Arbeidsprinsipp for spenningsmåler og typer spenningsmålere
Hva er en voltmeter?
Voltmeter er et spenningsmåler. Det måler spenningen mellom to noder. Vi vet at enheten for potensialforskjell er volt. Så det er et måleinstrument som måler potensialforskjellen mellom to punkter.
Arbeidsprinsipp for voltmeter
Det hovedprinsippet for en voltmeter er at den må være koblet parallelt med det vi ønsker å måle spenningen på. Parallell kobling brukes fordi en voltmeter er konstruert slik at den har en veldig høy verdi av motstand. Hvis denne høye motstanden er koblet i serie, vil strømmen være nesten null, noe som betyr at kretsen blir åpen.
Hvis den er koblet parallelt, vil lastimpedansen bli parallell med den høye motstanden til voltmeteren, og dermed vil kombinasjonen gi nesten samme impedans som lasten hadde. I en parallel krets vet vi at spenningen er den samme, så spenningen mellom voltmeteren og lasten er nesten den samme, og derfor måler voltmeteren spenningen.
For en ideell voltmeter skal motstanden være uendelig, og dermed strømmen være null, så det vil ikke være noen energitap i instrumentet. Dette er imidlertid ikke praktisk mulig, da vi ikke kan ha et materiale med uendelig motstand.
Klassifisering eller typer voltmeter
Basert på konstruksjonsprinsippet, har vi ulike typer voltmeter, de er hovedsakelig –
Permanent magnet bevegelig spole (PMMC) voltmeter.
Bevegelig jern (MI) voltmeter.
Elektrodynamometer type voltmeter.
Rektifier type voltmeter.
Induksjonstype voltmeter.
Elektrostatisk type voltmeter.
Digital voltmeter (DVM).
Avhengig av typen måling vi gjør, har vi-
DC voltmeter.
AC voltmeter.
For DC voltmeter brukes PMMC-instrumenter, MI-instrumenter kan måle både AC- og DC-spenninger, elektrodynamometer-type, termiske instrumenter kan måle både DC- og AC-spenninger. Induksjonsmålere brukes ikke grunnet høy kostnad, unøyaktighet i målingen. Rektifier type voltmeter, elektrostatisk type og også digital voltmeter (DVM) kan måle både AC- og DC-spenninger.
PMMC voltmeter
Når en strømførende ledning plasseres i et magnetfelt, virker en mekanisk kraft på ledningen, hvis den er festet til et bevegelig system, med spolen sin bevegelse, flytter pekeren seg over skalaen.
PMMC-instrumenter har permanente magneter. Den er egnet for DC-måling fordi her er avvik proporsjonalt med spenningen fordi motstand er konstant for materiale i meteret, og hvis spenningens polaritet snus, vil pekerens avvik også snus, så den brukes kun for DC-måling. Denne typen instrument kalles D’Arsonval-type instrument. Den har fordeler med å ha lineær skala, lav strømforbruk, høy nøyaktighet.
Hovednедатките са –
Den måler bare DC-mengde, høyere kostnad osv.
Der,
B = Fluxtetthet i Wb/m2.
i = V/R hvor V er spenningen som skal måles og R er motstanden til belastningen.
l = Lengden av spolen i m.
b = Bredden av spolen i m.
N = Antall viklinger i spolen.
Utvidelse av rekkevidde i en PMMC voltmeter
I PMMC voltmeter har vi muligheten for å utvide rekkevidden for spenningsmåling. Ved bare å koble en motstand i serie med meteret, kan vi utvide rekkevidden for måling.
La,
V være strømforsyningen i volt.
Rv være voltmeterens motstand i ohm.
R være den eksterne motstanden koblet i serie i ohm.
V1 være spenningen over voltmeteren.
Da er den eksterne motstanden som skal kobles i serie gitt ved
MI voltmeter
MI-instrumenter betyr bevegelig jerninstrument. Det brukes for både AC- og DC-målinger, fordi avvik θ er proporsjonalt kvadratet av spenningen, antatt impedansen til meteret er konstant, så uansett polaritet av spenningen, viser det retningsspesifikt avvik, videre er de klassifisert på to mer måter,
Tiltrekkingstype.
Forskyvningsstype.
Der, I er den totale strømmen som flyter i kretsen i amp. I = V/Z
Der, V er spenningen som skal måles, og Z er impedansen til belastningen.
L er selfinduktansen av spolen i henry.
θ er avviket i radian.
Tiltrekkingstype MI-instrumentprinsipp
Hvis et umagnetisert mykt jern plasseres i et magnetfelt, trekkes det mot spolen, hvis en peker er festet til systemet og strøm sendes gjennom en spole som en følge av den påførte spenningen, oppstår et magnetfelt som trekker jernstykket og opprettet en dreieeffekt som en følge av hvilken pekeren beveger seg over skalaen.
Forskyvningsstype MI-instrumentprinsipp
Når to jernstykker magnetiseres med samme polaritet ved å sende en strøm gjennom dem, som gjøres ved å påføre en spenning over voltmeteren, forekommer det repulsjon mellom dem, og denne repulsjonen produserer en dreieeffekt som fører til at pekeren beveger seg.
De positive sidene er at den måler både AC og DC, den er billig, har lave friksjonseffekter, robust etc. Den brukes hovedsakelig i AC-måling fordi i DC-måling vil feilen være større grunnet hysteresis.
Elektrodynamometer type voltmeter
Elektrodynamometer-instrumenter brukes fordi de har samme kalibrering for både AC og DC, altså hvis den er kalibrert med DC, kan vi også måle AC uten å kalibrere på nytt.
Elektrodynamometer type voltmeter prinsipp
Vi har to spoler, fast og bevegelig spole. Hvis en spenning påføres de to spolene som en følge av det strøm flyter gjennom begge spoler, vil de stå i nullposisjon på grunn av utviklingen av like og motsatte dreiemoment. Hvis retningen av et moment snus som strømmen i spolen snur, produseres et ensrettet moment.
For voltmeter, er koblingen parallell, og både fast og bevegelig spole er koblet i serie med ikke-induktiv motstand.
φ = 0 hvor φ er fasevinkelen.
Der, I er mengden strøm som flyter i kretsen i amp = V/Z.
V og Z er de påførte spenningene og impedansen til spolen henholdsvis.
M = mutuell induktans av spolen.
De har ingen hysteresisfeil, kan brukes for både AC- og DC-måling, de viktigste nedatkside er lav dreiemoment/vekt-forhold, høye friksjonsforlust, dyrere enn andre instrumenter osv.
Rektifier voltmeter
