Arbetsprincip för voltmeter och typer av voltmeter
Vad är en Voltmätare
Voltmätare är ett spänningsmätinstrument. Det mäter spänningen mellan två noder. Vi vet att enheten för spänningskillnad är volt. Så det är ett mätinstrument som mäter spänningskillnaden mellan två punkter.
Arbetsprincip för voltmätare
Den huvudsakliga arbetsprincipen för voltmätare är att den ska anslutas parallellt där vi vill mäta spänningen. Parallell anslutning används eftersom en voltmätare konstrueras så att den har ett mycket högt värde av motstånd. Så om det höga motståndet ansluts i serie kommer strömmen att vara nästan noll vilket betyder att kretsen har blivit öppen.
Om den ansluts parallellt, kommer belastningsimpedansen att ligga parallellt med det höga motståndet hos voltmätaren och därför kommer kombinationen att ge nästan samma impedans som belastningen hade. Och i parallella kretsar vet vi att spänningen är densamma, så spänningen mellan voltmätaren och belastningen är nästan densamma och därför mäter voltmätaren spänningen.
För en idealisk voltmätare har vi motståndet som ska vara oändligt och därför den dragna strömmen ska vara noll så det kommer inte att finnas någon effektavvikelse i instrumentet. Men detta är inte praktiskt möjligt eftersom vi inte kan ha ett material som har oändligt motstånd.
Klassificering eller typer av voltmätare
Enligt konstruktionsprincipen har vi olika typer av voltmätare, de är huvudsakligen –
Permanentmagnetisk rörlig spole (PMMC) voltmätare.
Rörlig järn (MI) voltmätare.
Elektrodynamometer typ voltmätare.
Rektifierings typ voltmätare
Induktions typ voltmätare.
Elektrostatisk typ voltmätare.
Digital voltmätare (DVM).
Beroende på dessa typer av mätningar vi gör, har vi -
DC-voltmätare.
AC-voltmätare.
För DC-voltmätare används PMMC-instrument, MI-instrument kan mäta både AC- och DC-spänningar, elektrodynamometer typ, termiska instrument kan mäta både DC- och AC-spänningar. Induktionsmätare används inte på grund av deras höga kostnad, felaktighet i mätning. Rektifierings typ voltmätare, elektrostatisk typ och även digital voltmätare (DVM) kan mäta både AC- och DC-spänningar.
PMMC voltmätare
När en strömledande ledare placeras i ett magnetfält verkar en mekanisk kraft på ledaren, om den är fäst vid ett rörligt system, med spolens rörelse, flyttas pekaren över skalan.
PMMC-instrument har permanenta magneter. Det passar för DC-mätning eftersom här är avvikelsen proportionell mot spänningen eftersom motståndet är konstant för materialet i mätaren och därför om spänningspolariteten vänder, kommer också pekarens avvikelse att vända sig, så den används endast för DC-mätning. Denna typ av instrument kallas D’Arnsonval typ instrument. Det har fördelarna med att ha linjär skala, energiförbrukningen är låg, hög precision.
Huvudnackdelarna är –
Det mäter bara DC-kvantitet, högre kostnad etc.
Där,
B = Flödestäthet i Wb/m2.
i = V/R där V är den spänning som ska mätas och R är belastningens motstånd.
l = Spolens längd i m.
b = Spolens bredd i m.
N = Antal varv i spolen.
Utvidgning av mätomfattning i en PMMC voltmätare
I PMMC voltmätare har vi möjligheten att utvidga mätomfattningen av spänningen. Genom att bara ansluta ett motstånd i serie med mätaren kan vi utvidga mätomfattningen.
Låt,
V vara tillförseln spänning i volt.
Rv är voltmätarens motstånd i Ohm.
R är det externa motståndet som är anslutet i serie i ohm.
V1 är spänningen över voltmätaren.
Då är det externa motstånd som ska anslutas i serie givet av
MI voltmätare
MI-instrument betyder rörlig järn instrument. Det används för både AC- och DC-mätningar, eftersom avvikelsen θ är proportionell mot kvadraten av spänningen under antagandet att impedansen för mätaren är konstant, så oavsett polaritet av spänningen visar den riktad avvikelse, dessutom delas de in i ytterligare två kategorier,
Attraktionstyp.
Avvisningstyp.
Där, I är den totala strömmen som flödar i kretsen i Amp. I = V/Z
Där, V är den spänning som ska mätas och Z är belastningens impedans.
L är eget induktans av spolen i Henry.
θ är avvikelsen i radian.
Attraktionstyp MI instrument princip
Om en obetymd mjuk järn placeras i ett magnetfält, dras den mot spolen, om en pekare är fastsatt till systemet och ström passerar genom en spol som en följd av den tillämpade spänningen, skapar det ett magnetfält som drar järnstycket och skapar avvikande moment som en följd av vilken pekaren flyttas över skalan.
Avvisningstyp MI instrument princip
När två järnstycken magnetiseras med samma polaritet genom att en ström passerar vilket görs genom att tillämpa en spänning över voltmätaren uppstår då avvisning mellan dem och denna avvisning producerar ett avvikande moment på grund av vilket pekaren flyttas.
Fördelarna är att den mäter både AC och DC, den är billig, låg friktionfel, robust etc. Den används huvudsakligen för AC-mätning eftersom i DC-mätning blir felet mer på grund av hysteres.
Elektrodynamometer typ voltmätare
Elektrodynamometer instrument används eftersom de har samma kalibrering för både AC och DC, dvs. om det är kalibrerat med DC, kan vi också utan kalibrering mäta AC.
Elektrodynamometer typ voltmätare princip
Vi har två spoler, fast och rörlig spole. Om en spänning tillämpas på de två spolerna som en följd av vilken ström flödar genom de två spolerna kommer de att stanna i nollposition på grund av utvecklingen av lika och motsatta moment. Om riktningen för ett moment vänder sig eftersom strömmen i spolen vänder, produceras ett ensidigt moment.
För voltmätare är anslutningen parallell och både fast och rörlig spole är anslutna i serie med icke-induktivt motstånd.
φ = 0 där φ är fasvinkeln.
Där, I är mängden ström som flödar i kretsen i Amp = V/Z.
V och Z är de tillämpade spänningarna respektive impedansen för spolen.
M = Mutual inductance av spolen.
De har ingen hysteresfejl, kan användas för både AC- och DC-mätning, de huvudsakliga nackdelarna är att de har låg moment/vikt-förhållande, hög friktionsförlust, dyra än andra instrument etc.
