Principio di funzionamento del voltmetro e tipi di voltmetro
Cos'è un Voltmetro?
Il voltmetro è uno strumento di misura della tensione. Misura la tensione tra due nodi. Sappiamo che l'unità di differenza di potenziale è il volt. Quindi è uno strumento di misura che misura la differenza di potenziale tra due punti.
Principio di funzionamento del voltmetro
Il principale principio del voltmetro è che deve essere connesso in parallelo dove si desidera misurare la tensione. La connessione in parallelo viene utilizzata perché un voltmetro è costruito in modo da avere un valore molto alto di resistenza. Se questa alta resistenza fosse connessa in serie, il corrente sarebbe quasi zero, il che significa che il circuito diventerebbe aperto.
Se è connesso in parallelo, l'impedenza del carico si collega in parallelo con l'alta resistenza del voltmetro e quindi la combinazione darà quasi la stessa impedenza che il carico aveva. Inoltre, nel circuito in parallelo sappiamo che la tensione è la stessa, quindi la tensione tra il voltmetro e il carico è quasi la stessa e pertanto il voltmetro misura la tensione.
Per un voltmetro ideale, abbiamo una resistenza infinita e quindi una corrente assorbita pari a zero, così non ci sarà alcuna perdita di potenza nello strumento. Tuttavia, questo non è praticamente realizzabile poiché non possiamo avere un materiale con resistenza infinita.
Classificazione o tipi di voltmetro
A seconda del principio di costruzione, abbiamo diversi tipi di voltmetri, principalmente –
Voltmetro a magnete permanente e bobina mobile (PMMC).
Voltmetro a ferro mobile (MI).
Voltmetro a elettrodinamometro.
Voltmetro a rettificatore.
Voltmetro a induzione.
Voltmetro elettrostatico.
Voltmetro digitale (DVM).
A seconda del tipo di misurazione che effettuiamo, abbiamo-
Voltmetro DC.
Voltmetro AC.
Per i voltmetri DC vengono utilizzati gli strumenti PMMC, gli strumenti MI possono misurare sia tensioni AC che DC, gli strumenti elettrodinamometro, termici possono misurare sia tensioni DC che AC. Gli strumenti a induzione non vengono utilizzati a causa del loro alto costo e dell'inesattezza nella misurazione. I voltmetri a rettificatore, elettrostatici e anche i voltmetri digitali (DVM) possono misurare sia tensioni AC che DC.
Voltmetro PMMC
Quando un conduttore portatore di corrente è posto in un campo magnetico, agisce su di esso una forza meccanica. Se il conduttore è attaccato a un sistema mobile, con il movimento della bobina, il puntatore si muove sulla scala.
Gli strumenti PMMC hanno magneti permanenti. Sono adatti per le misurazioni DC perché qui la deflessione è proporzionale alla tensione poiché la resistenza è costante per il materiale dello strumento e quindi se la polarità della tensione viene invertita, anche la deflessione del puntatore sarà invertita, quindi viene utilizzato solo per le misurazioni DC. Questo tipo di strumento è chiamato strumento D'Arsonval. Ha i vantaggi di avere una scala lineare, basso consumo di energia, alta precisione.
I principali svantaggi sono –
Misura solo quantità DC, costo elevato, ecc.
Dove,
B = Densità di flusso in Wb/m2.
i = V/R dove V è la tensione da misurare e R è la resistenza del carico.
l = Lunghezza della bobina in m.
b = Larghezza della bobina in m.
N = Numero di spire nella bobina.
Estensione della gamma in un voltmetro PMMC
Nei voltmetri PMMC abbiamo la possibilità di estendere la gamma di misurazione della tensione. Collegando semplicemente una resistenza in serie con lo strumento, possiamo estendere la gamma di misurazione.
Sia,
V la tensione di alimentazione in volt.
Rv la resistenza del voltmetro in Ohm.
R la resistenza esterna connessa in serie in ohm.
V1 la tensione sul voltmetro.
Allora la resistenza esterna da connettere in serie è data da
Voltmetro MI
Gli strumenti MI significano strumenti a ferro mobile. Vengono utilizzati per misurazioni sia AC che DC, perché la deflessione θ è proporzionale al quadrato della tensione, assumendo l'impedenza dello strumento costante, quindi indipendentemente dalla polarità della tensione, mostra una deflessione direzionale. Inoltre, sono ulteriormente classificati in due modi,
Tipo attrazione.
Tipo repulsione.
Dove, I è il corrente totale che scorre nel circuito in Amp. I = V/Z
Dove, V è la tensione da misurare e Z è l'impedenza del carico.
L è l'induttanza propria della bobina in Henry.
θ è la deflessione in Radianti.
Principio degli strumenti MI a attrazione
Se un pezzo di ferro morbido non magnetizzato viene posto in un campo magnetico, viene attratto verso la bobina. Se un puntatore è attaccato al sistema e una corrente viene fatta passare attraverso una bobina come risultato della tensione applicata, crea un campo magnetico che attrae il pezzo di ferro e crea un momento di deflessione, come risultato del quale il puntatore si muove sulla scala.
Principio degli strumenti MI a repulsione
Quando due pezzi di ferro sono magnetizzati con la stessa polarità facendo passare una corrente, che viene fatta applicando una tensione al voltmetro, si verifica una repulsione tra di loro e tale repulsione produce un momento di deflessione a causa del quale il puntatore si muove.
I vantaggi sono che misura sia AC che DC, è economico, ha bassi errori di attrito, è robusto, ecc. Viene principalmente utilizzato nelle misurazioni AC perché nelle misurazioni DC l'errore sarà maggiore a causa dell'isteresi.
Voltmetro a elettrodinamometro
Gli strumenti a elettrodinamometro vengono utilizzati perché hanno la stessa taratura per entrambe le tensioni AC e DC, cioè se sono tarati con DC, allora anche senza ritaratura possiamo misurare AC.
Principio del voltmetro a elettrodinamometro
Abbiamo due bobine, fissa e mobile. Se una tensione viene applicata alle due bobine, come risultato della quale il corrente scorre nelle due bobine, rimarranno nella posizione zero a causa dello sviluppo di momenti uguali e opposti. Se la direzione di un momento viene invertita, poiché la corrente nella bobina si inverte, viene prodotto un momento unidirezionale.
Per il voltmetro, la connessione è in parallelo e entrambe le bobine fisse e mobili sono collegate in serie con una resistenza non induttiva.
φ = 0 dove φ è l'angolo di fase.
Dove, I è l'ammontare di corrente che scorre nel circuito in Amp = V/Z.
V e Z sono rispettivamente la tensione applicata e l'impedenza della bobina.
M = mutua induttanza delle bobine.
Non hanno errore di isteresi, possono essere utilizzati per misurazioni sia AC che DC,
