Principi de funcionament del voltmetre i tipus de voltmetres
Què és un Voltmetre
El voltmetre és un instrument de mesura de tensió. Mesura la tensió entre dos nodes. Sabem que la unitat de diferència de potencial són volts. Per tant, és un instrument de mesura que mesura la diferència de potencial entre dos punts.
Principi de funcionament del voltmetre
El principi principal del voltmetre és que ha de connectar-se en paral·lel on volem mesurar la tensió. Es fa servir una connexió en paral·lel perquè el voltmetre està construït de manera que té un valor molt alt de resistència. Si aquesta resistència alta es connecta en sèrie, el corrent serà pràcticament zero, el que significa que el circuit s'ha obert.
Si es connecta en paral·lel, la impedància de la càrrega es col·loca en paral·lel amb la resistència alta del voltmetre i, per tant, la combinació donarà gairebé la mateixa impedància que tenia la càrrega. També sabem que en un circuit en paral·lel la tensió és la mateixa, per tant, la tensió entre el voltmetre i la càrrega és gairebé la mateixa i, per tant, el voltmetre mesura la tensió.
Per a un voltmetre ideal, la resistència ha de ser infinita i, per tant, el corrent consumit ha de ser zero, de manera que no hi haurà cap pèrdua de potència a l'instrument. No obstant això, això no és possible en la pràctica, ja que no podem tenir un material amb una resistència infinita.
Classificació o tipus de voltmetres
Segons el principi de construcció, tenim diferents tipus de voltmetres, els principals són –
Moviment de bobina amb imant permanent (PMMC) Voltmetre.
Moviment de ferro (MI) Voltmetre.
Tipus electrodinamòmetre Voltmetre.
Tipus rectificador Voltmetre
Tipus inducció Voltmetre.
Tipus electroestàtic Voltmetre.
Voltmetre digital (DVM).
Depenent dels tipus de mesura que fem, tenim-
Voltmetre DC.
Voltmetre AC.
Per als voltmetres DC, es fan servir instruments PMMC, els instruments MI poden mesurar tensions AC i DC, els instruments de tipus electrodinamòmetre i tèrmic també poden mesurar tensions DC i AC. Els instruments d'inducció no es fan servir degut al seu alt cost i inexactitud en la mesura. Els voltmètres de tipus rectificador, electroestàtic i també el voltmetre digital (DVM) poden mesurar tensions AC i DC.
Voltmetre PMMC
Quan un conductor portador de corrent es col·loca en un camp magnètic, una força mecànica actua sobre el conductor, si està adjunt a un sistema mòbil, amb el moviment de la bobina, el punter es mou sobre l'escala.
Els instruments PMMC tenen imants permanents. Estan dissenyats per a mesures DC perquè aquí la desviació és proporcional a la tensió perquè la resistència és constant per a un material de l'indicador i, per tant, si la polaritat de la tensió es reverteix, la desviació del punter també es reverteix, per tant, només es fa servir per a mesures DC. Aquest tipus d'instrument es coneix com a instrument de tipus D’Arsonval. Té avantatges com tenir una escala lineal, un baix consum d'energia, alta precisió.
Els grans inconvenients són –
Només mesura quantitats DC, cost més elevat, etc.
On,
B = Densitat de flux en Wb/m2.
i = V/R on V és la tensió a mesurar i R és la resistència de la càrrega.
l = Longitud de la bobina en m.
b = Amplada de la bobina en m.
N = Nombre de voltas de la bobina.
Ampliació de rang en un voltmetre PMMC
En els voltmètres PMMC tenim la facilitat d'ampliar el rang de mesura de la tensió. Només connectant una resistència en sèrie amb el metre, podem ampliar el rang de mesura.
Sigui,
V és la tensió d'alimentació en volts.
Rv és la resistència del voltmetre en ohms.
R és la resistència externa connectada en sèrie en ohms.
V1 és la tensió a través del voltmetre.
Llavors, la resistència externa a connectar en sèrie es dóna per
Voltmetre MI
Els instruments MI signifiquen instruments de moviment de ferro. Es fan servir per a mesures AC i DC, perquè la desviació θ és proporcional al quadrat de la tensió assumint que la impedància de l'indicador és constant, per tant, qualsevol sigui la polaritat de la tensió, mostra una desviació direccional, més endavant es classifiquen en dos tipus més,
Tipus atracció.
Tipus repulsió.
On, I és el total corrent que flueix en el circuit en amperes. I = V/Z
On, V és la tensió a mesurar i Z és la impedància de la càrrega.
L és la inductància pròpia de la bobina en henrys.
θ és la desviació en radians.
Principi del tipus atracció d'instrument MI
Si es col·loca un ferro suau no magnetitzat en un camp magnètic, es veu atraït cap a la bobina, si un punter s'adjunta al sistema i es passa corrent a través de la bobina com a resultat de la tensió aplicada, crea un camp magnètic que atrau la peça de ferro i crea un moment de deflexió com a resultat del qual el punter es mou sobre l'escala.
Principi del tipus repulsió d'instrument MI
Quan dues peces de ferro es magnetitzen amb la mateixa polaritat fent passar una corrent, que es realitza aplicant una tensió a través del voltmetre, llavors es produeix una repulsió entre elles i aquesta repulsió produeix un moment de deflexió a causa del qual el punter es mou.
Els avantatges són que mesura tant AC com DC, és barat, errors de fricció baixos, Robust, etc. S'utilitza principalment en mesures AC perquè en les mesures DC l'error serà més gran degut a l'histeresis.
Voltmetre de tipus electrodinamòmetre
Els instruments electrodinamòmetre es fan servir perquè tenen la mateixa calibració per a AC i DC, és a dir, si es calibra amb DC, també sense calibrar podem mesurar AC.
Principi del voltmetre de tipus electrodinamòmetre
Tenim dues bobines, fixa i mòbil. Si s'aplica una tensió a les dues bobines com a resultat del qual el corrent flueix a les dues bobines, es mantindrà en la posició zero degut al desenvolupament de moments iguals i oposats. Si la direcció d'un moment es reverteix com el corrent a la bobina es reverteix, es produeix un moment unidireccional.
Per al voltmetre, la connexió és en paral·lel i tant la bobina fixa com la mòbil estan connectades en sèrie amb una resistència no inductiva.
φ = 0 on φ és l'angle de fase.
On, I és la quantitat de corrent que flueix en el circuit en amperes = V/Z.
V i Z són la tensió aplicada i la imped
