مبدأ عمل الفولتميتر وأنواع الفولتميتر

ما هو الفولتميتر

الفولتميتر هو مقياس للجهد الكهربائي. يقيس الجهد بين نقطتين. نعلم أن وحدة الفرق الكهربائي هي الفولت. لذا فهو أداة قياس تقيس الفرق الكهربائي بين نقطتين.

مبدأ عمل الفولتميتر

المبدأ الرئيسي للفولتميتر هو أنه يجب ربطه بالتوازي في المكان الذي نريد قياس الجهد فيه. يتم استخدام الاتصال بالتوازي لأنه يتم بناء الفولتميتر بحيث يكون له قيمة مقاومة عالية جداً. إذا تم ربط هذه المقاومة العالية بالسلسلة، فسوف يكون تدفق التيار تقريباً صفر، مما يعني أن الدائرة أصبحت مفتوحة.

إذا تم ربطه بالتوازي، فإن عبء المعاوقة يأتي بالتوازي مع المقاومة العالية للفولتميتر وبالتالي فإن الجمع سيوفر تقريباً نفس المعاوقة التي كان لها العبء. كما نعلم في الدائرة بالتوازي أن الجهد هو نفسه، لذا فإن الجهد بين الفولتميتر والعبء هو تقريباً نفسه، وبالتالي يقيس الفولتميتر الجهد.
بالنسبة للفولتميتر المثالي، تكون المقاومة هي اللانهاية وبالتالي يكون التيار المستهلك صفراً ولن يكون هناك فقد للطاقة في الأداة. ولكن هذا غير قابل للتحقيق عملياً لأننا لا يمكننا الحصول على مادة لها مقاومة لانهائية.

تصنيف أو أنواع الفولتميتر

وفقاً لمبدأ البناء، لدينا أنواع مختلفة من الفولتميترات، وهي بشكل أساسي –

1. الفولتميتر ذو المغناطيس الدائم والم bobbin المتحركة (PMMC).

2. الفولتميتر ذو الحديد المتحرك (MI).

3. الفولتميتر من نوع الديناموميتر الكهربائي.

4. الفولتميتر من نوع مستقيم التيار.

5. الفولتميتر من نوع الاستقراء.

6. الفولتميتر من النوع الكهروستاتيكي.

7. الفولتميتر الرقمي (DVM).

اعتماداً على أنواع القياس التي نقوم بها، لدينا -

1. الفولتميتر DC.

2. الفولتميتر AC.

للفولتميترات DC، تستخدم أجهزة PMMC، يمكن لأجهزة MI قياس الجهود AC وDC، يمكن لأجهزة الديناموميتر الكهربائي وأجهزة الحرارة قياس الجهود DC وAC. أجهزة الاستقراء ليست مستخدمة بسبب كلفتها العالية وعدم دقتها في القياس. يمكن للفولتميتر المستقيم التيار والفولتميتر الكهروستاتيكي والفولتميتر الرقمي (DVM) قياس الجهود AC وDC.

الفولتميتر PMMC

عند وضع موصل يحمل تيارًا في مجال مغناطيسي، يتصرف قوة ميكانيكية على الموصل. إذا كان الموصل مرتبطًا بنظام متحرك، فإن حركة اللوحة تؤدي إلى تحريك المؤشر على القلم.
أجهزة PMMC تحتوي على مغناطيس دائم. إنها مناسبة لقياس الجهد المباشر لأن الانحراف هنا يتناسب مع الجهد لأن المقاومة ثابتة للمادة المستخدمة في الجهاز. وإذا تم عكس قطب الجهد، سيتم عكس انحراف المؤشر أيضًا، لذا يتم استخدامه فقط لقياس الجهد المباشر. يُطلق على هذا النوع من الأجهزة اسم جهاز D’Arsonval. له مزايا وجود مقياس خطي، استهلاك الطاقة منخفض، دقة عالية.
العيوب الرئيسية هي -
يقيس فقط الكميات المباشرة، الكلفة أعلى وما إلى ذلك.

حيث،
B = كثافة الشحنة الويبير/متر2.
i = V/R حيث V هو الجهد المراد قياسه وR هي مقاومة الحمل.
l = طول الملف بالأمتار.
b = عرض الملف بالأمتار.
N = عدد دورات الملف.

