Delovanje voltmeterja in vrste voltmeterjev
Kaj je Voltmetra
Voltmetra je napetostmer, ki meri napetost med dvema točkama. Vemo, da je enota potencialne razlike volt. Torej je to merilni instrument, ki meri potencialno razliko med dvema točkama.
Delovanje Voltmetre
Glavni načel voltmetre je, da mora biti povezan vzporedno tam, kjer želimo merit napetost. Vzporedno povezavo uporabljamo, ker je voltmetra zgrajen tako, da ima zelo visoko vrednost upora. Če ta visoka upornost povežejo zaporedno, bo pretok skoraj nič, kar pomeni, da je vezij postal odprt.
Če je povezan vzporedno, se naložena impedanca poveže vzporedno s visokim uporom voltmetre, in kombinacija bo dala skoraj enako impedanco, kot jo je imela naloga. Vzporedno vezijo tudi vemo, da je napetost enaka, zato je napetost med voltmetro in nalogo skoraj enaka, in voltmetra meri napetost.
Za idealno voltmetro bi morala biti upornost neskončna in pretok, ki ga povzroča, bi moral biti nič, zato ne bi bilo izgube moči v instrumentu. Toda to praktično ni dosegljivo, saj ne moremo imeti materiala, ki bi imel neskončno upornost.
Razvrščanje ali Vrste Voltmetre
Glede na konstrukcijsko načelo imamo različne vrste voltmetre, glavne so –
Permanentni magnetni premični navoj (PMMC) Voltmetra.
Premični železni (MI) Voltmetra.
Elektrodinamometrični tip Voltmetra.
Rectifier tip Voltmetra.
Indukcijski tip Voltmetra.
Elektrostatični tip Voltmetra.
Digitalni Voltmetra (DVM).
Glede na te vrste meritve imamo –
DC Voltmetra.
AC Voltmetra.
Za DC voltmetre se uporabljajo PMMC instrumenti, MI instrumenti lahko merita obeh AC in DC napetosti, elektrodinamometrični tip, termični instrument lahko meri DC in AC napetosti. Indukcijske metre se ne uporabljajo zaradi visoke cene, netočnosti meritve. Rectifier tip voltmetre, elektrostatični tip in tudi digitalni voltmetra (DVM) lahko merita obeh AC in DC napetosti.
PMMC Voltmetra
Ko je tokonosni vodnik postavljen v magnetno polje, deluje mehanska sila na vodnik, če je prikovan na premikajoči sistem, s premikanjem navoja se kazalec premakne po lestvici.
PMMC instrumenti imajo stalne magnete. Prilagodljeni so za merjenje DC, ker tu odmik sorazmeren s napetostjo, ker je upornost konstantna za material merilnega pripomočka, in če se obrne polarnost napetosti, se tudi obrne odmik kazalca, zato se uporablja le za merjenje DC. Ta vrsta instrumenta se imenuje D’Arsonvalov instrument. Ima prednosti linearnih lestvic, nizega porabe energije, visoke točnosti.
Nedostatki so –
Meri le količine DC, višja cena itd.
Kjer,
B = Gostota tokovnice v Wb/m2.
i = V/R, kjer je V napetost, ki jo merimo, in R upornost naloge.
l = Dolžina navoja v m.
b = Širina navoja v m.
N = Število navojev v navoji.
Razširitev Merilnega Obsega PMMC Voltmetre
V PMMC voltmetrah imamo možnost razširitve obsega meritve napetosti. Z le povezovanjem upornosti zaporedno s merilnikom lahko razširimo obseg meritve.
Naj bo,
V oskrbnata napetost v voltih.
Rv upornost voltmetre v Ohmih.
R zunanji upornik, povezan zaporedno v ohmi.
V1 napetost preko voltmetre.
Nato je zunanji upornik, ki se poveže zaporedno, podan z
MI Voltmetra
MI instrumenti pomenijo premikalni železni instrument. Uporabljajo se za merjenje obeh AC in DC, ker je odmik θ sorazmeren kvadratu napetosti, privzeto, da je impedanca metra konstantna, tako, da ne glede na polarnost napetosti, kaže smer odmika, dodatno pa so razdeljeni na še dva načina,
Tip privlačenja.
Tip odpornosti.
Kjer je I skupni pretok v veziju v Amp. I = V/Z
Kjer je V napetost, ki jo merimo, in Z impedanca naloge.
L je lastna indukcija navoja v Henry.
θ je odmik v Radijanih.
Načelo Privlačnega Tipa MI Instrumenta
Če neizmagnetiziran blago železo postavimo v magnetno polje, se privlači k navojem, če je kazalec prikovan k sistemu in tok preteče skozi navoj kot rezultat uporabljene napetosti, ustvari magnetno polje, ki privlači železen del in ustvari odbojni moment, zaradi katerega se kazalec premakne po lestvici.
Načelo Odpornega Tipa MI Instrumenta
Ko sta dva železna dela magnetizirana z isto polariteto z pretokom, ki ga izvaja uporaba napetosti na voltmetru, se med njima pojavi odpornost, ki ustvari odbojni moment, zaradi katerega se premakne kazalec.
Prednosti so, da meri obeh AC in DC, je poceni, nizke trenjevne napake, trdno itd. Predvsem se uporablja za merjenje AC, ker pri merjenju DC bo več napak zaradi histereze.
Elektrodinamometrični Tip Voltmetre
Elektrodinamometrični instrumenti se uporabljajo, ker imajo enako kalibracijo za obeh AC in DC, torej, če so kalibrirani z DC, lahko brez ponovne kalibracije merimo tudi AC.
Načelo Elektrodinamometričnega Tipa Voltmetre
Imamo dva navoja, fiksni in premični. Če se na obe navoja uporabi napetost, kot rezultat česar pretok preteče skozi obe navoja, bo ostal v ničelnem položaju zaradi razvoja enakih in nasprotnih momentov. Če se smer enega momenta obrne, ko se obrne tok v navoju, se ustvari enosmeren moment.
Za voltmetra je povezava vzporedna in oba fiksni in premični navoja sta povezana zaporedno s nenavidečnim upornikom.
φ = 0, kjer je φ fazni kot.
Kjer je I količina toka, ki teče v veziju v Amp = V/Z.
V in Z so uporabljena napetost in impedanca navoja.
M = Mutualna indukcija navoja.
Ni histerznih napak, se lahko uporabljajo za merjenje obeh AC in DC, glavni nedostatki so nizki moment/teža, visoki trenjevni izgubi, dražji od drugih instrumentov itd.
