Radni princip voltmetra i vrste voltmetara
Što je Voltmetar
Voltmetar je uređaj za mjerenje napona. Mjeri napon između dvije čvorove. Znamo da je jedinica potencijalne razlike volt. Dakle, to je mjerilni instrument koji mjeri potencijalnu razliku između dvije točke.
Radni princip voltmetra
Glavni princip voltmetra jest da se mora spojiti paralelno s onim na čemu želimo mjeriti napon. Paralelni spoj se koristi zato što je voltmeter konstruiran na način da ima vrlo visoku vrijednost otpora. Ako bi ta visoka otpornost bila spojena serijalno, tada bi protok struje bio skoro nula, što znači da je krug postao otvoren.
Ako je spojen paralelno, tada se impedancija opterećenja spoji paralelno s visokim otporom voltmetra, te će kombinacija dati gotovo istu impedanciju koju je imalo opterećenje. Također znamo da je u paralelnom krugu napon isti, pa je napon između voltmetra i opterećenja gotovo jednak, stoga voltmeter mjeri napon.
Za idealni voltmeter, otpor treba biti beskonačan, a struja koju povlači nula, tako da neće biti gubitka snage u instrumentu. No to nije praktično ostvarivo jer ne možemo imati materijal s beskonačnim otporom.
Klasifikacija ili tipovi voltmetara
Prema principu konstrukcije, imamo različite tipove voltmetara, glavni su –
Stalni magnet s pokretnim zavojem (PMMC) Voltmetar.
Pokretno željezo (MI) Voltmetar.
Elektrodinamometarski tip Voltmetar.
Rectifier Tip Voltmetar
Indukcijski tip Voltmetar.
Elektrostatički tip Voltmetar.
Digitalni voltmeter (DVM).
Ovisno o vrsti mjerenja koju obavljamo, imamo-
DC voltmeter.
AC voltmeter.
Za DC voltmetre koriste se PMMC instrumenti, MI instrumenti mogu mjeriti i AC i DC napone, elektrodinamometarski tip, termalni instrumenti mogu mjeriti DC i AC napone. Indukcijski metri se ne koriste zbog svoje visoke cijene i netočnosti u mjerenju. Rectifier tip voltmeter, elektrostatički tip i digitalni voltmeter (DVM) mogu mjeriti i AC i DC napone.
PMMC Voltmetar
Kada se provodnik koji nosi struju smjesti u magnetsko polje, mehanička sila djeluje na provodnik, ako je povezan s pokretnim sustavom, s pomakom zavoja, pokazivač se pomiče preko ljestvice.
PMMC instrumenti imaju stalne magnete. Ovi su prikladni za DC mjerenja jer ovdje deflekcija proporcionalna je naponu jer je otpor konstantan za materijal metra, a ako se polaritet napona obrne, deflekcija pokazivača će se također obrnuti, stoga se koriste samo za DC mjerenja. Ovaj tip instrumenta zove se D’Arsonvalov tip instrumenta. Ima prednosti linearne ljestvice, niske potrošnje energije, visoke točnosti.
Najveći nedostaci su –
Mjeri samo DC količine, više cijena itd.
Gdje,
B = Gustinova magnetskog toka u Wb/m2.
i = V/R gdje V je napon koji se mjeri, a R je otpor opterećenja.
l = Duljina zavoja u m.
b = Širina zavoja u m.
N = Broj zavoja u zavojima.
Proširenje raspona u PMMC voltmeteru
U PMMC voltmeterima imamo mogućnost proširenja raspona mjerenja napona. Spajanjem otpora serijalno s metrom možemo proširiti raspon mjerenja.
Neka je,
V napon pridružene napajanja u voltima.
Rv otpor voltmetera u Ohmima.
R vanjski otpor spojen serijalno u ohmima.
V1 napon na voltmeteru.
Tada se vanjski otpor koji se treba spojiti serijalno daje formulom
MI Volmetar
MI instrumenti znače pokretno željezo. Koriste se za both AC i DC mjerenja, jer je deflekcija θ proporcionalna kvadratu napona uz pretpostavku da je impedancija metra konstantna, tako da bez obzira na polaritet napona, pokazuje smjerovitu deflekciju, dalje su podijeljeni u još dva načina,
Tip privlačenja.
Tip odbijanja.
Gdje, I je ukupna struja koja teče u krugu u Amperima. I = V/Z
Gdje, V je napon koji se mjeri, a Z je impedancija opterećenja.
L je samooduzrovanje zavoja u Henryevima.
θ je deflekcija u Radijanima.
Princip tipa privlačenja MI instrumenta
Ako se neomagnetizirano meko željezo smjesti u magnetsko polje, privlači se prema zavojima, ako je pokazivač povezan s sustavom i struja prođe kroz zavoj kao rezultat primijenjenog napona, stvara magnetsko polje koje privlači željezni dio i stvara odbojnu vrtljinu kao rezultat čega se pokazivač pomiče preko ljestvice.
Princip tipa odbijanja MI instrumenta
Kada se dva željezna dijela magnetiziraju istom polaritetom prolaskom struje, što se radi primjenom napona na voltmeter, događa se odbijanje između njih, a to odbijanje proizvodi odbojnu vrtljinu zbog koje se pokazivač pomiče.
Prednosti su da mjeri i AC i DC, jeftin, niske trenje greške, robustan itd. Glavno se koristi u AC mjerenjima jer u DC mjerenjima greška bit će veća zbog histerese.
Elektrodinamometarski tip voltmetera
Elektrodinamometarski instrumenti se koriste jer imaju istu kalibraciju za both AC i DC, tj. ako su kalibrirani s DC, tada možemo mjeriti AC bez ponovne kalibracije.
Princip elektrodinamometarskog tipa voltmetera
Imamo dva zavoja, fiksni i pokretni zavoj. Ako se napon primijeni na dva zavoja kao rezultat čega struja teče kroz dva zavoja, ostat će u nul-točki zbog razvoja jednakih i suprotnih vrtljina. Ako se smjer jedne vrtljine promijeni jer se struja u zavojima obrne, proizvede se jednosmjerna vrtljina.
Za voltmeter, spoj je paralelan i fiksni i pokretni zavoje su spojeni serijalno s neinduktivnim otporom.
φ = 0 gdje je φ kut faze.