توسيع نطاق الفولتميتر PMMC

في الفولتميترات PMMC، لدينا إمكانية توسيع نطاق قياس الجهد أيضًا. عن طريق ربط مقاومة بالسلسلة مع الجهاز، يمكننا توسيع نطاق القياس.

لنفترض،
V هو الجهد الم alimentado em volts.
Rv هو مقاومة الفولتميتر بالأوم.
R هي المقاومة الخارجية المتصلة بالسلسلة بالأوم.
V1 هو الجهد عبر الفولتميتر.
ثم المقاومة الخارجية التي يجب ربطها بالسلسلة تعطى بواسطة

الفولتميتر MI

أجهزة MI تعني أجهزة الحديد المتحرك. يتم استخدامها لقياس الجهود AC وDC، لأن الانحراف θ يتناسب مع مربع الجهد بافتراض أن المعاوقة للأداة ثابتة، لذا بغض النظر عن قطب الجهد، فإنه يظهر انحراف اتجاهي، بالإضافة إلى ذلك يتم تصنيفها بطريقة أخرى،

1. نوع الجذب.

2. نوع التنافر.

حيث، I هو التيار الكلي المتدفق في الدائرة بالأمبير. I = V/Z
حيث، V هو الجهد المراد قياسه وZ هي المعاوقة للحمل.
L هي الحث الذاتي للملف بالهنري.
θ هو الانحراف بالراديان.

مبدأ أجهزة الجذب من نوع MI

إذا تم وضع قطعة حديد غير مغناطيسية في المجال المغناطيسي، فإنها تجذب نحو الملف. إذا تم ربط مؤشر بالنظام ومرور تيار عبر الملف نتيجة الجهد المطبق، فإنه يخلق مجالًا مغناطيسيًا يجذب القطعة الحديدية ويخلق عزم دوران يؤدي إلى تحريك المؤشر على القلم.

مبدأ أجهزة التنافر من نوع MI

عندما يتم تغناطيس قطعتين من الحديد بنفس القطب عن طريق مرور تيار يتم ذلك عن طريق تطبيق جهد عبر الفولتميتر، يحدث تنافر بينهما وهذا التنافر ينتج عزم دوران يؤدي إلى تحريك المؤشر.
المزايا هي أنها تقيس الجهود AC وDC، وهي رخيصة، وتحتوي على أخطاء احتكاك منخفضة، وقوية. يستخدم بشكل أساسي في قياس الجهود AC لأن الخطأ سيكون أكبر في قياس الجهود DC بسبب الهيستيريزيس.

الفولتميتر من نوع الديناموميتر الكهربائي

أجهزة الديناموميتر الكهربائي تستخدم لأن لها نفس التخمين للجهود AC وDC أي إذا تم تخمينها بالجهد DC، يمكننا قياس الجهود AC بدون إعادة التخمين.

مبدأ الفولتميتر من نوع الديناموميتر الكهربائي

لدينا ملفين، ثابت ومتحرك. إذا تم تطبيق جهد على الملفين، فإن التيار سيتدفق في الملفين وسيبقى في الموضع الصفر بسبب تطور عزم دوران متساوٍ ومعاكس. إذا تم عكس اتجاه أحد العزوم بسبب عكس التيار في الملف، يتم إنتاج عزم دوران أحادي الاتجاه.
لفولتميتر، الاتصال متوازي وكلا الملف الثابت والمتحرك متصلان بالسلسلة مع مقاومة غير مستقيلة.
φ = 0 حيث φ هي زاوية الطور.

حيث، I هو كمية التيار المتدفق في الدائرة بالأمبير = V/Z.
V وZ هما الجهد المطبق والمعاوقة للملف على التوالي.
M = الحث المتبادل للملف.
ليس لديهم خطأ الهيستيريزيس، يمكن استخدامها لقياس الجهود AC وDC، العيوب الرئيسية هي نسبة العزم/الوزن المنخفضة، خسارة الاحتكاك العالية، التكلفة العالية مقارنة بأجهزة أخرى وما إلى ذلك.

الفولتميتر المستقيم التيار

مبدأ الفولتميتر المستقيم التيار