Woltomierz - jak podłączyć i do czego służy?

Woltomierz to urządzenie, które służy do pomiaru napięcia elektrycznego. Tej wielkości fizycznej, wyrażonej w woltach [V] człowiek nie potrafi ocenić swoimi zmysłami, więc musiał stworzyć do tego odpowiedni przyrząd. Sama idea woltomierza jest bardzo stara, choć nowoczesne przyrządy znacznie różnią się od swoich protoplastów!

Typy woltomierzy

Woltomierze możemy podzielić na dwie grupy: analogowe i cyfrowe. Każdy z nich ma inną budowę, dokładność i zastosowania, chociaż najważniejsza funkcjonalność jest taka sama. Każdy z nich ma za zadanie dokonanie pomiaru napięcia.

Woltomierze analogowe (wskazówkowe)

Ten typ woltomierzy był w użyciu jako pierwszy, ponieważ ich budowa jest relatywnie prosta. Niewielka cewka, zawieszona na bardzo delikatnym łożysku, znajduje się w otoczeniu pola magnetycznego od niewielkiego magnesu. Im większy prąd przez nią płynie - czyli im większe napięcie do niej przyłożymy - tym silniej się wychyli. Wystarczy do cewki przymocować wskazówkę, aby uzyskać przyrząd.

Pomimo prostoty, takie przyrządy mają sporo wad. Po pierwsze, ich dokładność pozostawia wiele do życzenia. Mogą pracować w ściśle określonej pozycji i zakresie temperatur, inaczej wskazania będa przekłamane. Ponadto, pobierają z mierzonego obwodu całkiem sporo energii.

Rozdzielczość takiego pomiaru również nie jest powalająca. Przykładowo, na woltomierzu o zakresie pomiarowym do 400V, rozróżnienie napięcia o wartości 355V od 360V jest niemal niemożliwe. Znacznie lepsze pod tym względem są…

Woltomierze cyfrowe

Napięcie, które trafia na wejście przyrządu, jest konwertowane na równoważną mu postać cyfrową. Dokonuje tego przetwornik analogowo-cyfrowy wbudowany w woltomierz. Jest kilka różnych metod dokonania takiej konwersji, a każda z nich ma swoje wady i zalety.

Uzyskany wynik przetwarzania zostaje odpowiednio przeliczony przez wbudowany kontroler, który jest układem w pełni cyfrowym, a następnie pokazany na wyświetlaczu. Może to być wyświetlacz LED, może być LCD, jak również zupełnie inny - na przykład ekran komputera.

W porównaniu do woltomierza analogowego, problem odczytu został rozwiązany. Wystarczy móc przeczytać cyferki wyświetlające się na ekranie, odpowiednia pozycja przyrządu nie jest tutaj do niczego potrzebna.

W praktyce, najczęściej używanym woltomierzem jest ten, który znajduje się w multimetrze. To prawdziwy kombajn do wykonywania rozmaitych pomiarów, przede wszystkim prądu, napięcia i rezystancji, ale nie tylko. Współczesne multimetry są przyrządami cyfrowymi, najczęściej wyposażonymi w wyświetlacze ciekłokrystaliczne (LCD)

Jak zmierzyć napięcie?

Generalna zasada brzmi: woltomierz podłączamy równolegle. Oznacza to, że końcówki woltomierza przykładamy do zacisków elementu, na którym napięcie chcemy zmierzyć. Nie dokonujemy przy tym żadnych ingerencji w układ, nie rozpinamy niczego ani nie przerabiamy. Pomiar napięcia jest pod tym względem mało inwazyjny.

Przygotowanie przyrządu

Na przykład, chcąc zmierzyć napięcie na zaciskach baterii, należy ustawić przełącznik obrotowy multimetru w pozycję pomiaru napięcia stałego (VDC lub V=). Mierzone napięcie powinno być niższe od tego, którego się spodziewamy. Jeżeli nie mamy pewności, jakiego rzędu może to być wartość, można zacząć od najwyższego, a potem zmniejszać, jeśli wynik okaże się mniejszy od niższego zakresu. W ten sposób uzyskamy możliwie dokładny wynik, o najwyższej osiągalnej rozdzielczości.

Końcówki przyrządu przykładamy do zacisków baterii: czerwoną do bieguna dodatniego, a czarną do ujemnego. Czarny przewód powinien tkwić w gnieździe opisanym jako COM lub GND, zaś czerwony w gnieździe z literą V. Warto pamiętać, aby nie dotykać metalowych części palcami, ponieważ może to zafałszować wynik. Wyższe napięcie może nawet porazić nieuważnego elektronika! Dlatego zawsze trzymamy końcówki pomiarowe za ich izolowane części.

Skąd ten minus?

Może się okazać, że pomyliliśmy biegunowość: przewód czerwony został przyłożony do zacisku ujemnego, a czarny do dodatniego. Dla nowoczesnych multimetrów to nic strasznego - wynik będzie opatrzony minusem. Aby uzyskać możliwie najwyższą dokładność, warto zamienić przewody miejscami i powtórzyć pomiar.

Przekroczenie zakresu

Może się tak okazać, że mierzone napięcie jest wyższe od tego, jakiego oczekuje nasz przyrząd. Na przykład, mierząc napięcie o wartości około 9V na zakresie 2V woltomierz wskaże błąd. W większości przypadków jest to sygnalizowane pojawieniem się cyfry “1”.

Pomiary napięcia przemiennego

Jednak multimetrem możemy mierzyć nie tylko napięcie stałe. Napięcie przemienne, które na przykład znajduje się w gniazdku sieciowym, również możemy zmierzyć. Nie ma ono określonej biegunowości, co oznacza, że wynik na pewno nie będzie ujemny, niezależnie od kierunku przyłożenia końcówek pomiarowych.

Aby taki pomiar wykonać należy ustawić pokrętło w pozycji VAC lub V~. Wskazana na ekranie liczba, w przypadku prostych multimetrów, będzie wartością skuteczną napięcia. Jednak jest tutaj pewien haczyk: przyrząd poprawnie zadziała tylko dla napięcia sinusoidalnie zmiennego o określonej częstotliwości

Pomiary napięcia bardziej odkształconych sygnałów, albo o innej częstotliwości, wymagają użycia przyrządu z przetwornikiem TrueRMS. On zmierzy prawdziwą wartość skuteczną, nie zaś tylko jej przybliżenie, jak czynią to tanie przyrządy.