Arbejdsprincip for spændingsmåler og typer af spændingsmåler

Hvad er en Voltmeter?

Voltmeter er et spændingsmåler. Det måler spændingen mellem to noder. Vi ved, at enheden for potentiaforskellen er volt. Så det er et måleinstrument, der måler potentiaforskellen mellem de to punkter.

Hvordan en Voltmeter fungerer

Den primære princip for voltmeter er, at den skal være forbundet parallelt med den del, hvor vi ønsker at måle spændingen. Parallelt forbindelse bruges, fordi en voltmeter er konstrueret på en sådan måde, at den har en meget høj værdi af modstand. Hvis denne høje modstand blev forbundet i serie, ville strømmen næsten være nul, hvilket betyder, at kredsen ville være åben.

Hvis den er forbundet parallelt, vil belastningsimpedancen være parallelt med den høje modstand i voltmeteren, og dermed vil kombinationen give næsten samme impedans som belastningen havde. Vi ved også, at spændingen er den samme i parallelkredse, så spændingen mellem voltmeteren og belastningen er næsten den samme, og derfor måler voltmeteren spændingen.
Til en ideel voltmeter har vi, at modstanden skal være uendelig, og derfor strømmen, der trækkes, skal være nul, så der ikke vil være nogen effekttab i instrumentet. Men dette kan ikke realiseres praktisk, da vi ikke kan have et materiale, der har uendelig modstand.

Klassificering eller Typer af Voltmeter

Ifølge konstruktionsprincippet har vi forskellige typer voltmeter, de er hovedsageligt –

1. Permanent Magnet Moving Coil (PMMC) Voltmeter.

2. Moving Iron (MI) Voltmeter.

3. Elektrodynamometer Type Voltmeter.

4. Rectifier Type Voltmeter.

5. Induction Type Voltmeter.

6. Electrostatic Type Voltmeter.

7. Digital Voltmeter (DVM).

Afhængigt af typen af måling, vi foretager, har vi -

1. DC Voltmeter.

2. AC Voltmeter.

For DC voltmeter bruges PMMC instrumenter, MI instrumenter kan måle både AC og DC spændinger, elektrodynamometer type, termiske instrumenter kan måle både DC og AC spændinger. Induktionsmåler anvendes ikke pga. deres høje omkostninger, unøjagtighed i målingen. Rectifier type voltmeter, electrostatic type og også digital voltmeter (DVM) kan måle både AC og DC spændinger.

PMMC Voltmeter

Når en strømførende ledning placeres i et magnetfelt, virker en mekanisk kraft på ledningen, hvis den er forbundet til et bevægelsessystem, vil pejlen bevæge sig over skalaen med koilens bevægelse.
PMMC instrumenter har permanente magneter. Det er egnet til DC-måling, fordi her er defleksion proportional med spændingen, da modstanden er konstant for materialet i meteret, og hvis spændingens polaritet vendes, vil pejlens defleksion også vendes, så det kun bruges til DC-måling. Denne type instrument kaldes D’Arsonval type instrument. Det har fordele som lineær skala, lav strømforbrug, høj præcision.
De vigtigste ulemper er –
Det måler kun DC-værdier, højere omkostninger osv.

Hvor,
B = Flux tæthed i Wb/m2.
i = V/R hvor V er den spænding, der skal måles, og R er belastningens modstand.
l = Længden af koilen i m.
b = Bredden af koilen i m.
N = Antallet af vindinger i koilen.

Udvidelse af Målingsområde i en PMMC Voltmeter

I PMMC voltmeter har vi mulighed for at udvide målingsområdet for spændingen. Ved bare at forbinde en modstand i serie med meteret, kan vi udvide målingsområdet.

Lad,
V være forsyningsspændingen i volt.
Rv være voltmeterens modstand i Ohm.
R være den eksterne modstand, der er forbundet i serie i ohm.
V1 være spændingen over voltmeteren.
Så den eksterne modstand, der skal forbindes i serie, er givet ved

MI Voltmeter

MI instrumenter betyder moving iron instrument. Det bruges både til AC- og DC-målinger, fordi defleksionen θ er proportional med kvadratet af spændingen, antaget at impedancen for meteret er konstant, så hvad end polariteten af spændingen er, viser det retningsovervejende defleksion, yderligere de er inddelede i to flere måder,

1. Tiltrækningstype.

2. Afvisningstype.

Hvor, I er den totale strøm, der flyder i kredsen i Amp. I = V/Z
Hvor, V er den spænding, der skal måles, og Z er belastningens impedans.
L er selfinduktionen af koilen i Henry.
θ er defleksionen i Radian.

Tiltrækningstype MI Instrument Princips

Hvis en umagnetiseret blød jern placeres i et magnetfelt, tiltrækkes den af koilen, hvis en pejle er forbundet til systemet og strøm passereres igennem en koil som resultat af den anvendte spænding, oprettes et magnetfelt, der tiltrækker jernstykket og skaber en defleksionstorque, som følge af hvilken pejlen bevæger sig over skalaen.

Afvisningstype MI Instrument Princips

Når to jerndele magnetiseres med samme polaritet ved at passere en strøm, som gøres ved at anvende en spænding over voltmeteren, opstår afvisning mellem dem, og denne afvisning producerer en defleksionstorque, som følge af hvilken pejlen bevæger sig.
Fordele er, at den måler både AC og DC, den er billig, lave friktionsfejl, robust osv. Den anvendes hovedsageligt i AC-målinger, fordi i DC-målinger vil fejlen være større pga. hysteresis.

Elektrodynamometer Type Voltmeter

Elektrodynamometer instrumenter anvendes, fordi de har samme kalibrering for både AC og DC, dvs. hvis de er kalibreret med DC, kan vi også uden kalibrering måle AC.

Elektrodynamometer Type Voltmeter Princips

Vi har to koiler, fast og bevægelige koiler. Hvis en spænding anvendes på de to koiler som resultat af, at strøm flyder i de to koiler, vil den stå i nulpunktet pga. udviklingen af ligevægtige og modsatte torquer. Hvis retningen af en torque vendes, som strømmen i koilen vendes, produceres en undirektionelt torque.
Til voltmeter, er forbindelsen en parallel, og både faste og bevægelige koiler er forbundet i serie med ikke-induktiv modstand.
φ = 0 hvor φ er fasevinklen.

Hvor, I er mængden af strøm, der flyder i kredsen i Amp = V/Z.
V og Z er de anvendte spændinger og impedancen af koilen henholdsvis.
M = Mutual inductance af koilen.
De har ingen hysteresisfejl, kan bruges til både AC- og DC-måling, de vigtigste ulemper er lav torque/vægt-forhold, høje friktionsforskyld, dyrt end andre instrumenter osv.

Støt