Voltmérő működési elve és a voltmérő típusai
Mi a voltmérő?
A voltmérő feszültségmérő eszköz, amely két csomópont közötti feszültséget méri. Tudjuk, hogy a potenciálkülönbség mértékegysége a volt. Így ez egy mérőeszköz, amely két pont közötti potenciálkülönbséget méri.
Voltmérő működési elve
A voltmérő főbb elve, hogy párhuzamosan kell kapcsolni azzal, amit mérni szeretnénk. A párhuzamos kapcsolás azért használatos, mert a voltmérő oly módon van megépítve, hogy nagyon magas ellenállású legyen. Ha ezt a magas ellenállást sorban kapcsolnánk, a folyadék majdnem nulla lenne, ami azt jelentené, hogy a kör nyíltvá válna.
Ha párhuzamosan kapcsoljuk, a terhelés ellenállása párhuzamos lesz a voltmérő magas ellenállásával, és így a kombináció majdnem ugyanazt az ellenállást adja, mint amilyen a terhelésnek volt. A párhuzamos áramkörben is tudjuk, hogy a feszültség azonos, tehát a voltmérő és a terhelés közötti feszültség majdnem azonos, és így a voltmérő méri a feszültséget.
Ideális voltmérő esetén az ellenállást végtelennek kellene tekinteni, és a folyadék nullának, így nincs energiaveszteség az eszközben. De ez gyakorlatilag nem érhető el, mivel nem létezik végtelen ellenállású anyag.
Voltmérő típusai vagy osztályozása
Az építési elv alapján különböző voltmérő típusokat különböztethetünk meg, ezek a következők:
Állandó mágneses mozgó tekercses (PMMC) voltmérő.
Mozgó vas (MI) voltmérő.
Elektrodinamometriai típusú voltmérő.
Rectifikátor típusú voltmérő.
Indukciós típusú voltmérő.
Elektrosztatikus típusú voltmérő.
Digitális voltmérő (DVM).
A mérések típusának megfelelően két fő típust különböztethetünk meg:
DC voltmérő.
AC voltmérő.
A DC voltmérők esetén PMMC eszközöket használnak, MI eszközök mind AC, mind DC feszültségeket mérhetnek, elektrodinamometriai típusú, hőmérsékleti eszközök mind DC, mind AC feszültségeket mérhetnek. Az indukciós műszer nem használatos a magas költsége, a mérés pontatlansága miatt. A rectifikátor típusú voltmérő, az elektrosztatikus típusú és a digitális voltmérő (DVM) mind AC, mind DC feszültségeket mérhet.
PMMC voltmérő
Amikor egy áramvezető vezetéket egy mágneses térbe helyezünk, egy mechanikai erő hat a vezetékre, ha a vezeték egy mozgó rendszerhez van csatlakoztatva, a tekercs mozgásával a mutató a skálán halad.
A PMMC eszközök állandó mágnesekkel rendelkeznek. Jól alkalmasak a DC mérésekre, mert itt a lehajlás arányos a feszültséggel, mivel az eszköz anyagának ellenállása állandó, és ha a feszültség polaritása megváltozik, a mutató lehajlása is megfordul, ezért csak DC mérésekre használható. Ez a típusú eszköz D'Arsonval típusú eszköznak nevezik. Előnyei a lineáris skálája, a minimális energiafelhasználása, a magas pontossága.
Fő hátrányai:
Csak DC mennyiségeket mér, magasabb költsége stb.
Ahol,
B = Flux sűrűség Wb/m2.
i = V/R, ahol V a mérni kívánt feszültség, R pedig a terhelés ellenállása.
l = A tekercs hossza méterben.
b = A tekercs szélessége méterben.
N = A tekercs tekerésszáma.
PMMC voltmérő mérési tartományának bővítése
A PMMC voltmérők esetén lehetőség van a mérési tartomány bővítésére is. Csak egy ellenállást sorba kapcsolva a mérővel, kiterjeszthetjük a mérési tartományt.
Legyenek:
V a feszültség voltban.
Rv a voltmérő ellenállása ohmban.
R a sorba kapcsolt külső ellenállás ohmban.
V1 a voltmérőn keresztül haladó feszültség.
Akkor a sorba kapcsolandó külső ellenállás a következőképpen adódik:
MI voltmérő
MI eszközök, azaz mozgó vashúzós eszközök. Mind AC, mind DC mérésekre használhatók, mert a lehajlás θ arányos a feszültség négyzetével, feltételezve, hogy az eszköz ellenállása állandó, így bármilyen polaritású feszültség esetén irányított lehajlást mutat. További két típusra oszthatók:
Ravaszító típus.
Eldugó típus.
Ahol, I az áramkörben áramló teljes áram amperben. I = V/Z
Ahol, V a mérni kívánt feszültség, Z pedig a terhelés impedanciája.
L a tekercs saját induktanciája henryben.
θ a lehajlás radiánban.
Ravaszító típusú MI eszköz elve
Ha egy nem magnetizált puha vaskötélt egy mágneses terekbe helyezünk, a vaskötél a tekercs felé vonzza. Ha egy mutatót a rendszerehez kapcsolunk, és átvezetünk áramot a tekercsen, a feszültség hatására létrejön egy mágneses mező, ami a vaskötélt vonzza, és deflektáló nyomatékot hoz létre, ami a mutatót a skálán halad.
Eldugó típusú MI eszköz elve
Amikor két vaskötélt ugyanazzal a polaritással töltjük fel áram átvezetésével, ami a feszültség alkalmazásával történik a voltmérőn, akkor eldugás történik közöttük, és ez az eldugás deflektáló nyomatékot hoz létre, ami a mutató mozgását okozza.
Az előnyök, hogy mind AC, mind DC mérésekre alkalmas, olcsó, kevés súrlódási hiba, erős stb. Főleg AC mérésekre használják, mert DC mérések esetén a hysteresis miatti hiba nagyobb lenne.
Elektrodinamometriai típusú voltmérő
Az elektrodinamometriai eszközök használata olyan, mert ugyanaz a kalibráció érvényes mind AC, mind DC esetén, azaz ha DC-vel kalibráljuk, akkor anélkül is mérhetjük az AC-ot, hogy újra kalibrálnánk.
Elektrodinamometriai típusú voltmérő elve
Két tekercsünk van, rögzített és mozgó tekercs. Ha feszültséget alkalmazunk a két tekercsen, ami eredményül áramot eredményez, a két tekercs egyenlő és ellentétes nyomaték fejlődésével a nullában marad. Ha az egyik nyomaték iránya megváltozik, mivel a tekercsen áram iránya megváltozik, egyirányú nyomaték jön létre.
A voltmérő esetén a kapcsolás párhuzamos, és a rögzített és a mozgó tekercs sorban van kapcsolva nem induktív ellenállással.
φ = 0, ahol φ a fáziskülönbség.
Ahol, I az áramkörben áramló áram amperben = V/Z.
V és Z a bekapcsolt feszültség és a tekercs impedanciá
