Princípio de Funcionamento do Voltímetro e Tipos de Voltímetro
O que é um Voltímetro
Voltímetro é um medidor de tensão. Que mede a tensão entre dois nós. Sabemos que a unidade de diferença de potencial é volts. Portanto, é um instrumento de medição que mede a diferença de potencial entre dois pontos.
Princípio de Funcionamento do Voltímetro
O princípio principal do voltímetro é que ele deve ser conectado em paralelo onde queremos medir a tensão. A conexão em paralelo é usada porque um voltímetro é construído de tal forma que tem um valor muito alto de resistência. Se essa alta resistência for conectada em série, o corrente será quase zero, o que significa que o circuito se tornou aberto.
Se estiver conectado em paralelo, a impedância da carga ficará em paralelo com a alta resistência do voltímetro e, portanto, a combinação dará quase a mesma impedância que a carga tinha. Além disso, no circuito paralelo, sabemos que a tensão é a mesma, então a tensão entre o voltímetro e a carga é quase a mesma, e, portanto, o voltímetro mede a tensão.
Para um voltímetro ideal, temos que a resistência deve ser infinita e, portanto, a corrente consumida deve ser zero, para que não haja perda de energia no instrumento. Mas isso não é alcançável na prática, pois não podemos ter um material com resistência infinita.
Classificação ou Tipos de Voltímetro
De acordo com o princípio de construção, temos diferentes tipos de voltímetros, eles são principalmente –
Movimento de Bobina com Imã Permanente (PMMC) Voltímetro.
Movimento de Ferro (MI) Voltímetro.
Tipo Eletrodinamômetro Voltímetro.
Tipo Retificador Voltímetro
Tipo Indução Voltímetro.
Tipo Eletrostático Voltímetro.
Voltímetro Digital (DVM).
Dependendo dos tipos de medição que fazemos, temos-
Voltímetro DC.
Voltímetro AC.
Para voltímetros DC, são usados instrumentos PMMC, instrumentos MI podem medir tanto tensões AC quanto DC, tipo eletrodinamômetro, instrumentos térmicos podem medir tensões DC e AC também. Relógios de indução não são usados devido ao seu alto custo, inacurácia na medição. Voltímetro tipo retificador, tipo eletrostático e também voltmíetro digital (DVM) podem medir tanto tensões AC quanto DC.
Voltímetro PMMC
Quando um condutor carregado de corrente é colocado em um campo magnético, uma força mecânica atua no condutor, se estiver anexado a um sistema móvel, com o movimento da bobina, o ponteiro se move sobre a escala.
Os instrumentos PMMC têm ímãs permanentes. É adequado para medição DC, pois aqui o desvio é proporcional à tensão, pois a resistência é constante para um material do medidor e, portanto, se a polaridade da tensão for invertida, o desvio do ponteiro também será invertido, por isso é usado apenas para medição DC. Este tipo de instrumento é chamado de instrumento do tipo D’Arsonval. Tem as vantagens de ter escala linear, baixo consumo de energia, alta precisão.
As principais desvantagens são –
Apenas mede quantidade DC, maior custo, etc.
Onde,
B = Densidade de fluxo em Wb/m2.
i = V/R onde V é a tensão a ser medida e R é a resistência da carga.
l = Comprimento da bobina em m.
b = Largura da bobina em m.
N = Número de espiras na bobina.
Extensão de Alcance em um Voltímetro PMMC
Nos voltmíetros PMMC, temos a facilidade de estender o alcance da medição de tensão. Basta conectar uma resistência em série com o medidor para estender o alcance da medição.
Suponha,
V é a tensão de alimentação em volts.
Rv é a resistência do voltmíetro em Ohms.
R é a resistência externa conectada em série em ohms.
V1 é a tensão através do voltmíetro.
Então, a resistência externa a ser conectada em série é dada por
Voltímetro MI
Instrumentos MI significam instrumento de ferro móvel. É usado para medições AC e DC, porque o desvio θ é proporcional ao quadrado da tensão, assumindo a impedância do medidor como constante, então, qualquer que seja a polaridade da tensão, mostra desvio direcional, além disso, são classificados em mais duas maneiras,
Tipo atração.
Tipo repulsão.
Onde, I é a corrente total fluindo no circuito em Amp. I = V/Z
Onde, V é a tensão a ser medida e Z é a impedância da carga.
L é a indutância própria da bobina em Henry.
θ é o desvio em radianos.
Princípio do Instrumento MI Tipo Atração
Se uma peça de ferro macio não magnetizado for colocada em um campo magnético, ela será atraída pela bobina. Se um ponteiro estiver anexado ao sistema e a corrente for passada pela bobina como resultado da tensão aplicada, cria-se um campo magnético que atrai a peça de ferro e gera um torque de deflexão, como resultado do qual o ponteiro se move sobre a escala.
Princípio do Instrumento MI Tipo Repulsão
Quando duas peças de ferro são magnetizadas com a mesma polaridade, passando uma corrente, que é feita aplicando uma tensão através do voltmíetro, ocorre repulsão entre elas, e essa repulsão produz um torque de deflexão, devido ao qual o ponteiro se move.
As vantagens são que mede tanto AC quanto DC, é barato, tem poucos erros de atrito, é robusto, etc. É principalmente usado em medições AC, pois nas medições DC, o erro será maior devido à histerese.
Voltímetro do Tipo Eletrodinamômetro
Os instrumentos eletrodinamômetro são usados porque têm a mesma calibração para AC e DC, ou seja, se forem calibrados com DC, também sem calibração podemos medir AC.
Princípio do Voltímetro do Tipo Eletrodinamômetro
Temos duas bobinas, fixa e móvel. Se uma tensão for aplicada às duas bobinas, como resultado, a corrente fluirá nas duas bobinas, permanecendo na posição zero devido ao desenvolvimento de torques iguais e opostos. Se a direção de um torque for invertida, como a corrente na bobina é invertida, um torque unidirecional é produzido.
Para o voltmíetro, a conexão é paralela e ambas as bobinas fixa e móvel estão conectadas em série com resistência não indutiva.
φ = 0 onde φ é o ângulo de fase.
