Principe de fonctionnement du voltmètre et types de voltmètres
Qu'est-ce qu'un Voltmètre
Le voltmètre est un instrument de mesure de tension. Il mesure la tension entre deux nœuds. Nous savons que l'unité de différence de potentiel est le volt. C'est donc un instrument de mesure qui mesure la différence de potentiel entre deux points.
Principe de fonctionnement du voltmètre
Le principe principal du voltmètre est qu'il doit être connecté en parallèle là où nous voulons mesurer la tension. La connexion en parallèle est utilisée car un voltmètre est construit de telle manière qu'il a une valeur très élevée de résistance. Si cette résistance élevée est connectée en série, alors le courant sera presque nul, ce qui signifie que le circuit est devenu ouvert.
Si il est connecté en parallèle, alors l'impédance de la charge se met en parallèle avec la haute résistance du voltmètre et, par conséquent, la combinaison donnera presque la même impédance que celle de la charge. De plus, dans un circuit parallèle, nous savons que la tension est la même, donc la tension entre le voltmètre et la charge est presque la même, et donc le voltmètre mesure la tension.
Pour un voltmètre idéal, la résistance doit être infinie et, par conséquent, le courant absorbé doit être nul, de sorte qu'il n'y aura pas de perte de puissance dans l'instrument. Mais cela n'est pas réalisable en pratique, car nous ne pouvons pas avoir un matériau ayant une résistance infinie.
Classification ou Types de Voltmètres
Selon le principe de construction, nous avons différents types de voltmètres, ils sont principalement –
Avec aimant permanent à bobine mobile (PMMC) Voltmètre.
À fer mobile (MI) Voltmètre.
De type électrodynamomètre Voltmètre.
De type redresseur Voltmètre
De type induction Voltmètre.
De type électrostatique Voltmètre.
Voltmètre numérique (DVM).
En fonction de ces types de mesure, nous avons -
Voltmètre DC.
Voltmètre AC.
Pour les voltmètres DC, les instruments PMMC sont utilisés, les instruments MI peuvent mesurer les tensions AC et DC, les instruments de type électrodynamomètre, les instruments thermiques peuvent mesurer les tensions DC et AC également. Les compteurs d'induction ne sont pas utilisés en raison de leur coût élevé et de leur inexactitude de mesure. Les voltmètres de type redresseur, électrostatique et numériques (DVM) peuvent mesurer les tensions AC et DC.
Voltmètre PMMC
Lorsqu'un conducteur porteur de courant est placé dans un champ magnétique, une force mécanique agit sur le conducteur, s'il est attaché à un système mobile, avec le mouvement de la bobine, le pointeur se déplace sur l'échelle.
Les instruments PMMC ont des aimants permanents. Ils sont adaptés pour la mesure en continu car ici la déviation est proportionnelle à la tension car la résistance est constante pour un matériau du compteur et, par conséquent, si la polarité de la tension est inversée, la déviation du pointeur sera également inversée, c'est pourquoi il est utilisé uniquement pour la mesure en continu. Ce type d'instrument est appelé instrument de type D’Arsonval. Il a les avantages d'avoir une échelle linéaire, une faible consommation d'énergie, une grande précision.
Les principaux inconvénients sont -
Il ne mesure que les grandeurs continues, coût plus élevé, etc.
Où,
B = Densité de flux en Wb/m2.
i = V/R où V est la tension à mesurer et R est la résistance de la charge.
l = Longueur de la bobine en m.
b = Largeur de la bobine en m.
N = Nombre de spires de la bobine.
Extension de plage dans un voltmètre PMMC
Dans les voltmètres PMMC, nous avons la possibilité d'étendre la plage de mesure de la tension. En connectant simplement une résistance en série avec le compteur, nous pouvons étendre la plage de mesure.
Soit,
V est la tension d'alimentation en volts.
Rv est la résistance du voltmètre en ohms.
R est la résistance externe connectée en série en ohms.
V1 est la tension à travers le voltmètre.
Alors, la résistance externe à connecter en série est donnée par
Voltmètre MI
Les instruments MI signifient instruments à fer mobile. Ils sont utilisés pour les mesures en courant alternatif et continu, car la déviation θ est proportionnelle au carré de la tension en supposant que l'impédance du compteur est constante, donc quelle que soit la polarité de la tension, elle montre une déviation directionnelle, ils sont ensuite classés de deux manières supplémentaires,
Type d'attraction.
Type de répulsion.
Où, I est le courant total circulant dans le circuit en ampères. I = V/Z
Où, V est la tension à mesurer et Z est l'impédance de la charge.
L est l' auto-inductance de la bobine en Henry.
θ est la déviation en radians.
Principe de l'instrument MI de type attraction
Si un fer doux non magnétisé est placé dans un champ magnétique, il est attiré vers la bobine. Si un pointeur est attaché au système et que du courant passe par la bobine en raison de la tension appliquée, cela crée un champ magnétique qui attire la pièce de fer et crée un couple de déviation, ce qui fait bouger le pointeur sur l'échelle.
Principe de l'instrument MI de type répulsion
Lorsque deux pièces de fer sont magnétisées avec la même polarité en faisant passer un courant, ce qui est réalisé en appliquant une tension à travers le voltmètre, une répulsion se produit entre elles et cette répulsion produit un couple de déviation qui fait bouger le pointeur.
Les avantages sont qu'il mesure à la fois le courant alternatif et continu, il est bon marché, a peu d'erreurs de frottement, robuste, etc. Il est principalement utilisé pour la mesure en courant alternatif car en courant continu, l'erreur sera plus importante en raison de l'hystérésis.
Voltmètre de type électrodynamomètre
Les instruments électrodynamomètres sont utilisés car ils ont la même calibration pour le courant alternatif et continu, c'est-à-dire s'ils sont calibrés avec du courant continu, on peut aussi mesurer le courant alternatif sans recalibration.
Principe du voltmètre de type électrodynamomètre
Nous avons deux bobines, fixe et mobile. Si une tension est appliquée aux deux bobines, en conséquence duquel le courant circule dans les deux bobines, il restera en position zéro en raison du développement de couples égaux et opposés. Si la direction d'un couple est inversée lorsque le courant dans la bobine est inversé, un couple unidirectionnel est produit.
Pour le voltmètre, la connexion est parallèle et les bobines fixe et mobile sont connectées en série avec une résistance non inductive.
φ = 0 où φ est l'angle de phase.
Où, I est la quantité de courant circulant dans le circuit en ampères = V/Z.
V et Z sont respectivement les tensions appliquées et l'impédance de la bobine.
M =
