Arbeitsprinzip des Voltmeters und Arten von Voltmetern
Was ist ein Voltmesser?
Ein Voltmesser ist ein Spannungsmesser. Er misst die Spannung zwischen zwei Knoten. Wir wissen, dass die Einheit des Spannungsdifferenz in Volt gemessen wird. Es ist also ein Messgerät, das die Spannungsdifferenz zwischen zwei Punkten misst.
Arbeitsprinzip eines Voltmessers
Das Hauptprinzip eines Voltmessers besteht darin, dass er parallel angeschlossen werden muss, um die Spannung zu messen, die wir messen möchten. Eine parallele Verbindung wird verwendet, weil ein Voltmesser so konstruiert ist, dass er einen sehr hohen Widerstand hat. Wenn dieser hohe Widerstand in Serie geschaltet wird, wäre der Stromfluss fast Null, was bedeutet, dass der Schaltkreis offen wäre.
Wenn er parallel angeschlossen wird, kommt der Lastimpedanz parallel zum hohen Widerstand des Voltmessers, und daher ergibt die Kombination fast den gleichen Impedanz, den die Last hatte. Auch in einem Parallelschaltkreis wissen wir, dass die Spannung gleich ist, sodass die Spannung zwischen dem Voltmesser und der Last fast gleich ist und daher der Voltmesser die Spannung misst.
Für einen idealen Voltmesser sollte der Widerstand unendlich sein und der abgeleitete Strom null, sodass es keinen Energieverlust im Instrument gibt. Dies ist jedoch praktisch nicht erreichbar, da wir kein Material haben, das einen unendlichen Widerstand aufweist.
Klassifizierung oder Arten von Voltmessern
Je nach Konstruktionsprinzip gibt es verschiedene Arten von Voltmessern, die hauptsächlich sind –
Permanenter Magnet und bewegliche Spule (PMMC) Voltmesser.
Beweglicher Eisen (MI) Voltmesser.
Elektrodynamometer-Typ Voltmesser.
Gleichrichter-Typ Voltmesser
Induktionstyp Voltmesser.
Elektrostatischer Typ Voltmesser.
Digitaler Voltmesser (DVM).
Abhängig von diesen Messarten haben wir-
DC-Voltmesser.
AC-Voltmesser.
Für DC-Voltmesser werden PMMC-Instrumente verwendet, MI-Instrumente können sowohl AC- als auch DC-Spannungen messen, Elektrodynamometer-Typ, thermische Instrumente können sowohl DC- als auch AC-Spannungen messen. Induktionsmesser werden aufgrund ihres hohen Kosten und Ungenauigkeit in der Messung nicht verwendet. Gleichrichter-Typ-Voltmesser, elektrostatische Typen und auch digitale Voltmesser (DVM) können sowohl AC- als auch DC-Spannungen messen.
PMMC-Voltmesser
Wenn ein stromführender Leiter in einem Magnetfeld platziert wird, wirkt eine mechanische Kraft auf den Leiter, wenn er an einem beweglichen System befestigt ist, bewegt sich der Zeiger über die Skala.
PMMC-Instrumente haben permanente Magnete. Sie sind für DC-Messungen geeignet, da hier die Abweichung proportional zur Spannung ist, da der Widerstand für ein Material des Messgeräts konstant ist und daher, wenn die Spannungspolarität umgekehrt wird, wird auch die Abweichung des Zeigers umgekehrt, so dass es nur für DC-Messungen verwendet wird. Diese Art von Instrument wird D’Arsonval-Typ-Instrument genannt. Es hat Vorteile wie lineare Skala, geringer Energieverbrauch, hohe Genauigkeit.
Hauptnachteile sind –
Es misst nur DC-Größen, höhere Kosten usw.
Wobei,
B = Flussdichte in Wb/m2.
i = V/R, wobei V die zu messende Spannung und R der Widerstand der Last ist.
l = Länge der Spule in m.
b = Breite der Spule in m.
N = Anzahl der Wicklungen in der Spule.
