Вольтметр

Вольтметр, прибор для измерения электрического напряжения между двумя точками электрической цепи, представляющий собою по большей части миллиамперметр (смотрите Амперметр), последовательно соединенный с добавочным сопротивлением. Пока сопротивление такой цепи не меняется, напряжение на концах ее, по закону Ома, будет пропорционально току, проходящему через миллиамперметр, к-рый поэтому может быть градуирован прямо в вольтах. Для того чтобы общее сопротивление цепи вольтметра не изменялось от нагревания его обмотки или от изменения t° среды, добавочное сопротивление рассчитывают так, что в нем поглощается ббль-шая часть всего измеряемого напряжения, и выполняют это сопротивление из материала с ничтожным Г-ным коэффициентом.

Различают: 1) В. с подвижной катушкой и постоянным магнитом (фигура 1); эти В. пригодны только для постоянного тока и имеют равномерную шкалу, так как вращающий момент

М=fcj-cc=&₂·//·ί=1(_ζ·Ιί·Ε=7с₄·./?,

где а—угловое отклонение стрелки В., Н— напряженность поля постоян. магнита, г— ток в цепи В., Е—измеряемое электрич. напряжение. Благодаря большой точности (до 0,2%) такие В. выполняют как в виде щитовых, так и в виде

Фигура 2. Фигура з. прецизионных лабораторных приборов. Недостатки этих В.: высокая цена и возможность ослабления постоянного магнита. 2) В. с мягким железом (электромагнитный) с плоской катушкой (фигура 2) и с круглой катушкой (фигура 3)—пригодны для постоянного и переменного тока. Вследствие индуктивности обмотки сопротивление цепи В. будет неодинаково для постоянного и переменного токов, а поэтому и показания В. при одном и том же напряжении в обоих случаях будут относиться, как

Кроет. Inocm. |/(R + г)³+ (L-ω)²

Яперем. hie рем. К+г

-1^ЛГ+Ш·

где а—показания В., В—сопротивление обмотки, L—самоиндукция обмотки, г—добавочное сопротивление, ω—частота тока. Для того, чтобы В. давал правильные показания при постоянном и переменном токе, необходимо рассчитать добавочное сопротивление так, чтобы разница показаний не превышала точности отсчета по В. ,Из теории электромагнитного В. с плоской катушкой следует, что вращающий момент: М=k_x-i²·sin 2(θ+α)=k^-W-sin 2(θ+α), где E—напряжение на В., Θ—угол между направлением силовых линий и малой осью

лепестка в начальном положении, а—угловое отклонение лепестка. На фигуре 4 А—лепесток (эллиптическая пластинка из мягкого т. э. т. IV.

железа),В—обмотка, О—ось лепестка и указателя, С—поток магнитных силовых линий. Это ур-ие показывает, что: 1) шкала электромагнитного В. неравномерна, 2) чувствительность его меняется вместе с отклонением и зависит от начального расположения лепестка по отношению к обмотке. Последнее свойство электромагнитного В. является весьма ценным, так как позволяет строить В. с наибольшей чувствительностью—другими словами, с наиболее крупными делениями: в начале, середине или конце шкалы, смотря по назначению прибора. Электромагнитный вольтметр обла- Фигура 5.

дает очень прочной и простой конструкцией, не .боится ударов и перегрузок, является наиболее дешевым типом прибора и имеет самое широкое распространение: выполняется он главным образом в виде щитового прибора. Недостатки его: вольтметр весьма чувствителен к внешнему полю и имеет ошибку гистерезиса в цепи постоянного тока. 3) В. электродинамически е—пригодны для постоянного и переменного тока; шкала неравномерная, М=к_х-Е^г, большая чувствительность к внешнему полю; выполняются б. ч. в виде прецизионных приборов переменного тока. 4) В. т е-пловые (фигура 5)— пригодны для постоянного и переменного тока, применяются главным образом для токов большой частоты, так как показания их не зависят от частоты; очень деликатны по своему устройству, боятся ударов и перегрузок, требуют сложных приспособлений для компенсации влияния t°. 5) В. и н-Аукционные с электромагнитным экраном (фигура 6) и с вращающимся полем—годны только для пере- ___________________

менного тока определенной частоты, так как показания сильно зависят от частоты; эти В. выполняются в виде щитовых приборов, имеют сильную и прочную конструкцию.

