اصول کار وولتمتر و انواع وولتمتر

ولتمتر چیست؟

ولتمتر دستگاهی است که ولتاژ بین دو نقطه را اندازه‌گیری می‌کند. واحد تفاوت پتانسیل ولت است. بنابراین، این یک دستگاه اندازه‌گیری است که تفاوت پتانسیل بین دو نقطه را اندازه‌گیری می‌کند.

اصول کاری ولتمتر

اصل اساسی ولتمتر این است که باید در موازی با محلی که می‌خواهیم ولتاژ آن را اندازه‌گیری کنیم، متصل شود. از اتصال موازی به دلیل اینکه ولتمتر به گونه‌ای ساخته شده است که مقاومت بسیار بالایی دارد، استفاده می‌شود. اگر این مقاومت بالا به صورت سری متصل شود، جریان نزدیک به صفر خواهد بود و مدار مانند مدار باز عمل می‌کند.

اگر به صورت موازی متصل شود، ممان حالت بار با مقاومت بالای ولتمتر موازی می‌شود و بنابراین ترکیب تقریباً همان ممان را که بار داشت، ارائه می‌دهد. همچنین در مدار موازی می‌دانیم که ولتاژ یکسان است، بنابراین ولتاژ بین ولتمتر و بار تقریباً یکسان است و بنابراین ولتمتر ولتاژ را اندازه‌گیری می‌کند.
برای یک ولتمتر ایده‌آل، مقاومت باید بی‌نهایت باشد و بنابراین جریان مصرفی صفر خواهد بود و در نتیجه هیچ ضرر قدرتی در دستگاه وجود نخواهد داشت. اما این در عمل قابل دسترسی نیست زیرا نمی‌توانیم موادی با مقاومت بی‌نهایت داشته باشیم.

طبقه‌بندی یا انواع ولتمتر

بر اساس اصول ساخت، انواع مختلفی از ولتمترها وجود دارد، عبارتند از –

1. ولتمتر حرکتی با مغناطیس دائمی (PMMC)

2. ولتمتر حرکتی آهن (MI)

3. ولتمتر نوع الکترو دینامومتر

4. ولتمتر نوع مستقیم‌کننده

5. ولتمتر نوع القایی

6. ولتمتر نوع الکترواستاتیک

7. ولتمتر دیجیتال (DVM)

بر اساس انواع اندازه‌گیری که انجام می‌دهیم، ما داریم –

1. ولتمتر DC

2. ولتمتر AC

برای ولتمترهای DC از ابزارهای PMMC استفاده می‌شود، ابزارهای MI می‌توانند هر دو ولتاژ AC و DC را اندازه‌گیری کنند، ابزارهای نوع الکترو دینامومتر و حرارتی می‌توانند ولتاژ DC و AC را اندازه‌گیری کنند. مترهای القایی به دلیل هزینه بالا و عدم دقت در اندازه‌گیری استفاده نمی‌شوند. ولتمتر نوع مستقیم‌کننده، نوع الکترواستاتیک و همچنین ولتمتر دیجیتال (DVM) می‌توانند هر دو ولتاژ AC و DC را اندازه‌گیری کنند.

ولتمتر PMMC

وقتی رساناکننده‌ای که جریان دارد در یک میدان مغناطیسی قرار داده می‌شود، یک نیروی مکانیکی بر رساناکننده عمل می‌کند. اگر به یک سیستم حرکتی متصل باشد، با حرکت سیم پیچ، عقربه روی مقیاس حرکت می‌کند.
ابزارهای PMMC دارای مغناطیس‌های دائمی هستند. این مناسب برای اندازه‌گیری DC است زیرا در اینجا انحراف متناسب با ولتاژ است زیرا مقاومت برای یک ماده ثابت است و بنابراین اگر قطبیت ولتاژ معکوس شود، انحراف عقربه نیز معکوس می‌شود و بنابراین فقط برای اندازه‌گیری DC استفاده می‌شود. این نوع از ابزار به عنوان ابزار نوع دارنسونوال شناخته می‌شود. دارای مزایای مقیاس خطی، مصرف انرژی کم و دقت بالا است.
معایب عمده شامل –
فقط کمیت DC را اندازه‌گیری می‌کند، هزینه بالا و غیره.

که،
B = چگالی فلو در وبر/متر2.
i = V/R که V ولتاژی است که باید اندازه‌گیری شود و R مقاومت بار است.
l = طول سیم پیچ در متر.
b = عرض سیم پیچ در متر.
N = تعداد دوران در سیم پیچ.