Erweiterung des Messbereichs bei einem PMMC-Voltmesser
Bei PMMC-Voltmessern haben wir die Möglichkeit, den Messbereich der Spannung zu erweitern. Durch einfachen Anschluss eines Widerstands in Serie mit dem Messgerät können wir den Messbereich erweitern.
Sei,
V die Versorgungsspannung in Volt.
Rv der Widerstand des Voltmessers in Ohm.
R der externe Widerstand, der in Serie angeschlossen ist, in Ohm.
V1 die Spannung über dem Voltmesser.
Dann ist der externe Widerstand, der in Serie angeschlossen werden soll, gegeben durch
MI-Voltmesser
MI-Instrumente bedeuten bewegliches Eiseninstrument. Sie werden sowohl für AC- als auch DC-Messungen verwendet, da die Abweichung θ proportional zum Quadrat der Spannung ist, unter der Annahme, dass der Impedanz des Messgeräts konstant ist, so dass die Abweichung unabhängig von der Polarität der Spannung gerichtet ist. Sie werden weiterhin in zwei weitere Arten klassifiziert,
Anziehungstyp.
Abstoßungstyp.
Wobei, I der gesamte Strom im Schaltkreis in Ampere ist. I = V/Z
Wobei, V die zu messende Spannung und Z der Impedanz der Last ist.
L ist die Selbstinduktion der Spule in Henry.
θ ist die Abweichung in Radiant.
Anziehungstyp MI-Instrument Prinzip
Wenn ein unmagnetisiertes weiches Eisen in einem Magnetfeld platziert wird, wird es von der Spule angezogen. Wenn ein Zeiger an das System angebracht und ein Strom durch die Spule geleitet wird, entsteht ein Magnetfeld, das das Eisenstück anzieht und einen Abweichungsdrehmoment erzeugt, als Ergebnis dessen der Zeiger über die Skala bewegt wird.
Abstoßungstyp MI-Instrument Prinzip
Wenn zwei Eisenstücke durch den gleichen Pol magnetisiert werden, indem ein Strom durch sie geleitet wird, der durch eine an den Voltmesser angelegte Spannung erzeugt wird, tritt eine Abstoßung zwischen ihnen auf, die ein Abweichungsdrehmoment erzeugt, durch das der Zeiger sich bewegt.
Die Vorteile sind, dass es sowohl AC- als auch DC-Messungen durchführt, es ist billig, hat geringe Reibungsfehler, ist robust usw. Es wird hauptsächlich für AC-Messungen verwendet, da bei DC-Messungen aufgrund der Hysterese Fehler auftreten.
Elektrodynamometer-Typ Voltmesser
Elektrodynamometer-Instrumente werden verwendet, da sie die gleiche Kalibrierung sowohl für AC als auch DC haben, d. h. wenn sie mit DC kalibriert sind, können wir ohne erneute Kalibrierung auch AC messen.
Elektrodynamometer-Typ Voltmesser Prinzip
Wir haben zwei Spulen, feste und bewegliche Spulen. Wenn eine Spannung an die beiden Spulen angelegt wird, fließt als Ergebnis ein Strom durch die beiden Spulen, die sich aufgrund der Entstehung gleichwertiger und entgegengesetzter Drehmomente in der Nullposition befinden. Wenn die Richtung eines Drehmoments umgekehrt wird, da der Strom in der Spule umgekehrt wird, wird ein einseitiges Drehmoment erzeugt.
Für den Voltmesser ist die Verbindung eine parallele und beide feste und bewegliche Spulen sind in Reihe mit einer nicht-induktiven Widerstand verbunden.
φ = 0, wobei φ der Phasenwinkel ist.
Wobei, I die Menge des in dem Schaltkreis fließenden Stroms in Ampere = V/Z.
V und Z sind die angewandte Spannung und der Impedanz der Spule.
M = Wechselspannung der Spule.
Sie haben keine Hysterese-Fehler, können sowohl für AC- als auch DC-Messungen verwendet werden, die Hauptnachteile sind geringes Drehmoment/Gewichtsverhältnis, hohe Reibungsverluste, teurer als andere Instrumente usw.
Gleichrichter-Voltmesser
