puntos de venta. En cualquier caso, trabajar con electricidad conlleva un cierto riesgo para la vida y la salud, por lo que el dispositivo adquirido debe fabricarse de conformidad con las normas técnicas.

También es necesario insistir en el deseo de varios entusiastas que quieren hacer un voltímetro digital con sus propias manos. Lo más probable es que un voltímetro digital casero no tenga el nivel de protección necesario, lo que, cuando se utiliza para mediciones en una red doméstica, puede representar un peligro para la vida. Por lo tanto, antes de fabricar un voltímetro digital, es recomendable considerar la necesidad de realizar tales acciones, el costo de compra de componentes y el tiempo requerido. En la mayoría de los casos, es mejor comprar un producto terminado.