گسترش محدوده در ولتمتر PMMC

در ولتمترهای PMMC ما توانایی گسترش محدوده اندازه‌گیری ولتاژ را داریم. فقط با اتصال یک مقاومت به صورت سری با متر می‌توانیم محدوده اندازه‌گیری را گسترش دهیم.

فرض کنید،
V ولتاژ تغذیه در ولت.
Rv مقاومت ولتمتر در اهم.
R مقاومت خارجی متصل شده به صورت سری در اهم.
V1 ولتاژ بین ولتمتر.
پس مقاومت خارجی که باید به صورت سری متصل شود به صورت زیر است

ولتمتر MI

ابزارهای MI به معنای ابزارهای حرکتی آهن هستند. این برای اندازه‌گیری هر دو AC و DC استفاده می‌شود، زیرا انحراف θ متناسب با مجذور ولتاژ فرض می‌شود که مقاومت متر ثابت است، بنابراین هر چه قطبیت ولتاژ باشد، انحراف جهت‌دار را نشان می‌دهد. بیشتر آن‌ها به دو روش دیگر تقسیم‌بندی می‌شوند،

1. نوع جذبی.

2. نوع دفعی.

که، I جریان کل در مدار در آمپر است. I = V/Z
که V ولتاژی است که باید اندازه‌گیری شود و Z مقاومت بار است.
L خود القایی سیم پیچ در هنری.
θ انحراف در رادیان.

اصول کاری ابزار نوع جذبی MI

اگر آهن نرمی غیر مغناطیسی در یک میدان مغناطیسی قرار داده شود، به سمت سیم پیچ جذب می‌شود. اگر عقربه‌ای به سیستم متصل شود و جریانی از طریق سیم پیچ عبور کند به عنوان نتیجه ولتاژ اعمال شده، یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند که آهن را جذب می‌کند و گشتاور انحرافی ایجاد می‌کند که عقربه را روی مقیاس حرکت می‌دهد.

اصول کاری ابزار نوع دفعی MI

وقتی دو قطعه آهن با همان قطبیت با گذراندن جریان مغناطیسی می‌شوند که توسط اعمال ولتاژ به ولتمتر انجام می‌شود، دفع بین آن‌ها اتفاق می‌افتد و آن دفع گشتاور انحرافی ایجاد می‌کند که باعث حرکت عقربه می‌شود.
مزایا شامل اندازه‌گیری هر دو AC و DC، ارزان بودن، خطاهای اصطکاکی کم، محکم و غیره است. این عمدتاً در اندازه‌گیری AC استفاده می‌شود زیرا در اندازه‌گیری DC به دلیل هیسترزیس خطای بیشتری خواهد داشت.

ولتمتر نوع الکترو دینامومتر

از ابزارهای الکترو دینامومتری به دلیل اینکه همان تنظیمات را برای هر دو AC و DC دارند استفاده می‌شود، یعنی اگر با DC تنظیم شده باشد، بدون نیاز به تنظیم مجدد می‌توان AC را اندازه‌گیری کرد.

اصول کاری ولتمتر نوع الکترو دینامومتر

ما دو سیم پیچ داریم، ثابت و متحرک. اگر ولتاژی به دو سیم پیچ اعمال شود به نتیجه جریان در دو سیم پیچ عبور می‌کند، آن به دلیل ایجاد گشتاورهای مساوی و مخالف در موقعیت صفر باقی می‌ماند. اگر جهت یک گشتاور معکوس شود به دلیل معکوس شدن جریان در سیم پیچ، گشتاور یک‌جهته ایجاد می‌شود.
برای ولتمتر، اتصال به صورت موازی است و هر دو سیم پیچ ثابت و متحرک به صورت سری با مقاومت غیر القایی متصل می‌شوند.
φ = 0 که φ زاویه فازی است.

که، I مقدار جریان در مدار در آمپر است = V/Z.
V و Z ولتاژ اعمال شده و مقاومت سیم پیچ به ترتیب هستند.
M = القای متقابل سیم پیچ.
آن‌ها خطای هیسترزیسی ندارند، می‌توانند برای هر دو اندازه‌گیری AC و DC استفاده شوند، معایب اصلی شامل نسبت گشتاور/وزن کم، افت اصطکاکی بالا، گران‌تر ا