Radni princip volemetra i vrste volemetara
Šta je Voltmetar
Voltmetar je uređaj za merenje napona. Meri napon između dve tačke. Znamo da je jedinica potencijalne razlike volt. Dakle, to je merilac koji meri potencijalnu razliku između dve tačke.
Radni princip voltmetra
Glavni princip voltmetra jeste da se mora povezati paralelno sa mjestom na kome želimo da merimo napon. Paralelna veza se koristi zato što je voltmetar konstruisan na način da ima vrlo visoku vrednost otpornosti. Ako bi ta visoka otpornost bila povezana serijalno, tada bi struja bila gotovo nula, što znači da je krug postao otvoren.
Ako je povezan paralelno, tada se otpor opterećenja paralelno spaja s visokim otporom voltmetra, i stoga će kombinacija dati skoro isti otpor kao što je imao opterećenje. Takođe, u paralelnom krugu znamo da je napon isti, tako da je napon između voltmetra i opterećenja skoro isti, i stoga voltmetar meri napon.
Za idealni voltmetar, otpor treba biti beskonačan, a struja koju povlači treba biti nula, tako da neće doći do gubitka snage u instrumentu. Međutim, ovo nije praktično dostiživo jer ne možemo imati materijal sa beskonačnim otporom.
Klasifikacija ili tipovi voltmetara
Prema principu konstrukcije, imamo različite tipove voltmetara, a oni su uglavnom –
Permanentni magnet i pokretni cilindrični (PMMC) voltmetar.
Pokretni željezni (MI) voltmetar.
Elektrodinamometarski tip voltmetar.
Rectifier tip voltmetar.
Indukcijski tip voltmetar.
Elektrostatski tip voltmetar.
Digitalni voltmetar (DVM).
Zavisno od tipa merenja, imamo-
DC voltmetar.
AC voltmetar.
Za DC voltmetre se koriste PMMC instrumenti, MI instrumenti mogu meriti i AC i DC napone, elektrodinamometarski tip, termički instrument mogu meriti i DC i AC napone. Indukcijski metri se ne koriste zbog svoje visoke cene i nepreciznosti u merenju. Rectifier tip voltmetar, elektrostatski tip i digitalni voltmetar (DVM) mogu meriti i AC i DC napone.
PMMC Voltmetar
Kada se provodnik koji nosi struju smesti u magnetno polje, mehanička sila deluje na provodnik, ako je priključen na pokretan sistem, sa pokretanjem čvorova, kazaljka se kreće po ljestvici.
PMMC instrumenti imaju permanentne magnete. Ovi su pogodni za DC merenja jer ovdje defleksija proporcionalna je naponu jer je otpor konstantan za materijal metra, i ako se polaritet napona obrne, defleksija kazaljke će se takođe obrnuti, pa se koristi samo za DC merenja. Ovaj tip instrumenta zove se D’Arsonvalov tip instrumenta. Ima prednosti linearne ljestvice, niske potrošnje snage, visoke preciznosti.
Najveći nedostaci su -
Mjeri samo DC veličine, viša cena itd.
Gdje,
B = Gustinca fluksa u Wb/m2.
i = V/R gde je V napon koji se meri, a R je otpor opterećenja.
l = Dužina čvora u m.
b = Širina čvora u m.
N = Broj zavojaka u čvoru.
Proširenje opsega u PMMC voltmetru
U PMMC voltmetrima imamo mogućnost proširenja opsega merenja napona. Samo povezivanjem otpora u seriju sa merilom možemo proširiti opseg merenja.
Neka je,
V napon u voltsima.
Rv otpor voltmetra u Ohmima.
R vanjski otpor povezan u seriju u ohmima.
V1 napon preko voltmetra.
Tada vanjski otpor koji treba povezati u seriju dat je formulom
MI Voltmetar
MI instrumenti znače instrumenti sa pokretnim željezom. Koriste se za merenje i AC i DC, jer je defleksija θ proporcionalna kvadratu napona, pretpostavljajući da je impedansa metra konstantna, tako da bez obzira na polaritet napona, pokazuje direkcionu defleksiju, dalje su klasificirani na dva načina,
Tip privlačenja.
Tip odbijanja.
Gdje, I je ukupna struja koja teče u krugu u Amperima. I = V/Z
Gdje, V je napon koji se meri, a Z je impedansa opterećenja.
L je sopstvena induktivnost čvora u Henryima.
θ je defleksija u Radijanima.
Princip tipa privlačenja MI instrumenta
Ako se neomagnetisano meko željezo smesti u magnetno polje, privlači se prema čvoru, ako je kazaljka priključena na sistem, a struja prođe kroz čvor kao rezultat primijenjenog napona, stvara se magnetno polje koje privlači željezni deo i stvara moment defleksije kao rezultat čega se kazaljka kreće po ljestvici.
Princip tipa odbijanja MI instrumenta
Kada su dva željezna dela magnetizovana sa istom polaritetom prolaskom struje, što se postiže primenom napona na voltmetar, tada nastaje odbijanje između njih, i to odbijanje stvara moment defleksije zbog čega se kazaljka kreće.
Prednosti su da meri i AC i DC, jeftin, niske greške trenja, robustan itd. Glavno se koristi u AC merenjima jer u DC merenjima greška će biti veća zbog histerese.
Elektrodinamometarski tip voltmetra
Elektrodinamometarski instrumenti se koriste jer imaju istu kalibraciju za oba AC i DC, tj. ako je kalibriran sa DC, tada se može meriti i AC bez ponovne kalibracije.
Princip elektrodinamometarskog tipa voltmetra
Imamo dva čvora, fiksni i pokretni. Ako se napon primijeni na oba čvora, kao rezultat čega struja teče kroz dva čvora, ostaje u nuli poziciji zbog razvoja jednakih i suprotnih momenata. Ako se smer jednog momenta obrne, jer se struja u čvoru obrne, nastaje jednosmjerni moment.
Za voltmetar, veza je paralelna, a fiksni i pokretni čvor su povezani u seriju sa neinduktivnim otporom.
φ = 0 gdje je φ fazijski ugao.
Gdje, I je količina struje koja teče u krugu u Amperima = V/Z.
V i Z su primijenjeni napon i impedansa čvora redom.
M = Mutualna induktivnost čvora.
Nemaju grešku histerese, mogu se koristiti za merenje i AC i DC, glavni nedostaci su niski omjer momenta i težine, visoka gubitna snaga, skuplji od drugih instrumenta itd.