Кроме перечисленных приборов, являющихся в сущности переградуированными амперметрами, применяются также статически е, основанные на притяжении между подвижной и неподвижной обкладками конденсатора, между которыми устанавливают измеряемое напряжение или

Фигура 6.

Фигура ".

6) В. электро-

часть его. На фигуре 7 схематически изображено внутреннее устройство В. электростатического: а и с—неподвижные обкладки, b—подвижная алюминиевая пластинка. Передача движения от пластинки b к стрелке-указателю Z осуществляется при помощи специального устройства. Эти В. не потребляют активной мощности. Они выполняются в виде приборов щитовых или переносного типа, пригодны для постоянного и переменного тока и являются единствен, типом прибора, применяющимся при непосредствен. измерении высок, напряжений (до 300 kV). При очень больших напряжениях включают последовательно с электростатическим В. емкость, так что измеряемое напряжение распределяется между В. и пред-включенной емкостью. 7) В. термоэлектрические применяют для измерения очень малых напряжений переменного тока. На фигуре 8 изображена схема такого В.: А— прибор с подвижной обмоткой, Т—термопара, К—сопротивление, нагреваемое проходящим током. По конструктивным соображениям, все В. других типов для измерения малых напряжений приходится делать с очень малым сопротивлением, а так как обычно в цепях с малым напряжением действуют и малые токи, то включение такого прибора может нарушить весь исследуемый процесс.

8) В. ламповые применяют для определения амплитудного напряжения переменного тока. В качестве основной детали прибора использована электронная лампа по следующей схеме (фигура 9). В цепь анода А включается анодная батарея Б_а и миллиамперметр тЛ. Между нитью накала и сеткой включены вторичная обмотка трансформатора Т и потенциометр Р (делитель напряжения). Включив в цепь нити К батарей накала, получим электронный ток от нити накала к аноду А, который и будет отмечен миллиамперметром. Если теперь будем увеличивать посредством потенциометра отрицательный потенциал на сетке G, то, при не котором соответствующем напряжении Е_Саэлектронный ток прекратится. Включив после этого первичную обмотку трансформатора, наложим на постоянный потенциал сетки новый переменный потенциал ±Е_Х, вследствие чего в цепи миллиамперметра опять появится ток. Для прекращения его нужно изменить постоянный потенциал на сетке. Если новое значение напряжения между нитью и сеткой будет E_Ci, то амплитудное напряжение переменного тока" выразится так:

Ех=Ес₁—Е<.₁₎·

Практич. схемы описанной выше принципиальной схемы, впервые данной Гундом,— см. Измерения в радиотехнике.

Вольтметры строят обычно на небольшие пределы напряжений (от 30 до 120 V), за исключением электростатическ.; для повышения же предела измерений применяют следующие вспомогательные принадлежности: а) добавочные сопротивления, которые соединяются последовательно с В. и принимают на себя все падение напряжения, излишнее для В.; б) измерительные трансформаторы напряжения, включаемые первичной обмоткой в цепь вместо В., причем вторичная обмотка замыкается на вольтметре. Коэффициент трансформации трансформатора подбирают примерно так, чтобы он соответствовал отношению номинального напряжения цепи к наибольшему значению шкалы вольтметра.

Лит.: Ермаков В. Д., Основы электроме трии, ч. I—Электроизмерительные приОоры, М., 1927; К e i n a t b G., Die Technik elektrischer Messgerate. В. 1. Munehen und В., 1928; D г у s tl а 1 е, Electrical Measuring Instruments, L., 1924; H u n d A., Hocbfre-nuenzmessteclmik, B., 1922. H. Александров.